张世华

（浙江理工大学 机械与自动控制学院，浙江 杭州）

一 引言

EDA技术是电子设计自动化(Electronic Design Automation)技术的简称，是指以计算机为工具进行电子产品的设计，是电子设计与制造技术发展的核心。随着计算机、集成电路等技术的发展，EDA技术主要经历了三个阶段。第一阶段为计算机辅助设计（CAD）阶段，用计算机进行IC版图布局布线，取代传统手工操作；第二阶段为计算机辅助工程（CAE）阶段，以计算机仿真和自动布线为核心，通过电气连接网络表将图形绘制和电路功能及结构设计结合在一起，实现工程设计；第三阶段为EDA阶段，以高级语言描述和系统级仿真为特征，完成整个电子设计过程的自动化[1]。支持硬件描述语言的EDA工具（如Altera公司的Quartus II，xilinx公司的ISE和Vivado等）的出现，推动了复杂数字系统设计的自动化，通过现场可编程门阵列（FPGA）或复杂可编程逻辑器件（CPLD），可根据需要设计出专用集成电路[2-3]。总之，EDA技术已成为电子产品开发研制的源动力，掌握EDA技术已成为电气、测控等专业大学生的基本需求，这对高校EDA课程的教学提出了更高的要求。

二 EDA课程的教学现状

EDA课程是一门理论性与实践性相结合的综合课程，是对《模拟/数字电子技术基础》《单片机原理》《电路原理》等先修课程的综合实践和应用[4]，对学生动手能力和创新能力的提升至关重要，但该课程的传统教学中，普遍存在以下几个问题：

（1）重理论，轻实践。在多数高校的 EDA课程教学中，学生对该课程的认识大多停留在硬件描述语言（VHDL）和软件开发环境的学习层面，教师在课堂上注重讲授VHDL语言的语法结构等，不能将EDA代码的设计与实际问题相结合，实验课时多为EDA代码的仿真调试，对EDA硬件设备的了解和使用不够深入。这种课程教学方式的弊端较为显著：一是学习内容较为枯燥，难以调动学生的学习积极性；二是不能将理论知识学以致用，学生学过理论之后没有动手锻炼，教学成效较差；三是实验内容和手段与实际需求和当代发展脱节，不利于学生创新能力的培养。

（2）重专业知识，轻行业背景。高校的EDA课程一般从可编程逻辑器件和数字电路仿真等专业知识切入，容易成为《数字电子技术基础》课程的简单延续，或成为一种语言和一种开发工具软件的学习课程，导致学生对EDA课程的研究范畴以及EDA技术在现代电子工程领域的重要性认知不够，不清楚EDA技术的发展历史、EDA技术具体应用在电子产业中的哪个环节，以及该课程所涉及的知识在EDA技术中的地位和作用。作为一名在校大学生，把握专业课程的行业背景和市场需求与学习专业知识同样重要。EDA课程中带领学生深入了解行业背景，一方面可以开阔学生的视野，避免所学专业知识与行业发展的脱节；另一方面，职业发展需求是学生学习的最好动力。

（3）重软件学习，轻知识融合。EDA课程的实验课时局限于根据老师的实验指导书完成代码的调试和编程环境等软件工具的学习，对应用实例和代码的功能分析不透彻，难以做到与《模拟/数字电子技术基础》《单片机原理》《电路原理》等先修课程所学知识的融会贯通，难以建立知识体系，严重降低了课程的产出。

三 CDIO理念下项目贯穿式EDA课程教学改革

基于此，本文针对目前EDA课程教学中存在的主要问题，结合CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate，即构思-设计-实施-运作）工程教育理念，提出基于项目式教学的EDA课程教学改革方法，用项目贯穿教学内容，在项目任务驱动下培养学生的自主学习和探索能力、创新精神以及团队合作意识。

CDIO工程教育模式让学生以主动的、 实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，以培养学生的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面的能力为目标[5-7]，倡导“以学生为中心”和“以产出为导向”并持续改进[8]，可有效解决我国现行工程教育模式中教育学术化、课程设置缺乏系统性、工程教育发展滞后于工业产业发展等问题。如图1所示，笔者从教学模式、教学内容和考核方式三个方面探索基于CDIO理念的项目贯穿式EDA课程教学改革方法。

图1 基于CDIO理念的项目贯穿式EDA课程教学改革

（1）教学模式从“以教师为中心”转变为“以学生为主体，以教师为主导”。初中、高中阶段长期的“应试教育”使得学生习惯于依赖教师和教材，被动接受教师讲授的内容，以考试为目的进行学习，缺乏自主学习能力，严重影响了教学效果，禁锢了学生创新能力的发展。教师的教是为了学生的学，学生才是学习的主体，教师的教学效果是以学生的产出为考核标准的。项目贯穿式EDA课程教学改革，首先是发挥教师在教学目标掌控、调动和激发学生学习积极性、课堂调控和组织等方面的主导作用。课程内容以介绍项目实例的应用背景及功能导入，项目主题的选择可结合当代研究热点并具有一定的趣味性，激起学生的好奇心和求知欲望，把学生带入到项目情景中，让学生自己主动提出问题，并引导学生自己去解决问题，让学生从“要我学”转变为“我要学”。“以学生为主体，以教师为主导”的教学模式中，教师从课堂的中心转变为学生的引路人，引导学生按照项目任务自发查阅资料、克服问题，培养学生的探索精神和自主学习能力。

（2）教学内容从“以教材为中心”转变为“以项目为主导”，将教学内容有机融合至项目中。EDA课程教学中项目的选择的除了要有探索性和趣味性，最主要的是要以教学内容为依据，项目设计根据教学内容由简单到综合，让学生在项目任务的驱动下，从电路设计、软件编程、硬件实现、综合调试等各个方面得到全面的锻炼，通过项目任务实现电子技术基础和电路原理等先修课程的知识融合和应用，将所学知识“连成线、构成面”，更具有系统性。通过项目设计，将新的教学内容融合至项目中，而完成项目任务不仅是对新知识的学习，更是对旧知识的巩固，通过一个个项目实例，将所学课程作纵向融合，逐渐建立完备的专业知识体系。

（3）教学考核方式从试卷笔试转变为以项目考核制。EDA技术作为实践课程，能力的提升依赖于平时的积累，所以过程考核与期末考核同样重要。根据课程内容分阶段布置大作业（3～4次），大作业以项目的形式布置，要求学生独立完成，成绩占比为60%，在项目完成的过程中，不仅考核学生对所学内容的掌握程度，每个项目都会设计行业背景调研、文献搜索、方案设计、电路原理分析、文本撰写等，资料查阅方式完全开放，可借助互联网、请教师长等，有助于提高学生的基本科研素养以及分析问题和解决问题的能力。期末考核的项目为综合创新型项目，成绩占比为40%，每个项目自行组建3～4位项目组员，共同完成项目。每个小组选一名组长，协调分配项目内容，每组根据项目主题撰写一份详细的课程报告，包括每个组员的分工和贡献，以及项目的研究背景、应用领域、研究现状、研究方案、实验设计、实验结果、遇到的问题等，考核学生的创新能力、沟通能力和团队精神，将课程学习和工程职业训练融合在一起，这也是CDIO教育模式的考核标准之一。

四 EDA课程教学质量评估和持续改进

笔者提出的项目贯穿式EDA课程教学改革从教学模式、教学内容和教学考核方式三大方面依据CDIO工程教育理念进行改革，为了EDA课程教学的持续改进，通过课程目标达成度对课程教学质量进行评估。EDA作为综合实践类课程，其课程目标对测控技术与仪器专业学生毕业目标的支撑关系见表1。

表1 EDA课程目标对测控技术与仪器专业学生毕业目标的支撑关系

每学期课程结束后，根据学生平时作业（独立训练项目）和期末测试（综合创新型项目）的完成情况，分析每个课程目标的达成度，针对培养目标和课程教学目标进行不断优化和完善EDA课程教学，建立完善的课程量评估体系，定期开展毕业生回访，根据电子技术发展和市场的人才需求对EDA课程教学进行持续改进。

五 结语

基于CDIO理念的项目贯穿式EDA课程教学方法围绕实际的项目开展实践教学，项目贯穿课程导入、课程内容、课程考核整个教学过程，让学生在完成一个个具体项目的过程中掌握新知识、巩固旧知识，以一个个项目任务引导并驱动学生自主完成项目，参与项目产品的构思、设计、实施和运行的每个环节，真正做到“以学生为中心”，可有效培养学生的自主学习能力、创新能力和团队合作精神，对于高等工程人才的培养具有重要的推广价值。