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随着基于PLD的EDA技术的发展和应用领域的扩大,EDA技术在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等领域的重要性日益突出。在教学方面,高校电子信息工程专业的实践教学中,几乎所有理工科类高校都开设了EDA课程,主要是让学生了解EDA的基本原理和基本概念,掌握描述系统逻辑的方法,可以从事简单电子系统的设计,同时大大提高学生的实践动手能力、创新能力和计算机应用能力,为今后工作打下基础。具有代表性的是全国每两年举办一次大学生电子设计竞赛活动。目前技术市场与人才市场对EDA需求不断提高,产品技术和市场效率对EDA教学提出更高的要求,传统基于常规实验箱的教学实验模式已不能满足当今市场的技术需求,EDA实验教学改革成为亟待解决的问题。我对我院EDA实验教学的教学方式与方法提出一些改革建议。
一、增加“三性”实验中的“综合性”实验
“三性”,是指验证性、设计性、综合性。传统的实验教学内容多是验证性实验,教师给出设计要求,参考程序,学生先在QuartusⅡ软件中编译仿真,然后下载到开发板验证效果。这只是为了验证某一功能或结论。这种实验教学方法存在很多的不足。在验证性实验中,学生都是按照实验指导书规定的实验内容、实验方法和实验步骤一步一步地做实验。这种实验可以使学生掌握基本的实验方法,学会正确使用仪器和操作技能,它在学生实验的初级阶段是必要的。但是这种实验不能使理论联系实际,而且容易使学生产生依赖性,失去主动性,不利于学生创造性的发挥,严重制约了学生创新意识的培养,阻碍了学生主动探索的积极性。因此,EDA实验教学中,应当尽量减少验证性实验内容,相应增加综合性实验。[1]
综合性实验是指综合了多门课程内容、与实际生活密切相关的课题。在综合性实验中,教师参与比较少,实验的主体是学生,教师给出实验要求,学生自行查阅资料、确立实验方案,进而进行实验设计。该实验不但能帮助学生加深理论知识的理解,而且能使学生提高独立分析、解决问题的能力,培养创新意识和创新精神。
二、网络实验教学与实际动手相结合
传统的实验都是在实验室里在老师的指导下完成的,使学生养成了依赖和懒惰的习性。本文提出一种改革方案:为改善教学效果,共享教学资源,开发一套网络实验系统,同学们可以在网络上根据老师预先设置的实验内容,也可以自行设计,在个人电脑上先将设计完成,然后提交实验的设计文件和仿真文件。因为目前本科生的实验只是一个验证的过程,而仅验证的话,用仿真软件就可以完成。并且,传统实验中,一般学校的实验设备基本上只有20台件,而每个班基本上都在40人左右,这就必须分两组,有时实验箱坏了,人多设备少,根本不能保证我们要求的一人一组。因此,我们不如用购置实验箱的钱多买一些电子元器件,提供开放式实验室,要求每个同学亲自动手做一到两个简单的电子产品并提交。这样,既能节约由于行政班级多老师指导学生实验要花费的大量时间,又能减少老师的工作量,节约教学资源,同时也能减轻学校的经济负担,更重要的是能锻炼学生的动手能力。
运用网络实验教学,学生可以通过网络下载课件、选做实验,提交作业或设计文档,还可直接与教师交流。因此,这种利用现代化教育手段,多角度、多方面、多层次的立体多元化教学可以很大程度地改善教学效果。
三、改革实验室运行模式,加强研究性学习
传统实验课一般以班级为单位,针对某一实验内容要求全班同学在指定的时间统一进行实验。采用这种方式,一些动手能力不强、基础较差的学生不能很好地在规定时间完成实验任务,而下次实验课又有新内容,这样极不利于调动学生的积极性和对实验的兴趣,难以启迪学生的创新思维和激发其研究探索的精神。为此,我们在实验过程中原则上仍以班级为单位,为每个班级分配一段让学生进行实验或动手实践,其他时间里学生仍然可以按自己的实际情况预约实验时间。
除了正常的实验课教学时间外,实验室在晚上和周末对学生开放,允许学生利用各种时间进实验室进行预习、补做实验,学生完全独立操作,达到随到随做的程度。通过这种方式,学习程度差的学生可以补做一些基础实验,进行基本训练;学有余力的同学可做选修实验或研究性实验。[2]
研究性学习是指学生在教师指导下,根据自身特点,独立自主地开展研究,从而培养创新精神和创造能力的一种学习方式。该方式注重激发学生主观能动性,培养其独立思考与解决问题的能力。随着教学改革的不断深入,以发展学生创新精神、实践能力和科学素养的研究性学习正被越来越多的学校所接受。
传统的实验教学方式限制了学生动手实践能力的培养和思维创新能力的发挥。研究性和开放性实验教学方式十分注重学生的主体作用,突出学生个性的发挥,注重激发学生主动学习的积极性,强调学生动手能力和创新意识的培养。
四、第三方工具软件与实验教学相融合
随着计算机软件技术的快速发展,电路仿真软件的种类和功能越来越强大,如Multisim、MATLAB、Modelsim等。在众多的电路仿真软件中NI公司推出的Multisim电子电路仿真软件有丰富元件库、元件品种齐全、具有强大的仿真分析能力,模拟仿真效果接近实际等优点。[3]
1.Multisim具有VHDL仿真功能,除了可以直接对VHDL程序编译波形仿真外,还可以进行VHDL电路模块的设计仿真,可解决QuartusⅡ软件只能实现波形仿真实验效果不明显的问题。
2.Multisim是模拟仿真软件,有电脑即可,可以解决实践设备缺乏的问题。Multisim有丰富的元件库,特别是很多显示元件比如交通灯模拟显示元件等,可解决FPGA开发板局限性的问题,实验内容更接近实用性。
3.利用Multisim软件进行VHDL仿真不受时间、析问题,解决问题的能力。不能发挥学生的能动性,学习的积极性和时间能力得不到提高。
五、举办高水平的技术讲座和设计竞赛
为了更好地开发学生的潜力,更好地为全国大学生电子设计大赛做准备,举办一些高水平的技术讲座和设计竞赛是非常有必要的。同时,可以成立EDA兴趣小组或协会,通过和一些公司合作,为学生进行EDA大赛设计的软硬件设计与培训,组织EDA协会成员参加行业知名专家的EDA技术讲座。通过各种全校范围内的活动激发全校大学生的学习兴趣,并由此选拔更多优秀学生参加全国大学生电子设计大赛。
总之,在EDA实验教学中,改革实验室运行模式,加强研究性学习,增加综合性实验,融合第三方EDA工具软件,能够解决实验设备缺乏的问题,并且不受地点和实践设备限制,还能充分发挥学生的主观能动性,使实验成为一种积极主动探索的过程,并充分发挥电路设计的能力和自主创新能力,培养学生分析问题和解决问题的能力。
参考文献:
[1]谭雪霏,赵春波,陈巩.EDA实验教学改革的探索与实践.计算机与信息技术,2010,(Z2):72-73,76.
[2]饶云华,李德识,田茂等.基于研究性学习的EDA实验教学方法探讨.中国大学教学,2008,(6):85-86.
[3]陈春兰.EDA实验教学改革探讨.中国西部科技,2011,(26):89-90.
本文获湖南城市学院2012年校级教改项目资助。
一、增加“三性”实验中的“综合性”实验
“三性”,是指验证性、设计性、综合性。传统的实验教学内容多是验证性实验,教师给出设计要求,参考程序,学生先在QuartusⅡ软件中编译仿真,然后下载到开发板验证效果。这只是为了验证某一功能或结论。这种实验教学方法存在很多的不足。在验证性实验中,学生都是按照实验指导书规定的实验内容、实验方法和实验步骤一步一步地做实验。这种实验可以使学生掌握基本的实验方法,学会正确使用仪器和操作技能,它在学生实验的初级阶段是必要的。但是这种实验不能使理论联系实际,而且容易使学生产生依赖性,失去主动性,不利于学生创造性的发挥,严重制约了学生创新意识的培养,阻碍了学生主动探索的积极性。因此,EDA实验教学中,应当尽量减少验证性实验内容,相应增加综合性实验。[1]
综合性实验是指综合了多门课程内容、与实际生活密切相关的课题。在综合性实验中,教师参与比较少,实验的主体是学生,教师给出实验要求,学生自行查阅资料、确立实验方案,进而进行实验设计。该实验不但能帮助学生加深理论知识的理解,而且能使学生提高独立分析、解决问题的能力,培养创新意识和创新精神。
二、网络实验教学与实际动手相结合
传统的实验都是在实验室里在老师的指导下完成的,使学生养成了依赖和懒惰的习性。本文提出一种改革方案:为改善教学效果,共享教学资源,开发一套网络实验系统,同学们可以在网络上根据老师预先设置的实验内容,也可以自行设计,在个人电脑上先将设计完成,然后提交实验的设计文件和仿真文件。因为目前本科生的实验只是一个验证的过程,而仅验证的话,用仿真软件就可以完成。并且,传统实验中,一般学校的实验设备基本上只有20台件,而每个班基本上都在40人左右,这就必须分两组,有时实验箱坏了,人多设备少,根本不能保证我们要求的一人一组。因此,我们不如用购置实验箱的钱多买一些电子元器件,提供开放式实验室,要求每个同学亲自动手做一到两个简单的电子产品并提交。这样,既能节约由于行政班级多老师指导学生实验要花费的大量时间,又能减少老师的工作量,节约教学资源,同时也能减轻学校的经济负担,更重要的是能锻炼学生的动手能力。
运用网络实验教学,学生可以通过网络下载课件、选做实验,提交作业或设计文档,还可直接与教师交流。因此,这种利用现代化教育手段,多角度、多方面、多层次的立体多元化教学可以很大程度地改善教学效果。
三、改革实验室运行模式,加强研究性学习
传统实验课一般以班级为单位,针对某一实验内容要求全班同学在指定的时间统一进行实验。采用这种方式,一些动手能力不强、基础较差的学生不能很好地在规定时间完成实验任务,而下次实验课又有新内容,这样极不利于调动学生的积极性和对实验的兴趣,难以启迪学生的创新思维和激发其研究探索的精神。为此,我们在实验过程中原则上仍以班级为单位,为每个班级分配一段让学生进行实验或动手实践,其他时间里学生仍然可以按自己的实际情况预约实验时间。
除了正常的实验课教学时间外,实验室在晚上和周末对学生开放,允许学生利用各种时间进实验室进行预习、补做实验,学生完全独立操作,达到随到随做的程度。通过这种方式,学习程度差的学生可以补做一些基础实验,进行基本训练;学有余力的同学可做选修实验或研究性实验。[2]
研究性学习是指学生在教师指导下,根据自身特点,独立自主地开展研究,从而培养创新精神和创造能力的一种学习方式。该方式注重激发学生主观能动性,培养其独立思考与解决问题的能力。随着教学改革的不断深入,以发展学生创新精神、实践能力和科学素养的研究性学习正被越来越多的学校所接受。
传统的实验教学方式限制了学生动手实践能力的培养和思维创新能力的发挥。研究性和开放性实验教学方式十分注重学生的主体作用,突出学生个性的发挥,注重激发学生主动学习的积极性,强调学生动手能力和创新意识的培养。
四、第三方工具软件与实验教学相融合
随着计算机软件技术的快速发展,电路仿真软件的种类和功能越来越强大,如Multisim、MATLAB、Modelsim等。在众多的电路仿真软件中NI公司推出的Multisim电子电路仿真软件有丰富元件库、元件品种齐全、具有强大的仿真分析能力,模拟仿真效果接近实际等优点。[3]
1.Multisim具有VHDL仿真功能,除了可以直接对VHDL程序编译波形仿真外,还可以进行VHDL电路模块的设计仿真,可解决QuartusⅡ软件只能实现波形仿真实验效果不明显的问题。
2.Multisim是模拟仿真软件,有电脑即可,可以解决实践设备缺乏的问题。Multisim有丰富的元件库,特别是很多显示元件比如交通灯模拟显示元件等,可解决FPGA开发板局限性的问题,实验内容更接近实用性。
3.利用Multisim软件进行VHDL仿真不受时间、析问题,解决问题的能力。不能发挥学生的能动性,学习的积极性和时间能力得不到提高。
五、举办高水平的技术讲座和设计竞赛
为了更好地开发学生的潜力,更好地为全国大学生电子设计大赛做准备,举办一些高水平的技术讲座和设计竞赛是非常有必要的。同时,可以成立EDA兴趣小组或协会,通过和一些公司合作,为学生进行EDA大赛设计的软硬件设计与培训,组织EDA协会成员参加行业知名专家的EDA技术讲座。通过各种全校范围内的活动激发全校大学生的学习兴趣,并由此选拔更多优秀学生参加全国大学生电子设计大赛。
总之,在EDA实验教学中,改革实验室运行模式,加强研究性学习,增加综合性实验,融合第三方EDA工具软件,能够解决实验设备缺乏的问题,并且不受地点和实践设备限制,还能充分发挥学生的主观能动性,使实验成为一种积极主动探索的过程,并充分发挥电路设计的能力和自主创新能力,培养学生分析问题和解决问题的能力。
参考文献:
[1]谭雪霏,赵春波,陈巩.EDA实验教学改革的探索与实践.计算机与信息技术,2010,(Z2):72-73,76.
[2]饶云华,李德识,田茂等.基于研究性学习的EDA实验教学方法探讨.中国大学教学,2008,(6):85-86.
[3]陈春兰.EDA实验教学改革探讨.中国西部科技,2011,(26):89-90.
本文获湖南城市学院2012年校级教改项目资助。