【摘要】本文介紹創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的概念，著重闡述對(duì)《EDA技術(shù)實(shí)用教程》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，并提出了進(jìn)行創(chuàng)新性教學(xué)改革的做法和措施。對(duì)該課程的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、改革措施及效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，強(qiáng)調(diào)了高等教育實(shí)施創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué);EDA技術(shù);教學(xué)方法

1.引言

目前EDA技術(shù)已經(jīng)成為電子信息類學(xué)生一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，并且在教學(xué)、科研，以及大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽等賽事中，起著越來越重要的作用，成為電子類本科生及研究生必須掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能。在EDA課程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其整個(gè)教學(xué)過程的必不可少的重要組成部分，是提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的重要途徑，對(duì)實(shí)現(xiàn)高素質(zhì)創(chuàng)造性的一流人才培養(yǎng)具有重要意義。隨著教學(xué)改革的深入，對(duì)EDA實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的要求也在不斷提高，而目前傳統(tǒng)的“機(jī)械式、重復(fù)式的”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)社會(huì)和當(dāng)前教學(xué)關(guān)系的發(fā)展。因此，為與EDA技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)，要想培養(yǎng)出學(xué)生的創(chuàng)新能力，就必須對(duì)EDA課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)就是指實(shí)驗(yàn)的成果在功能上是已知的，而在性能、實(shí)現(xiàn)方法和結(jié)果形式上是未知的，不同的學(xué)生按照自己的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到不同的結(jié)果，既避免了抄襲，又可以開發(fā)各自的潛能。而創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是要求老師和學(xué)生在整個(gè)教學(xué)的過程中，不拘泥書本，不迷信權(quán)威，不墨守成規(guī)，以已有的知識(shí)為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)和對(duì)未來的設(shè)想，獨(dú)立思考，大膽探索，別出心裁，創(chuàng)造出帶有新思路、新問題、新設(shè)計(jì)、新途徑、新方法的教學(xué)活動(dòng)。顯然，從創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)的教學(xué)改革才能真正體現(xiàn)理論與實(shí)驗(yàn)并重的思想，有利于教育的發(fā)展，有利于人才的培養(yǎng)。

2.EDA實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)

《EDA技術(shù)實(shí)用教程》系采用先進(jìn)的集成開發(fā)平臺(tái)、以硬件描述語言(Hardware Description Language)編程設(shè)計(jì)、最終在可編程邏輯器件(CPLD)或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用數(shù)字系統(tǒng)的一門課程。該課程主要包括課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)二個(gè)環(huán)節(jié)，其實(shí)驗(yàn)課程的顯著特點(diǎn)是:一、應(yīng)用技術(shù)先進(jìn)。隨著半導(dǎo)體和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子工程設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Electronic Design Automation)，簡稱EDA[1]。作為一種以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的工作平臺(tái)，利用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)等多種應(yīng)用學(xué)科的最新成果，開發(fā)成的一整套電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，EDA是一種能夠幫助電子設(shè)計(jì)工程師從事電子元件產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合技術(shù)，代表了現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的主流和趨勢。專家認(rèn)為，未來的電子技術(shù)時(shí)代將是EDA的時(shí)代[2]。二、軟、硬件結(jié)合?！癊DA技術(shù)”是一種“軟”、“硬”合一的電子設(shè)計(jì)技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)和EDA軟件為工作平臺(tái)，以硬件描述語言為設(shè)計(jì)語言，以專用集成電路為實(shí)現(xiàn)載體，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電子電路或電子系統(tǒng)。這種軟、硬結(jié)合的設(shè)計(jì)方式勢必對(duì)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力有更高的要求。三、知識(shí)綜合面寬。EDA技術(shù)涵蓋的知識(shí)面很廣，課程主要包括EWB、Prote199、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)/CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)和VHDL(極高速電路硬件描述語言)等內(nèi)容可以完成和實(shí)現(xiàn)電路原理、模擬電子、數(shù)字電子、FPGA/CPLD、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)嵌入式設(shè)計(jì)與片上系統(tǒng)(SOC/SOPC)等課程的實(shí)驗(yàn)仿真、設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。四、工程實(shí)驗(yàn)性強(qiáng)。作為一種日趨成熟和重要的電子設(shè)計(jì)手段，EDA技術(shù)可以說滲透到了電子、電氣等工程的各個(gè)領(lǐng)域，工程實(shí)驗(yàn)性特別突出。針對(duì)以上EDA實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)，如何采用創(chuàng)新性教學(xué)方法，提高該課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)是我們應(yīng)該亟待實(shí)驗(yàn)和探索的目標(biāo)[3]。

3.創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法和措施:

EDA技術(shù)自身的特點(diǎn)決定了它的學(xué)習(xí)內(nèi)容和方式不同于其它學(xué)科內(nèi)容，教師在教學(xué)中合理把握和利用這些特點(diǎn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高他們的專業(yè)技能。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用了以下五種方法和措施來保證能夠達(dá)到上述目的。

一是針對(duì)不同的專業(yè)特點(diǎn)，而采用不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。目前EDA技術(shù)課程面向的專業(yè)較廣，而且大多作為選修課程來開設(shè)，往往幾乎不分專業(yè)授以相同的內(nèi)容。再加之授課老師不可能面面俱到、樣樣精通，在沒有與專業(yè)對(duì)口的試驗(yàn)教材指導(dǎo)的情況下，其試驗(yàn)項(xiàng)目不免千篇一律，無法做到因?qū)I(yè)而設(shè)授課內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)際上，不同的專業(yè)對(duì)EDA技術(shù)課程的需求及適應(yīng)能力都不一樣，專業(yè)的不同導(dǎo)致課程內(nèi)容的理解程度存在較大的差異，這種安排過于刻板，其教學(xué)效果難以令人滿意。因此，除了對(duì)所有專業(yè)開設(shè)一些有關(guān)操作、基礎(chǔ)知識(shí)等的必要實(shí)驗(yàn)以外，還必須針對(duì)專業(yè)的需求和EDA技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。比如，對(duì)自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)直流電機(jī)/步進(jìn)電機(jī)的控制實(shí)驗(yàn)、基于FPGA的PID調(diào)節(jié)器等實(shí)驗(yàn);對(duì)電氣技術(shù)專業(yè)開設(shè)PWM(脈寬調(diào)制波生成與控制、延時(shí)同步觸發(fā)等實(shí)驗(yàn);對(duì)電子信息工程專業(yè)開設(shè)基于DDS(直接數(shù)字信號(hào)合成)的正弦信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)采集與FIR濾波等實(shí)驗(yàn);對(duì)通信工程專業(yè)開設(shè)基于FPGA的串行接口(UART)控制器、BPSK/FSK等常用信號(hào)發(fā)生器等實(shí)驗(yàn)。

二是摒棄傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)方式，而采用引導(dǎo)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

學(xué)生能力的培養(yǎng)是學(xué)生自己不斷思考的結(jié)果，而不是教師教出來的，教師在其中所起的只是引導(dǎo)和點(diǎn)撥的作用，主要體現(xiàn)在給學(xué)生創(chuàng)造提出問題的情境，而不是全部問題完全由自己包辦。因此要想真正意義上培養(yǎng)出學(xué)生的創(chuàng)新性、創(chuàng)造性，就必須要摒棄傳統(tǒng)教學(xué)的單一驗(yàn)證式的實(shí)驗(yàn)方式，而要采用引導(dǎo)式和啟發(fā)式的教學(xué)模式，先給學(xué)生提出問題，由學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)，放開手腳去解決問題，百花齊放，這樣才能發(fā)揮出學(xué)生的主觀能動(dòng)性，才能迸發(fā)出創(chuàng)新的火花。

三是許多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目直接來自于近幾年的競賽題目。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅要具有代表性，更重要的是要和實(shí)際相結(jié)合，尤其是和各種電子競賽的題目相結(jié)合，這樣才能貼近實(shí)際問題，才會(huì)學(xué)有所用，從而解決了學(xué)生學(xué)了知識(shí)后不知道怎么用和用在哪兒的問題。這樣既可以增加學(xué)生興趣，同時(shí)為他們將理論轉(zhuǎn)換為實(shí)際應(yīng)用提供一種思路，增強(qiáng)他們的創(chuàng)新思維能力。

四是考核采用小組答辯式的考核方式。EDA由于學(xué)習(xí)方式的特殊性，它是集課堂理論講授與實(shí)驗(yàn)教學(xué)為一體的教學(xué)做一體化的教學(xué)方式，相應(yīng)的考核也應(yīng)當(dāng)是能夠全面考查學(xué)生理論與實(shí)驗(yàn)操作的掌握情況，可以采取大多數(shù)院校所采取的考查考核方式。具體可采取記分作業(yè)+課堂表現(xiàn)+課外練習(xí)+小組答辯的方式，通過設(shè)置每種成績占總成績的不同權(quán)重來突出不同的要求。在小組答辯的考試過程中，教師可事先告知學(xué)生考查題目，通常這些題目是有一定難度要求的，數(shù)量最好是多個(gè)，難度應(yīng)盡量一致，且必須由一組多個(gè)學(xué)生通過共同努力能夠完成這些任務(wù)，在測試過程中通過學(xué)生的操作來考查他們應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

五是自編實(shí)驗(yàn)教材，更貼近學(xué)生實(shí)際。EDA技術(shù)涵蓋的知識(shí)面很廣，如若實(shí)驗(yàn)教學(xué)教材偏重于某個(gè)課程的內(nèi)容，或者包含了多個(gè)科目的內(nèi)容但深度不夠，這樣的試驗(yàn)教材不能完全體現(xiàn)EDA技術(shù)課程的特點(diǎn)與優(yōu)勢，使EDA技術(shù)在學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用大打折扣。這是目前大多數(shù)EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所具有的不足。因此，組織相關(guān)課程的老師，編制覆蓋以上課程內(nèi)容、既有廣度又有深度的EDA試驗(yàn)教材，是件意義重大的事情，不但對(duì)于該課程的教學(xué)大有幫助，而且對(duì)相關(guān)課程的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、專業(yè)方向設(shè)計(jì)、競賽、電子制作等都有啟發(fā)和幫助。

4.結(jié)束語

本文介紹了在《EDA技術(shù)實(shí)用教程》課程中實(shí)施創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法和過程，通過在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)用收到了較好的效果。一方面既提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課程的興趣和參與的積極性;另一方面更重要的是開拓了學(xué)生的創(chuàng)新思維，尤其在學(xué)生從維特性學(xué)習(xí)到自主創(chuàng)新性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變方面起到了事半功倍的作用。但是，創(chuàng)新性教學(xué)不是一門或幾門課程的問題，重要的是應(yīng)在教師中樹立“創(chuàng)新性”教學(xué)的理念，學(xué)校應(yīng)在教學(xué)管理、硬件配備、課程建設(shè)規(guī)劃的整體框架上加大改革力度，使學(xué)生在具有濃厚的創(chuàng)新性氣氛的教學(xué)環(huán)境中學(xué)習(xí)、成長。

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[4]潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)實(shí)用教程[M].北京:科學(xué)出版社，2009.

作者簡介:陳萬里，男，講師，黃河科技學(xué)院信息工程學(xué)院。