張 瑾，孫芹芝

（1.大連大學 信息工程學院，遼寧 大連 116622 2.大連大學 網(wǎng)絡與信息中心，遼寧 大連 116622）

0 引言

EDA技術是現(xiàn)代電子信息工程領域中一門發(fā)展迅速的新技術，它融合了應用電子技術、智能技術、計算機技術等多學科最新成果 ，已經(jīng)成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計和制造的主要技術手段[1]。開設《EDA技術及應用》課程，目的是培養(yǎng)學生運用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的能力、創(chuàng)新精神以及獨立解決問題的工程實踐能力。以往我們特別強調(diào)以知識為本位，教師在課堂上按照大綱，順序地講授各種編程語句的結構、語法，然后在實驗上機課中進行驗證和編程設計，這種理論教學與實踐教學相分離的格局很難形成學生的綜合技能，也難以調(diào)動學生的主動性、參與性與協(xié)作性[2]，為此近幾年開展了項目教學的嘗試，取得了很好的效果。

1 教學項目設計

項目教學法是充分應用課堂理論知識解決生活中、工程中的實際問題，并且通過解決項目加深對理論知識的理解，從而達到培養(yǎng)學生綜合能力目的的全新教學模式，與著名教育家陶行知先生所提倡的“在學中做，在做中學”的教育理念一致[3]。這種教學方法更適用于《EDA技術及應用》之類應用性比較強的課程。

1.1 項目選擇原則

項目的確定是“項目教學法”成功的關鍵。項目的選擇要在教學目標指導下，綜合考慮項目的設置、各項目間的聯(lián)系和層次遞進。以大綱中的知識點為依據(jù)，既要與書本的知識緊密結合，又要能夠展現(xiàn)項目的現(xiàn)實應用性，同時給學生留有發(fā)揮和創(chuàng)新的空間。具體地，項目選擇應該遵循以下幾個原則：

（1）緊密配合教學內(nèi)容和教學目標。項目實例是為教學服務的，因此選取的項目必須和教學內(nèi)容相吻合，項目的設計方法、手段基本是教學內(nèi)容的實際應用。

（2）具有良好的工程應用價值[4]。項目不但為掌握EDA技術理論和設計方法服務，還應加強學生對電子系統(tǒng)的工程設計的理解。項目應是工程應用中的實際問題或者電子系統(tǒng)設計中的典型環(huán)節(jié)。

（3）規(guī)模適中。項目規(guī)模太大將花費過多學時，項目規(guī)模太小則難以體現(xiàn)課程的實踐性。

（4）難度適中。項目難度既要激發(fā)學生學習的興趣，又不能打擊學生的自信心。

（5）趣味性。選擇項目時應考慮其趣味性和實用性，讓學生有熱情有動力投入項目中。

1.2 項目選取與設計方案

EDA技術旨在使過去中小規(guī)模數(shù)字器件實現(xiàn)的數(shù)字系統(tǒng)得以在集成度更高、體積更小的超大規(guī)?？删幊唐骷袑崿F(xiàn)，而這一思路的關鍵就在于硬件描述語言VHDL，因此EDA技術課程最主要的內(nèi)容有兩部分：一是VHDL語言的學習，二是數(shù)字電子技術中常用數(shù)字器件的VHDL設計及應用。

如果按照知識體系系統(tǒng)地學習這門課，將需要大量學時，僅僅VHDL語言部分，就需要講授它的三個結構、五個要素、若干重要語句和三種常用設計手段，而培養(yǎng)方案在這部分的教學中給出的學時很少。該課程采取的項目教學思路是，放棄不常用VHDL語句，選取EDA設計技術中最有效的手段和方法，將其融合到電子系統(tǒng)設計的典型環(huán)節(jié)、典型項目中去，即應用項目中包含了本課程所有重要知識點，這樣在做項目的過程中展開探究式、參與式和研究性教學，既達到教學任務要求，又鍛煉了學生，使得學生的主動性和學習熱情得以充分發(fā)揮。

基于以上思路，設計選取“8位數(shù)碼掃描顯示電路設計”、“直流電機的PWM控制”、“基于VHDL狀態(tài)機的A/D采樣控制電路設計”、“多功能音樂播放器設計”等項目，項目除了體現(xiàn)VHDL語言的基本結構、文字規(guī)則，還應用了其最核心的內(nèi)容——順序語句、并行語句的語法和元件例化法、狀態(tài)機設計法、LPM定制等設計手段，涉及的器件設計包括了所有常用的組合邏輯部件和時序邏輯部件，同時應用了大量電子系統(tǒng)的設計原理。項目所涉及的主要VHDL語法、設計手段以及電路原理知識如表1所示。

表1 項目與主要VHDL語法、設計手段以及電路原理知識對應表

2 項目教學的實施

2.1 提出項目要求

在教學之前，給出項目的設計要求，包括基本要求、擴展要求和自由發(fā)揮部分（不必設置具體參數(shù)），例如“直流電機的PWM控制”項目，除了按鍵控制電機的正反轉和速度這一基本要求外，還設置了按鍵步進控制速度檔位、電機測速以及顯示速度值的擴展要求，并且啟發(fā)學生研究將電機安裝在小車上，進行障礙物檢測、慢轉彎、急轉彎、前進、后退等多種控制。作為自由發(fā)揮部分，具體參數(shù)不限。

再如音樂播放器設計，基本要求是能夠完整播放一首曲子，節(jié)奏適中，聲音清晰響亮，曲目任選；擴展要求是通過按鍵可以在幾首曲目中任選一首進行播放。學生可以將功能進行提升，如按鍵快進選曲或者一首曲子內(nèi)快進播放等等。

在明確項目要求前提下，指導學生查閱、學習所設計的系統(tǒng)的工作原理。

2.2 引導學生進行項目分解

引導學生將項目分解為多個模塊，以各模塊為任務分別解決。這樣做，既有利于厘清設計思路和分別調(diào)試，也有助于學生目標明確、有的放矢地學習課程知識。

（1）8位數(shù)碼掃描顯示電路設計項目。學生必須掌握的是基于EDA技術的組合電路與時序電路的設計，包括計數(shù)器、譯碼器、顯示譯碼器設計以及三極管的開關設計。

（2）直流電機的PWM控制項目。設計包括計數(shù)器、比較器、速度檔位發(fā)生、PWM波產(chǎn)生、正反轉控制等模塊。

（3）基于VHDL狀態(tài)機的A/D采樣控制電路設計項目。該項目包含狀態(tài)機時序控制進程設計和狀態(tài)翻譯進程以及數(shù)據(jù)鎖存進程設計。

（4）音樂播放器設計項目。項目所需要完成的設計包括ROM地址發(fā)生、ROM存儲器、音樂簡譜譯碼、數(shù)控分頻、占空比調(diào)整等模塊[5]。

2.3 對學生項目設計的評價

設計小組以1-3人為宜，項目設計成果以答辯形式加以檢驗，具體包括波形仿真與分析或者硬件電路測試以及設計思路闡述。波形仿真與分析是從理論上說明設計的正確性，硬件電路測試則從實踐上檢驗設計是否達到要求。項目評價分數(shù)將以適當比例計入期末考試成績。

3 項目教學實施效果

《EDA技術與應用》課程實施項目教學過程中，在下面幾個方面取得了明顯的效果。

（1）學習態(tài)度的改變。采用項目教學以后，學生學習主動性明顯增強，為完成一個項目，必須查閱大量文獻、自學教材、討論答疑等等，而這些工作在以往不必學生親自去做，學生只聽老師講授、編寫練習程序就行了。同時各組之間的競爭、比拼也激發(fā)了學生的學習熱情。

（2）考試成績的提高?！禘DA技術及應用》考試在應用項目教學之前，即使開卷考試，卷面不及格人數(shù)比例也達20%左右，采用項目教學后，在難度相當?shù)那疤嵯?，閉卷考試的成績大幅提高，不及格人數(shù)比例下降為10%以下。

（3）實驗效果的改善。《EDA技術及應用設計》課程是與《EDA技術及應用》配套的實驗課，可以看到學生獨立編程、調(diào)試、糾錯能力大大提高。

（4）創(chuàng)新項目和大賽成績。采用EDA技術完成創(chuàng)新項目的小組逐年增加，成績也提高很大，2015年至2017年共有四組創(chuàng)新項目被批準為省級項目，其中一項晉級為國家級大創(chuàng)項目。在近年舉行的全國大學生電子大賽、遼寧省“TI”杯電子設計大賽中，均有采用EDA技術完成設計獲獎的作品，這與平時的項目設計和訓練是分不開的。

4 結語

實踐證明，《EDA技術及應用》課程引入項目教學效果良好，教師在教學中，將知識點融合到項目中，在不影響知識體系完整性的前提下，能夠重點突出地講授實用技術，大大提高了教學效率和課堂活力。學生在項目教學過程中，知識的學習和能力的培養(yǎng)都達到了課程目標，而且激發(fā)了學生的創(chuàng)造熱情，對培養(yǎng)應用型、創(chuàng)新型的一線工程技術人才將起到較大的促進作用。