项目式导向下《EDA技术》课程的改革研究

项目式导向下《 EDA技术》课程的改革研究

林佳楠

集美大学 诚毅学院 信息工程系，福建省 厦门市

摘 要：EDA技术是通信工程、电子信息工程等专业的一门专业基础课，特点是重视理论与实践的结合。然而因为EDA课程的特点与学生层次等原因，目前应用型本科院校的EDA教学往往存在诸多问题，例如实验流于形式、学生作业抄袭、考试依靠死记硬背代码等。为此，将项目式导向教学模式运用到EDA技术课程中。教学实践说明，项目式导向教学模式下，学生实际动作参与实践的概率大大增加，多数学生交流合作、分析和解决问题的能力得到增强。

关键词：电子设计自动化；教学改革；项目式；硬件编程语言

1 引言

EDA技术是通信工程、电子信息工程等专业的一门专业基础课，特点是重视理论与实践的结合。EDA意为电子设计自动化^[1]，本校EDA技术课程以FPGA为目标芯片，VHDL为编程语言进行教学。FPGA作为通信、航天、军工等领域的关键核心器件，是保障国家战略安全的重要支撑基础。近年来，随着数字化、网络化和智能化的发展，FPGA的应用领域得到快速扩张^[2]。EDA技术课程作为运用FPGA的专业基础课，变得愈发重要。

2. EDA 教学现状及存在的问题

EDA技术课程以硬件编程语言作为主要设计工具^[3]。虽然传统上的课程实验和综合实践环节，层次丰富、设计合理，但有一个无可回避的问题就是学生对于代码的复制粘贴。应用型本科学院的多数学生，因为种种原因，主动学习的动力不足。而EDA技术课程作为该领域的入门阶段，其各个实验实践环节的代码极易被学生复制粘贴应付老师检查。老师也很难做更进一步的有效监督。而且这些实践环节难以给学生足够的成就感，不利于提高学习热情。现实中，理论和实践课，往往是极个别学生在学习动作，多数学生等着复制粘贴，考前背诵概念和代码。这样当然不可能有较好的学习效果。

3. 教学项目设计

针对上述问题，将项目式导向教学模式运用到EDA技术课程中。通过针对性的项目设计，推动学生积极主动学习与动作实践，并对工程项目有一定的了解。

3.1 项目设计原则

项目式导向教学模式成功实施的关键前提当然是合理设计好各种项目^[4]。根据上述的问题分析，这里的项目设计要遵循以下主要原则：

1）符合教学大纲。每个项目需要的模块需要涵盖教学大纲里教学目标要求的主要内容，项目的完成才能最大程度为课程教学服务。

2）足够的复杂度。每个项目需要相当多的工作量才能完成，便于学生分组合作，促进学生的交流沟通。

3）足够的项目数量。在学生分组合作完成项目的模式下，足够多的项目数，可以使得全班重复项目的分组较少，促进学生主动学生实践，减少相互抄袭。

4）足够的趣味性和开放性。效果直观，应用性较强，有一定自主发挥空间的项目，有助于学生提高主动学习的兴趣。

3.2 项目方案

在上述原则的指导下，设计了7个项目。它们涵盖范围较广，基本包含了本课程所有重要知识点。它们之间既有重叠的所需基本模块，又有各自的特点。既有趣味性，又有基础性。具体如下表所示：

表1 各项目及其简介

通过表1可以得到，这些项目即有各自的特点，又有相当部分的重叠。这些项目都涵盖了足够多的基础知识范围，可以较好配合前期的理论基础教学，又有各自的特色特点可供各组学生自主发挥。

4项目教学的实施

项目式导向下《EDA技术》课程的教学分成了以下几个阶段。

4.1 项目准备

课程之处，首先介绍各个项目的概况，并运用多媒体手段，向学生演示各个项目的成品使用效果，激发学生的学习兴趣。然后让学生分组选题，每个项目2~3个学生。

4.2 基础教学

这阶段进行常规的基础教学，主要是Quartus软件的使用，FPGA开发板的使用，VHDL编程基础，顺序/并行语句语法，自顶向下的设计方法，状态机的设计，LPM的定制使用等等。同时穿插有常规的实验任务，例如编码译码器、计数器、扫描电路等。重要的是，在进行该阶段教学时，要注意引导学生结合自己的项目进行有重点有针对性的学习吸收。例如进行数码管扫描显示电路实验时，引导学生设计适用于自己项目的显示模块。

4.3 项目任务的完成

在学生有了一定的EDA基本基础知识之后，每组学生进入到项目的实施阶段。该阶段重点引导每组内学生之间的讨论交流与合作。

首先是总体方案的设计，将项目任务进行分解，理清具体包括的模块与各模块之间的关联。

然后进行人员分工，确定组内学生每人负责设计调试的模块。

最后是总体的调试与改进。

整个阶段要有实验室更自由便利的开发时间的配合，为学生提供一个更接近于研发的学习环境。

4.4 项目验收与评价总结

项目的验收采取分组答辩的形式。每组的所有学生都需要轮流上台讲演各自项目的总体方案、各模块设计、仿真调试等内容。对存疑的部分进行提问。最大程度督促学生自己动作完成项目任务。最后，课程结束前对各组的设计优缺点进行总结点评，让更多的学生可以吸取经验。

5. 项目教学的实施效果

将项目导向教学方法运用用于《EDA 技术》课程后，取得了下面的显著效果：

1）主观层面。在项目导向的驱动下，多数学生的学习态度明显改善。为了完成自己小组的项目任务，课后有更多的学生留下积极提问。小组内部和小组之间，学生关于课程内容的交流互动明显增多。

2）实践层面。在项目导向的驱动下，学生完成EDA技术课程配套实验的实际动作表象也得到改善。更多的学生在理解实验原理的基础上，将实验内容进行扩展以便运用于小组的项目任务。例如将数码管扫描显示电路的译码器进行修改，以增加显示H等某些字母。

3）竞赛层面。在项目导向的驱动下，学生自己动手分析问题、解决问题、交流合作的能力得到有效提升。2021年，电子专业的多位同学在智能车竞赛中取得省级、国家级奖项，就是相关能力的很好体现。

参考文献：

[1] 朱娜,张金保,王志强,李建利. EDA技术实用教程[M].人民邮电出版社:, 201207.325.

[2] 李玉洋. “续命”摩尔定律 FPGA迎来“黄金时代”[N]. IT时报,2021-06-25(006).

[3] 潘松 , 黄继业 . EDA 技术与 VHDL: 第四版 [M]. 清华大学出版社 , 2014,7: 192-194.

[4] 林连冬.EDA技术开放实验室研究型实验的教学探索[J].实验室研究与探索,2013,32(05):216-218+226.

基金项目：福建省教育厅中青年教师教育科研项目（JT180878）；集美大学诚毅学院教育教学改革项目“VHDL 课程项目教学新模式的研究”（CJ18022）。