彭琛

摘要：传统的EDA技术教学已不能满足工程教育专业认证对本科人才的需求，在明确教学目标的基础上，提出“引、教、学”3个重点为主的教学模式，重构EDA课程的线上线下教学时间安排，把思政教学内容合理融入课堂，加强设计类项目的安排，把整个教学过程的考核方式进行细分，把形成性评价和总结性评价结合起来评分，切实提高工程教育专业认证环境下EDA技术课程的教学效果和对毕业人才培养成效。

关键词：工程教育;专业认证;思政课程;EDA技术

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）22-0152-03

随着应用型本科的提出和国际工程专业认证的普及，自动化专业人才培养模式急需改变，从整体来求改变，具体到每门课程的课程目标、教学内容、考核过程和预期目标都必须改变，切实做到以学生为主，以就业为目标，精准确定人才培养方案，制定恰当的课程教学大纲，培养适应社会需求的人才。

EDA技术是自动化专业实践性强的技术性基础课程。本课程是培养学生面对数字电子系统课题的分析能力，以及利用VHDL硬件描述语言的编程能力和解决实际问题的综合能力。以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过相关开发软件，自动完成电子系统设计，初步具备以软件方式开发数字电子系统硬件的技能。课程具体内容包括：大规模可编程逻辑器件、VHDL语言、开发软件、实验开发系统等。自动化专业的毕业要求对本课程提出的达成目标：能够对ASIC（专用集成电路）设计问题进行分析和提炼，设计解决方案;根据系统设计过程中出现的情况，综合分析解决复杂工程问题。针对实际的问题，确定合理的方案，选用合理的器件进行设计，并体现创新意识。选择和应用恰当的芯片和软件等，针对数字系统工艺问题进行分析。本课程从解决复杂工程问题能力的总需求出发，围绕课程支撑的四个毕业要求指标点，按照CDIO工程教育范式，基于OBE理念，以培养新时代ASIC工程师的综合设计能力为核心目标。打破专业间壁垒，构建了三个层面的能力要求，即器件选择能力、系统设计能力及仿真诊断能力;培养学生的沟通协作能力，工匠精神、担当精神和创新、探索精神。

针对工程专业认证要求，课程在教学内容改革中主要解决了“引、教、学”等3个重点问题：

1 思政育人（引）

按照党的育人方针，开展课程思政。有意识、有计划地，以“春风化雨、润物无声”的方式，融入思政元素，涵盖“智造强国”、大国“工匠精神”“求真求实求是”“矛盾论”等思政理念，向学生传递正确的价值观、人生观。本次课程改革的难点就是融入爱国主义教育和新时代创新精神教学短视频的制作，所以首先就是设置教学目标，设计思政教育融入点的教学流程，部分案例教学内容对应思政教学安排见表1所示。然后确定要教授的视频内容，教师要把确定好的教学内容按知识模块录制成视频，通过网络将课件和视频上传到智慧树等国家级平台。

2 资源育人（教）

以学生为中心，选择教学资源。本校建成的线上资源，根据工程专业认证对本科毕业人才的要求，结合当下社会热点和行业发展，整合课程内容将知识点碎片化处理，在不影响整个课程构架的情况下，使课程脉络更加清晰和顺畅，方便学生更快地梳理学习重点和难点，以适用于应用型本科人才的岗位需求;教师将生产一线的实用技术引入课堂，这样的应用型课程弥合了学校课堂与生产实践之间的鸿沟。要求教师将工程应用的最新动态反映在EDA教学中，强调教学中的师生互动，“以学生为中心”，发现教学问题并持续改进，积极强化工程教育理念，以提高学生的创新能力和解决实际工程问题的能力为教学目标[1]。

本课程知识点多、技术性强、内容抽象是一门既有理论，实践性又很强的课程，传统的教学方式，在时间和空间上就将“学”和“做”分离了，学生入门难度大，学习后动手能力差，能力培养的效果不佳。本课程运用了多种信息化手段，以开放式的学习体验，实现了“理实一体”，解决了传统教学的难题，使学生真正掌握FPGA软硬件设计， 实现三位一体的教学目标，课程知识体系开放，打破了传统章节的限制，把知识体系分为导学篇、工具篇、基础篇、应用篇，跟随技术的发展变化动态更新教学内容。尤其是应用篇，加入了学生参加各种大赛的题目分解设计，持续更新中。能满足学生的个性化学习、分层次学习的需求，激发学习兴趣。课程既可以线上学习、也适用于翻转课堂和混合式教学。课程采用了多元化的评价体系，课前测试、单元测试、期末考试、讨论、作业、实验等形成性评价和结果性评价的内容可以自由设置，多达十几项，可供师生自主选择，老师可根据课程平台上的大数据进行线上督学，线上答疑等互动，实时督促学习过程，确保以学生为主体的教学的实现。

3 学以致用（学）

依据学情分析，选择教学方法。发挥混合式教学在数字化与个性化结合的优势，关注学生的学习进度，表扬优秀学生、鼓励后进学生，做到“一个也不能少”;将见面课做成“展示学习效能的发布台”“师生/生生互动的训练场”。

3.1 见面课

见面课的要求是形式丰富多样，案例吸引眼球，内容贴近实践，思想作为引领，6次见面课主题如下：“EDA技术在中国的发展现状——了解EDA技术在专用集成电路开发、设备技术改造等的应用，传递工匠精神培养的重要性”;“FPGA和CPLD生产厂家及选型——通过对现场可编程门阵列发展历程的学习，探讨硬件的发展对国家复兴之路的带动力”;“组合逻辑电路—数据分配器的实现”;“时序逻辑电路——计数器的实现”;“了解三大主流公司的器件和仿真软件的发展现状，并分析原因”;“智能交通灯的设计实现——通过EDA技术实现与日常生活需求接轨”。根据学生课堂回答问题和小组讨论课上表现评分，每次课堂通过小型答辩完成;汇报小组按照学号轮流方式进行，采用组内推荐方式确定具体汇报人。评分按查阅文献情况、团队协作、素材准备、问题分析、现场叙述交流和回答问题情况等进行评价。

3.2 设计项目

根据学习任务，要充分调动学生学习积极性，征集学生意见分组，每组学生 3～5 人为宜[2]。通过积极主动地参与到活动中来提高学生理解问题、解决问题的能力[3]。课程共开发7个设计项目，分别为智能交通灯控制、数据分配器、综合计时器、基于USB的人机接口、嵌入式ADC转换、嵌入式DAC转换、基于Simulink的函数发生器，各专业的学生可根据兴趣选择3个项目进行设计，并完成项目报告和答辩。下面以综合计时器的设计为例讲解设计过程。首先了解综合计时系统的功能，要求能实现年、月、日、时、分、秒及星期的计数等综合计时功能，同时将计时结果通过15个七段数码管显示，并且可通过两个设置键，对计时系统的有关参数进行调整。然后根据要求用模块化设计实现顶层实体，最后仿真。

由图2看出，在调整模式下，相应的模式灯会亮，而且，在调秒模式下，时间设为1;在调分模式下，时间设为2;在调时模式下，时间设为3;在调日模式下，时间设为1;在调月模式下，时间设为1;在调年低位模式下，时间设为22;在调年高位模式下，时间设为20;在调星期模式下，时间设为1，最后转为正常计时模式。即输入的时间为2022年1月1日3点2分1秒，星期1。

3.3 实验项目

依靠项目化教学引导学生掌握EDA开发的方法和技巧，让学生获得较好的项目开发实践能力[4]。实验项目共开发8个，分别为译码器设计、编码器设计、1位全加器设计、基本触发器的设计、选择器设计、序列发生器的设计、序列检测器的设计、加法计数器的设计，各专业的学生可根据兴趣选择5个项目。每次评分施行百分制，评分内容包括到课情况、课堂表现、实际操作和实验报告。

3.4 小组讨论

根据学生课堂回答问题和小组讨论课上表现评分，每次课堂通过小型答辩完成;汇报小组按照学号轮流方式进行，采用组内推荐方式确定具体汇报人。评分按查阅文献情况、团队协作、素材准备、问题分析、现场叙述交流和回答问题情况等进行评价。能够基本形成使用 FPGA 开发基础电路的设计思想，为后期嵌入式、DSP、EDA 技术课程的深度学习奠定扎实理论基础，学生参加电子设计竞赛的人数明显增多，实现动手能力的有效提高[5]。

4 课程改革完成情况

本课程选课人数100人，参加期末考试100人，学生平均成绩（课程目标、作业、课堂测试、小组讨论） 统计见图3所示。

以期末考试为例，期末测试是综合设计考核方式，课前准备设计案例50个供学生选择，确保在同一个班级内考试题目不出现雷同，每个项目都提出相应的设计要求，最后通过上机考核进行现场展示，主要展示仿真软件操作过程和仿真结果，考试时间是120分钟;上机考试结束后需提交项目设计报告，最后的测试成绩由操作成绩和报告成绩组成，成绩采用百分制，期末考试总分100分，考试范围涵盖整个课程内容，考试时间安排在理论课程结束后一周。其算分法直接评价平均值为86.76（个体达成情况散点图如图4所示，横、纵坐标代表学生人数、学生分数） ，100名学生中共有4人达成评价值小于70。

5 结论

本次关于EDA技术课程的教学设计和考核的改革，在明确工程教育专业认证教学目标的基础上，提出“引、教、学”3个重点为主的教学模式，重构EDA课程的线上线下教学时间安排，把思政教学内容合理融入课堂，加强设计类项目的安排，把整个教学过程的考核方式进行细分，把形成性评价和总结性评价结合起来评分。为了切实提高工程教育专业认证环境下EDA技术课程的教学效果和对毕业人才培养成效，需要相应的措施加以保证，通过此次改革也得出了很多结论，比如在见面课和项目设计课评分中是按照小组来进行打分，这样就会出现部分学生没有参与但是分数一样，基于这种情况在接下来几轮的考核中，教师把分数分配的权限下放到每个小组，由各小组根据小组协作时的贡献大小进行给分，这样既保证了评分的公平性，又激励了学生的积极性。

参考文献：

[1] 傅莉.PBL模式下的EDA技术课程教学改革研究[J].中国现代教育装备，2021（19）：124-126.

[2] 焦文潭，李小光，葛运旺.基于CDIO理念《可编程逻辑器件与EDA技术》课程教学方法研究与实践[J].中国电力教育，2020（5）：62-63.

[3] 王艳芬，王刚，陈世海，等.建构主义学习理论的教学模式研究与实践——以通信电子电路课程为例[J].实验室研究与探索，2018，37（7）：211-215.

[4] 郭婧，刘义亭.EDA技术及应用课程项目化教学案例分析[J].中国现代教育装备，2021（13）：106-108.

[5] 苏明敏，李栋.基于EDA技术的数字电子技术课程改革[J].产业与科技论坛，2021，20（16）：130-131.

【通联编辑：梁书】