顧慶水，賈聰智，陳 偉

(電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，四川 成都 611731)

EDA技術(shù)被廣泛應(yīng)用于通信、自動(dòng)化、電氣工程等領(lǐng)域。利用EDA技術(shù)，可快速方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的集成。在各大學(xué)中，“EDA技術(shù)”課程是電子技術(shù)相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)技能課程。

該課程傳統(tǒng)的教學(xué)方法采用課堂上老師講，學(xué)生聽，實(shí)驗(yàn)則是所有學(xué)生均要在指定的時(shí)間內(nèi)完成指定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。整個(gè)教學(xué)過(guò)程學(xué)生只能跟隨教師的思想去學(xué)習(xí)，學(xué)生缺乏主動(dòng)性和積極性，很難提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[1]。因此，許多高校針對(duì)實(shí)驗(yàn)部分提出了很多值得借鑒的改革思路和改革方法[2－6]。但這些改革主要是針對(duì)單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，沒有從單門課程層面進(jìn)行研究。

本文結(jié)合電子科技大學(xué)學(xué)生的特點(diǎn)，基于PBL(problem based learning，基于問(wèn)題的學(xué)習(xí))理念對(duì)EDA技術(shù)課程進(jìn)行全面的教學(xué)改革，提出將整個(gè)課程劃分成課堂講授、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)3個(gè)階段。每個(gè)階段突出學(xué)生的主體地位，有效地提高和促進(jìn)學(xué)生的自學(xué)能力、工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等。

1 PBL教學(xué)方法

PBL教學(xué)方法已被世界各國(guó)的大學(xué)廣泛重視。最初其主要用于歐美的醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，側(cè)重于創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)精神等綜合能力的培養(yǎng)[7]。近幾年，很多國(guó)內(nèi)高校在其他學(xué)科領(lǐng)域的教學(xué)中也逐漸使用PBL教學(xué)方法，并得到很好的效果[8－11]。

PBL教學(xué)方法的核心思想是以問(wèn)題為導(dǎo)向，以項(xiàng)目為組織方式，通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組合作來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、組織管理能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力等[12]。

由于不同學(xué)科特點(diǎn)、不同學(xué)校學(xué)生的水平不盡相同，因此PBL教學(xué)方法并不能完全照搬某種模式，在具體實(shí)施過(guò)程中，需要結(jié)合本校學(xué)生的特點(diǎn)和課程的教學(xué)要求來(lái)設(shè)置。

2 課程改革思路

課程改革的基本思路是將課程分為課堂講授階段、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)階段。

1)課堂講授階段不再按照傳統(tǒng)的方式，即老師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容逐一講授，而是采用專題講座形式，講授每個(gè)專題的核心內(nèi)容，提出問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生課后自學(xué)。通過(guò)布置一些作業(yè)，對(duì)自學(xué)情況進(jìn)行考核，同時(shí)學(xué)生自己也可檢驗(yàn)自學(xué)效果。為了給學(xué)生提供充足的自學(xué)時(shí)間，每周安排一個(gè)專題，每個(gè)專題按4學(xué)時(shí)進(jìn)行。

2)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段通過(guò)設(shè)置兩個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生快速掌握基本工具及開發(fā)平臺(tái)的使用方法，同時(shí)對(duì)前期的自學(xué)效果做出一個(gè)綜合檢驗(yàn)。

3)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)階段要求根據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)及所提供的開發(fā)板自擬題目并完成設(shè)計(jì)，最終提交詳細(xì)的研制報(bào)告。該階段是本課程的重點(diǎn)，也是改革的核心。

根據(jù)課程改革的要求和特點(diǎn)，采用小班化教學(xué)，每個(gè)小班人數(shù)控制在50人以內(nèi)。

課程改革后總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，其中課堂講授20學(xué)時(shí)，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)20學(xué)時(shí)。

課程的考核以學(xué)生在實(shí)驗(yàn)階段的綜合表現(xiàn)為主，以考試為輔，其中實(shí)驗(yàn)成績(jī)占比60%，期末考試成績(jī)占比30%，平時(shí)成績(jī)占比10%。

3 課程內(nèi)容具體設(shè)計(jì)

3.1 課堂講授階段

根據(jù)該課程教學(xué)大綱的要求及特點(diǎn)，分5個(gè)專題進(jìn)行講授。各專題具體的教學(xué)安排如表1所示。其中，專題2的作業(yè)主要考察HDL語(yǔ)言本身的使用，僅涉及數(shù)字電路中一些基本電路，如計(jì)數(shù)器、移位寄存器等基本概念；專題3的作業(yè)則從實(shí)際工程應(yīng)用中提取一些簡(jiǎn)單工程應(yīng)用，所給出的題目只給出一個(gè)應(yīng)用大綱，并提出實(shí)際工程應(yīng)用中需要考慮的問(wèn)題，學(xué)生自行模擬應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)計(jì)。部分根據(jù)本校專業(yè)和學(xué)生的特點(diǎn)所擬定的工程應(yīng)用題如表2所示。

3.2 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段

根據(jù)開發(fā)板的功能結(jié)合學(xué)生能力，安排兩個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。一是設(shè)計(jì)一個(gè)秒表功能，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步熟悉HDL語(yǔ)言、開發(fā)板主要功能、開發(fā)流程；二是基于NIOSⅡ的MP3播放器的設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)際案例掌握嵌入式處理器開發(fā)的過(guò)程和開發(fā)方法。

在具體實(shí)施過(guò)程中，這兩個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、設(shè)計(jì)方法及部分軟件代碼，如第二個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的處理器內(nèi)的軟件代碼。

通過(guò)兩個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，主要目的是讓學(xué)生快速掌握設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)流程、相關(guān)工具的使用，加深對(duì)開發(fā)平臺(tái)的了解，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中確定創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)階段的設(shè)計(jì)題目。

3.3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)階段

在該階段，學(xué)生根據(jù)自擬的題目完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)階段，除集中課外，無(wú)固定的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，學(xué)生自行預(yù)約時(shí)間進(jìn)入開放式實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。

該階段任課教師安排5次集中課，其中，第一次各組對(duì)所提交的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目進(jìn)行闡述，并討論方案的可行性，提出相應(yīng)的一些建議或注意事項(xiàng)，最后一次集中課各組對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的過(guò)程、成果等進(jìn)行匯報(bào)，中間三次集中課用于集中討論實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各組遇到的問(wèn)題，這些問(wèn)題可能是共性，也可能是個(gè)案，不管哪種問(wèn)題，通過(guò)對(duì)問(wèn)題的集中討論會(huì)顯著提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力。

通過(guò)該實(shí)驗(yàn)主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、項(xiàng)目文檔的撰寫能力等多方面的能力。

4 實(shí)驗(yàn)的具體操作

4.1 學(xué)生組織

從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段開始，所有的實(shí)驗(yàn)學(xué)生均分組進(jìn)行，每組3～4人，每組實(shí)行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，分組一旦確定原則上不再變動(dòng)。實(shí)驗(yàn)中所要求的實(shí)驗(yàn)報(bào)告均按組進(jìn)行提交。

4.2 實(shí)驗(yàn)要求

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由任課教師組建一個(gè)公共平臺(tái)如QQ群，任何問(wèn)題或意見可通過(guò)公共平臺(tái)發(fā)布，以便能及時(shí)解決。同時(shí)任課教師匯總提交的問(wèn)題，在集中課中進(jìn)行展示并加以說(shuō)明。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并提交最終的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

表1 課題講授階段5個(gè)專題教學(xué)安排

表2 專題3的工程應(yīng)用訓(xùn)練部分題目

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提交最終的實(shí)驗(yàn)研制報(bào)告，并進(jìn)行匯報(bào)。為了培養(yǎng)學(xué)生項(xiàng)目文檔的編寫能力，所提交的實(shí)驗(yàn)研制報(bào)告要求按照一定的格式進(jìn)行編寫，其格式如表3所示。

4.3 實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定

為保證實(shí)驗(yàn)效果，必須有配套的實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定機(jī)制。該機(jī)制不僅需要考慮學(xué)生的個(gè)人能力，也需要鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、所設(shè)計(jì)的題目的難度和創(chuàng)新性、文檔的寫作能力等[13]。實(shí)驗(yàn)成績(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)題目的難度、實(shí)驗(yàn)最終完成情況、團(tuán)隊(duì)中所起作用、問(wèn)題解決能力、答辯效果、提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量等進(jìn)行綜合評(píng)定，詳細(xì)評(píng)分細(xì)則如表4所示(實(shí)驗(yàn)成績(jī)總分為60分)。

5 教學(xué)效果

通過(guò)課程改革，課程從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)的設(shè)置都做了大幅度的修訂。學(xué)生通過(guò)該門課程的學(xué)習(xí)，不僅學(xué)習(xí)到本門課程本身所需要掌握的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)學(xué)生的自習(xí)能力、工程實(shí)踐能力、解決問(wèn)題能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等一些工程素質(zhì)方面的能力也得到了培養(yǎng)。

通過(guò)一年的教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性比往屆學(xué)生明顯提高，特別是在實(shí)驗(yàn)中更能體現(xiàn)這種教學(xué)的效果。如在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)并解決了很多問(wèn)題，所有組(共15組)合計(jì)列出了126個(gè) (僅從學(xué)生所提交的設(shè)計(jì)報(bào)告中所列的問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì))不同問(wèn)題，并給出了問(wèn)題出現(xiàn)的原因和解決方法。課后作業(yè)與實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)合，不僅加深本門課程相關(guān)知識(shí)的了解，同時(shí)通過(guò)問(wèn)題的引入，也能開拓學(xué)生的工程實(shí)踐思維。

表4 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)評(píng)分依據(jù)

表4 (續(xù)表)

6 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)EDA技術(shù)課程的特點(diǎn)，提出采用三段式教學(xué)，在課堂講授階段通過(guò)適當(dāng)?shù)闹v解和課后需要解決的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，通過(guò)若干個(gè)驗(yàn)證性或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)快速熟悉相關(guān)工具軟件或開發(fā)環(huán)境，最后通過(guò)靈活的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)，不受各種條條框框的限制。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，借鑒PBL教學(xué)模式，通過(guò)解決各種問(wèn)題促使學(xué)生各種能力的提高。這些問(wèn)題一部分由教師提出，更多則是學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中自然而然所遇到的問(wèn)題。從遇到問(wèn)題到問(wèn)題的解決，實(shí)踐證明會(huì)極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的求知欲。在整個(gè)大學(xué)的教學(xué)安排中，有很多工程實(shí)踐類的課程，如電子類專業(yè)有C語(yǔ)言、MATLAB、DSP技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程。這些課程和EDA技術(shù)課程一樣，其主要目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)某類工程技能，并學(xué)會(huì)使用這些工程技能解決實(shí)際問(wèn)題，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。這些課程在教學(xué)安排上，都可以采用類似本文所提出的三段式教學(xué)方法。不過(guò)，在具體實(shí)施過(guò)程中，需要綜合考慮學(xué)生的整體水平以及學(xué)生專業(yè)背景情況。

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