EDA技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)研究
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［摘要］eda技術(shù)基礎(chǔ)課程具有一定的難度，但對學(xué)生的就業(yè)競爭力有重要的影響。教師在教學(xué)中要選好編程語言，采用對比教學(xué)、案例教學(xué)等方法，循序漸進(jìn)、拾級而上，要注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生在案例教學(xué)中感受到知識(shí)的價(jià)值，并進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。
［關(guān)鍵詞］EDA；Verilog；對比教學(xué)；案例教學(xué)
隨著數(shù)字系統(tǒng)以摩爾定律的速度發(fā)展，IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了翻天覆地的變化，從最初的手工搭建電路到高級別描述綜合電路的轉(zhuǎn)換，從原有的基于印制電路板的方式逐步向基于芯片的連接轉(zhuǎn)變。技術(shù)的變革使得電類專業(yè)課程設(shè)置上也隨之改變。目前，國內(nèi)電類專業(yè)均開設(shè)了EDA技術(shù)基礎(chǔ)這門課程。EDA技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)的延伸，也是FPGA開發(fā)、數(shù)字IC設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，學(xué)好本門課程對學(xué)生后續(xù)深造以及就業(yè)能力的提升都有至關(guān)重要的作用。因此，EDA技術(shù)基礎(chǔ)往往是電類專業(yè)高年級學(xué)生非常重視的課程。要讓學(xué)生學(xué)好該門課程，不妨從以下幾個(gè)方面入手。
一、選好編程語言，做到輕松入門
VHDL語言是美國國防部在1985年推出的硬件描述語言，具有語法規(guī)范、體系完整、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)忍攸c(diǎn)，于1987年被IEEE采納作為硬件描述語言標(biāo)準(zhǔn)之一。而VerilogHDL是一種與C語言相近的硬件描述語言，在C語言被廣泛應(yīng)用的學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界，VerilogHDL比較流行。考慮到學(xué)生的課程基礎(chǔ)以及應(yīng)用型人才所學(xué)知識(shí)在產(chǎn)業(yè)界的適用性，不妨以VerilogHDL語言為設(shè)計(jì)語言。
二、尊重學(xué)習(xí)規(guī)律，循序漸進(jìn)教學(xué)
人的學(xué)習(xí)行為具有循序漸進(jìn)的規(guī)律，在教學(xué)過程應(yīng)當(dāng)由簡單到復(fù)雜，先一般后特殊。比如，教師可在最初的教學(xué)中使用簡單的Verilog結(jié)構(gòu)，在學(xué)生掌握簡單設(shè)計(jì)后，再逐漸發(fā)展成一個(gè)個(gè)較復(fù)雜的例子。同時(shí)，在教學(xué)中可以先讓學(xué)生看懂教材中的例子，輸入驗(yàn)證，并解釋仿真結(jié)果，將看懂教材例子作為自己模塊設(shè)計(jì)的基石。
三、注重對比教學(xué)，提升教學(xué)效果
對比教學(xué)是將一些具有某種聯(lián)系和區(qū)別的教學(xué)內(nèi)容放在一起進(jìn)行對比、分析，找出其相同和不同之處，使學(xué)生在理解了一個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容之后，很容易地通過類推、遷移掌握其他教學(xué)內(nèi)容，從而達(dá)到觸類旁通的教學(xué)目的。比如在設(shè)計(jì)組合邏輯電路時(shí)，將時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)與其對比，設(shè)計(jì)同步邏輯電路與異步邏輯電路對比。這樣學(xué)生既學(xué)會(huì)了組合邏輯電路的設(shè)計(jì)、時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)、同步邏輯電路的設(shè)計(jì)、異步電路的設(shè)計(jì)，又加深了對這幾種電路異同的理解，各知識(shí)點(diǎn)相互促進(jìn)，讓學(xué)生印象深刻，理解透徹，大大提升了教學(xué)效果。
四、引入案例教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
案例教學(xué)法是一種常見而富有成效的教學(xué)方法，在EDA技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)中采用案例教學(xué)就是將企業(yè)界、學(xué)術(shù)界真實(shí)應(yīng)用的電路系統(tǒng)作為案例進(jìn)行課堂講解和分析研究的過程，是將實(shí)際例子作為教學(xué)媒介的一種教學(xué)方法。案例教學(xué)實(shí)質(zhì)上可歸為一種研究性學(xué)習(xí)，是以學(xué)生的自主性、探索性學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，從產(chǎn)業(yè)界所設(shè)計(jì)或生產(chǎn)的電路模塊中選擇研究對象，通過親身實(shí)踐獲得直接經(jīng)驗(yàn)，掌握電路模塊的工作原理和設(shè)計(jì)方法。教學(xué)中采用案例教學(xué)法既豐富了課堂內(nèi)容，加深了學(xué)生對知識(shí)的掌握與理解，又讓學(xué)生切實(shí)體會(huì)到了知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，激發(fā)了學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的熱情，為教學(xué)過程向縱深發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。比如在教學(xué)過程中可以引入CRC校驗(yàn)碼產(chǎn)生器的設(shè)計(jì)、FIR濾波器的設(shè)計(jì)、交通燈信號控制器的設(shè)計(jì)、電梯控制器的設(shè)計(jì)等，這些例子既包含EDA設(shè)計(jì)的完整流程，又具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，是學(xué)生畢業(yè)以后可能會(huì)遇到的實(shí)際項(xiàng)目。這些鮮活的案例既能讓學(xué)生學(xué)會(huì)EDA相關(guān)知識(shí)，又能讓其體會(huì)到所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。
五、鼓勵(lì)獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力
在課堂教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生較少提問或提不出問題，他們大多是被動(dòng)地接受，缺乏主動(dòng)思考。學(xué)生不主動(dòng)思考就不會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，就不可能自我激發(fā)、主動(dòng)探索。會(huì)思考是學(xué)生發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力必備素養(yǎng)。會(huì)思考，方能發(fā)現(xiàn)問題，有問題才有切入點(diǎn)，才能不斷地自我激發(fā)并深入研究下去。課堂教學(xué)中教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，鍛煉他們的思維分析能力，幫助其養(yǎng)成良好的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。在EDA技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，教師每教完一種模塊的設(shè)計(jì)后，都要要求學(xué)生模仿所學(xué)模塊，設(shè)計(jì)一個(gè)相似的但又有一些不同的模塊，促進(jìn)學(xué)生思考。同時(shí)還需注意的是，盡管團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)是很重要的，但我們在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，開展團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)一個(gè)人學(xué)習(xí)、其他人旁觀，一個(gè)人動(dòng)手、其他人拷貝的怪現(xiàn)象，團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)未能達(dá)到預(yù)期的效果，反而讓部分學(xué)生有了偷懶的機(jī)會(huì)。所以，教學(xué)中教師應(yīng)鼓勵(lì)獨(dú)立思考，讓每個(gè)學(xué)生都得到充分鍛煉，讓他們既學(xué)會(huì)具體的EDA知識(shí)，又養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣，提高自主學(xué)習(xí)的能力。
六、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提升應(yīng)用技能
實(shí)驗(yàn)教學(xué)既能檢驗(yàn)學(xué)生對理論知識(shí)的掌握程度，又能鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，在EDA技術(shù)基礎(chǔ)課程中有著舉足輕重的作用，一定要引起足夠的重視。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要求學(xué)生設(shè)計(jì)的電路模塊的規(guī)模要由小到大，難度要由低到高，逐步開展綜合性的實(shí)驗(yàn)。教學(xué)中不能直接告訴學(xué)生電路模塊的實(shí)現(xiàn)方法和設(shè)計(jì)代碼，要采用啟發(fā)式教學(xué)法，圍繞著設(shè)計(jì)目標(biāo)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行資料搜集、分析，進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，訓(xùn)練學(xué)生的思維能力，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要面向?qū)嶋H應(yīng)用，要有一定的復(fù)雜度，要讓學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的過程中體驗(yàn)到規(guī)范性的電子設(shè)計(jì)步驟，從而在一定程度上培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程應(yīng)用技能。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要鼓勵(lì)學(xué)生用多種不同的方法去實(shí)現(xiàn)相同的邏輯功能，并引導(dǎo)學(xué)生分析各種方法在算法難易程度、運(yùn)算速度、占用芯片面積等方面的優(yōu)劣點(diǎn)。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候總會(huì)遇到問題，教師不要急于幫其解答，實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)試錯(cuò)的過程，可以引導(dǎo)學(xué)生分析，促進(jìn)學(xué)生思考，幫助學(xué)生對易錯(cuò)點(diǎn)加深理解。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能僅僅是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，要設(shè)計(jì)一些源于教材而高于教材的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生在模仿、修改中逐步提升自己對設(shè)計(jì)的理解，提升自己的工程應(yīng)用技能。
七、改革考核方式，關(guān)注考核的有效性
EDA技術(shù)基礎(chǔ)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此在該課程的考核環(huán)節(jié)中應(yīng)當(dāng)加大對實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)的評價(jià)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)通常以檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主要形式，而這種形式往往會(huì)導(dǎo)致一流的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，三流的實(shí)踐動(dòng)手能力，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此，制定出合理的評價(jià)體系對激發(fā)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性、提高學(xué)習(xí)效果非常重要。據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們采取如下的評價(jià)體系。該評價(jià)體系主要包括兩部分，即理論考試和實(shí)驗(yàn)考核，其中理論考試占比50%，實(shí)驗(yàn)考核占比50%；實(shí)驗(yàn)考核分別為實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)中的態(tài)度和操作以及實(shí)驗(yàn)后期對結(jié)果的分析與整理。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析是整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中非常重要的部分，這一點(diǎn)很容易被忽略。在EDA實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往以0或1組成的各種代碼給出，并不是那么容易就能看出其正確與否的。能否正確分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，解釋其正確的原因，闡述其錯(cuò)誤的理由是檢驗(yàn)學(xué)生對相關(guān)知識(shí)點(diǎn)掌握程度的一種較好的評價(jià)方法，這一點(diǎn)應(yīng)該引起足夠的重視?？傊?，EDA技術(shù)基礎(chǔ)對學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)有很大的幫助，對學(xué)生的就業(yè)競爭力有至關(guān)重要的影響。該課程有一定的難度，教學(xué)中要找好切入點(diǎn)，選對教學(xué)法，循序漸進(jìn)、拾級而上。該課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，教學(xué)中應(yīng)當(dāng)適時(shí)引入業(yè)界應(yīng)用案例，讓學(xué)生在案例教學(xué)中感受到知識(shí)的價(jià)值和鉆研的樂趣，并進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)欲望。
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作者:王瑋 單位:重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院