梁晓琳 包本刚 张 丹

湖南科技学院 湖南永州 425100

国际上已经把大规模集成电路(LSI)、超大规模集成电路(VLSI)、甚大规模集成电路(ULSI)技术称之为“掌握世界的钥匙”，谁掌握了它，谁就掌握了世界，作为当今世界经济竞争的焦点，拥有自主版权的集成电路已日益成为经济发展的命脉，社会进步的基础，国际竞争的筹码和国家安全的保障。而随着微电子技术的发展和大规模集成电路的普及，EDA技术已成为现代集成电路设计的主流技术[1]。因此，迫切要求拥有电子专业的高等院校大力培养学生在EDA技术领域里的开发设计和实践创新能力，以满足社会对新一代人才的需求。传统的教学模式存在很多问题，不能满足现代EDA技术的教学需求，达不到培养的目的。所以，EDA技术的教学改革迫在眉睫。

1 传统教学模式存在的主要问题

(1)传统的实践教学模式以教师讲解和实验演示为主，一般采取“明确实验目的—讲解实验内容—实验演示操作”的步骤。教师讲解过于详细，学生得不到思考、讨论和解决问题的空间，虽然按照EDA设计流程得到了相应的仿真结果和硬件验证，但是不知其所以然，不利于下一步综合设计型实验的开展。采用“满堂灌”的教学方式和按部就班的实验模式，学生做实验实质上只是将实验验证一遍，起不到培养能力的效果。

(2)传统的教学模式使理论教学和实践教学严重脱节，没有产生互动效果。同时，传统的实验项目安排也不合理，通常只安排验证型和综合设计型实验项目，学生从验证型实验项目直接过渡到综合设计型实验项目，往往不知所措，无法完成。

2 教学改革特点与优势

针对以上存在的问题，对EDA技术教学进行改革。(1)将理论教学和实践教学有效地结合起来，形成互动机制，并发挥两者优势[2]。(2)理论课的开展不能仅仅限于书本上的内容，更不能照本宣科，应该在理论教学期间穿插一些实践应用，以达到启发学生将所学理论知识应用于实践的想象力和提高学生学习兴趣的效果。(3)EDA技术是一门操作性和实践性很强的专业课程[3]，对该课程的教学改革应该在理论教学的同时开设与之同步的实验项目，实验项目设计要合理，并将传统验证型和综合设计型2个类型的实验项目调整为基础型、扩展型、综合设计型3个类型的实验项目，其内容和难度要层层推进，并分层次逐步展开教学。在授课过程中要充分发挥启发式和探讨式教学优势，不断鼓励和引导学生完成设计，并从设计过程中积累发现问题和解决问题的经验。

EDA技术教学改革的优势主要体现在3个方面：(1)课堂理论教学穿插实例教学，学生能够将学到的知识加以运用，同时可以改变课堂枯燥、乏味和抽象的现状；(2)能培养学生发散思维，激发学生兴趣，对课程学习充满信心；(3)采用层层推进实验内容、多层次化的教学节奏以及启发式和探讨式的教学模式，能有效培养学生的开发设计、独立思考和实践创新能力。

3 教学改革的实践应用

笔者以计数器知识点的教学工作为例，谈谈教学改革的实践应用。根据改革措施将计数器知识点的教学工作分3个阶段展开：由计数器知识点为出发点引导学生完成数字秒表的设计，启发学生完成数字时钟的设计，学生自主完成数字频率计的设计。

3.1 数字秒表的设计

首先由计数器知识点引出它在现实生活中的应用，然后根据应用系统的复杂性等级给出数字秒表设计、数字时钟设计和数字频率计设计3个任务。数字秒表的设计在理论教学课堂上进行，并由教师引导完成。

针对数字秒表特点，给出相应的设计要求：(1)有复位功能；(2)有正常的秒计数；(3)由数码管显示秒表计数过程；(4)采用动态扫描方式完成多位共阴极数码管的显示。整个设计过程由教师引导学生思考，完成系统功能分析、模块划分、代码编写和仿真验证。经引导和交流，共同完成数字秒表的设计，采用8421BCD码进行二进制计数。

通过数字秒表的设计，学生发现了计数器在生活中的应用，掌握了数字秒表的计数和输出显示方法，并对电子电路系统的设计步骤有了一定的了解。

3.2 数字时钟的设计

数字时钟的设计属于第二阶段的任务，该项目在实验室完成，而且要在数字秒表设计任务完成时由教师启发学生进行数字时钟的设计，需要学生提前考虑以下4个问题：(1)数字时钟与数字秒表的共同点；(2)数字时钟的基本功能；(3)数码管如何显示和驱动；(4)如何在FPGA开发板上实现硬件验证。

在该实验课中，学生积极思考，各抒己见，踊跃讨论，在教师的引导下理清设计思路，而且运用已学的知识，给出不同的设计方案。在模块化设计上，有的学生利用例化语句完成了顶层设计，有的学生利用原理图和代码相结合的方法完成了顶层设计。最后，大部分学生完成了数字时钟的设计和硬件验证，部分学生还给系统增加了一些扩展功能，如整点报时、较时和闹钟等。

通过这个阶段的实践教学，学生掌握了多位计数器相连的设计方法、FPGA技术的层次化设计方法和元件例化的设计方法。同时，我们还发现，只要教师把握好指导的尺度，启发性和提示性的引导不但使学生记忆深刻，还能启发他们的设计思路，锻炼他们的发散思维和实践动手能力[4]。

3.3 数字频率计的设计

由于理论教学和实践教学的课时有限，第三阶段的任务是鼓励学生利用课余时间去开放实验室完成数字频率计的设计。这个阶段的设计任务和要求应该在第二阶段任务完成之时给出。设计任务：设计一个8位十进制的数字频率计，被测信号从Clock-in(数字信号时钟源)输入，经检测后测得频率值用1～8位的数码管显示。要求：两人一组，协作完成。

实验项目任务下达之后，学生根据任务要求去网上或图书馆查阅资料，了解相关信息，如层次化设计的概念和方法、顶层文件和底层文件的关系、元件端口和当前系统端口关联方式等。然后拟定设计思路，对数字频率计进行模块划分、代码编写、电路设计，利用实验室电脑和开发平台对各个模块和整个系统进行仿真和硬件验证。在系统设计过程中，部分学生遇到了不少问题，他们通过与指导教师或同学讨论将这些问题逐一解决。由于大部分学生完成了第二阶段的数字时钟设计，积极性很高，接到数字频率计的设计任务后便自觉投入探讨和设计中去，最终90%的学生成功完成了8位十进制数字频率计的设计。

通过第三阶段的实践教学，学生查阅资料的能力得到了提高，学生的开发设计、独立分析和实践创新能力也得到了大幅度提升。另外，通过开展第三阶段的实践项目，也为EDA爱好者的专业技能培养提供了良好条件。

4 结束语

以计数器知识点的教学工作为例，将它分三个阶段展开，并层层推进。第一阶段，学生对理论知识还处于被动接受阶段，教师通过讲解计数器知识点引出它在数字秒表中的应用，在课堂上引导学生思考，逐步完成设计的各个环节。在讲解过程中，把握重点和难点，将知识由抽象化转向具体化，激发了学生的学习兴趣[5]。第二阶段，通过扩展型实验项目教学，让学生发散思维，灵活运用所学知识，完成了数字时钟的设计，使能力得到了一定程度的提升。第三阶段，学生利用课余时间，主动查阅资料，通过独立思考，发挥了自己的创造性。

通过EDA技术教学改革，将理论教学和实践教学进行了有效结合，产生了互助的效果，改变了传统的教学模式，使教学内容更加生动、形象地展现在学生面前，帮助学生将学习观念从“要我学”转变为“我要学”。通过开展层次化的实验项目，加深了学生对理论知识的理解，在实践教学过程中，鼓励学生主动求索，培养了他们在EDA技术领域的专业技能，获得了很好的教学效果。

[1] 李兴山.EDA技术在电工电子教学中的应用[J].中国现代教育装备,2007(1):64-66.

[2] 任志平,党瑞荣.EDA教学改革与创新实践研究[J].中国电力教育,2011(26):104.

[3] 潘松,黄继业.EDA技术与VHDL[M].第3版.北京:清华大学出版社,2008.

[4] 李升,陈亮.单片机原理及应用课程数字仿真教学探讨[J].中国现代教育装备,2007(11):102-104.

[5] 张利,高晶敏,杨秀媛.EDA技术课程教学模式改革探索[J].中国电力教育,2011(14):80-81.