基于应用型人才培养的《EDA技术及应用》课程教学改革

赵 凯

（安阳工学院计算机科学与信息工程学院，河南 安阳455000）

0 引言

计算机科学与技术专业应用型人才，需要有一定的系统设计能力，以适应以后的工作需要，增强差异化竞争能力。《EDA技术及应用》以理论讲授、实际操作和技能考核为教学手段，重点对学生进行EDA设计和测试方法的训练。通过学习这门课程，使学生掌握利用软件设计开发硬件电路的基本技能，为以后进行片上系统（SOC）集成的系统能力培养打下基础。因此，对《EDA技术及应用》课程进行教学改革是培养计算机科学与技术类专业应用型人才的一个重要方面。[1]

1 教学模式改革

《EDA技术及应用》课程共32学时（理论20+实验12），共16周，每周一次课。理论课介绍基于FPGA/CPLD的EDA设计流程、QuartusⅡ软件的使用、VHDL的基本语法、可编程逻辑器件的原理和使用方法。实验课通过稍有难度的实验以培养学生的实践能力。

经过几年的教学实践，我们发现部分学生甚至到了最后一次实验，还没有完全理解课程的实质，仅仅认为是在学习一门新的语言。我们认为部分同学存在不理解EDA设计的真正用途，存在不了解该技术应用验实践的问题。为此，进行《EDA技术及应用》的课程教学改革，变换教学模式，将由理论为主、实验为辅的培养模式变为项目驱动的教学模式。在课程开始就向学生强调，要使用该技术制作出自己的专用芯片，在后续的课程设计中还要制作自己的片上计算机系统，为此给出项目库，确保每位学生获取不同的项目。同时兼顾计算机科学与技术的特点，项目题目多为设计VGA接口、USB接口等计算机系统常用外设接口，为后续设计片上计算机系统做准备。

2 教学内容改革

2.1 教材的选取

结合本校学生的特点以及EDA技术的发展应用，刚开始选择张昌凡和潭会生先生的《EDA技术及应用》，该教材内容详实，容易上手；但涉及的内容多，且使用的实验系统与本校不符，不利于学生自己研习。后来选择杨旭和刘盾先生《EDA技术基础与实验教程》，该教材简单，并且带有较多的实验项目，既适合课堂教学又可以满足学生课下自学的需求。

2.2 教学内容的选取

根据教学目的的要求，针对培养学生的特点，在教学内容上做了些大胆的尝试。根据数字电路教学内容的安排，在讲授数字电路课程时适当介绍VHDL语言的语法和简单器件的编程实现。在此基础上，将《EDA技术及应用》授课内容划分成三个大的模块：（1）QuartusII软件的使用；（2）如何用VHDL语言描述数字逻辑电路；（3）如何在实验平台上完成设计的硬件验证。这三个模块互相联系，组成了数字电路设计的整个过程。[2]

QuartusII软件的使用，首先通过用原理图输入方法设计加法器这个实验，使学生应用已知的数字电路的知识了解和掌握如何使用QuartusII软件，从而在没有任何硬件描述语言的基础上了解现代数字电路设计，掌握基于QuartusⅡ的数字电路设计流程。同时，可以让学生在后续的学习中，通过QuartusII软件平台仿真验证设计的正误，并且逐渐熟悉软件。实践验证，这个方法能够很好地激发学生的学习兴趣。

使用何种硬件描述语言来描述硬件电路，使很多人感到困惑。我们认为用VHDL或是VerilogHDL都无关紧要，重要的是学会数字电路设计的思路和方法，等到一种语言学会之后，可以通过很短的时间学会另一种语言。因此，不主张两种语言一起学习。实践证明：如果同时讲解两种语言，很多同学会很迷惑，容易混淆。基于国内关于VHDL教材较多而Verilog HDL教材较少，为了交流学习的方便，选择VHDL语言来设计数字电路。

3 教学方法的改革

3.1 案例教学

结合应用型人才培养的目标和本校学生动手能力较强的特点，在教学中应该注重案例教学。例如：在先修课程中，学生对数字电路进行了学习，对译码器、编码器等了解较多，同时在开设本课的学期，同时有单片机课程，学生也会对LED驱动译码有一定了解，因此可以设定案例——LED显示接口芯片的设计。通过先设计4-16的译码器，再扩充添加共阳极LED驱动显示模块，即可构成该专用芯片的结构体。通过使用学习的知识，制作专用芯片很容易激发学生的积极性和好奇心。再进一步，引导学生设计4×4键盘接口芯片，简单的输入输出系统就初步展现，因为课堂时间有限，可以将PS2接口芯片放入到项目库中进行设计。

3.2 实验教学

EDA应用课程属于理论与实践并重的课程，所以在学生从课堂上掌握FPGA/CPLD器件开发的整体流程后，必须要通过实验进行理论知识的巩固，而且还要掌握利用这些理论知识进行实际应用的方法技巧。

EDA应用课程中一共安排了6个实验，前5个实验都是一些较为简单的设计性实验，只给学生提供需要设计的题目及要求。实验中设计、编译、仿真和下载验证的各个环节都要求学生自行完成。每节实验课都在题目设计要求之外，设置一些思考题，这些思考题有些是针对实验中容易出现问题的地方，希望以思考题的方式提醒学生注意，还有一些是与当次实验设计题目类似或相关的设计题目，可以起到对课堂实验的一个补充作用。这些思考题的设置目的是让学生对课堂讲解的设计方法和技巧进行巩固。第6个实验则是贴近实际生活的小型数字系统综合设计，如交通灯控制电路、日历等。

3.3 考核方式

考试形式对教学具有重要的影响。以往考核方式中，按照平时成绩（20%）+实验成绩（30%）+期末理论考试（50%）的比例为学生打成绩。这种考核方式看起来很合理，但由于课时较少，又需要向应用实践倾斜，结果理论考试变成了语法考试。实验之后也没有相应的应用实例，致使效果不好。为此，我们改革考核方式，学生最后的成绩由平时成绩（20%）+实验成绩（30%）+实践项目（50%）组成。平时和实验成绩包括实验考勤、实验操作、实验提问三项。最后实践项目是学期初在项目库中选取的项目，用一个学期的时间完成并在期末进行验收和答辩，有效解决课时量少，实践不充分的问题。实践表明，这种考核方式可以有效地引起学生对独立操作实验的重视，且能够比较公正全面地考核学生的学习情况。

4 结束语

《EDA技术及应用》课程是计算机科学与技术专业专业基础课程，对该课程进行教学改革是培养应用型人才的重要环节。本课程目的是要求学生学会如何用软件设计开发硬件电路，向前衔接先修课程数字电路，向后为计算机组成原理设计片上系统做准备。我们对《EDA技术及应用》课程进行了改革的探索，目的是有效调动学生学习积极性，促进课程之间的衔接，提高学生的系统设计能力，为培养计算机科学与技术类应用型人才做进一步的努力。

［1］朱正伟，周炯如.EDA技术在硬件课程体系教学改革中的应用[J].电气电子教学学报,2010(12).

［2］杨旭,刘盾.EDA技术基础与实验教程[M].北京:清华大学出版社,2010(7).