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西安工業大學對EDA技術很早就開始重視，在電子、通信、生物醫學電子類專業開設了數字系統設計理論課程和與之對應的獨立設課實驗，理論課安排32課時，主要學習數字系統設計方法、可編程邏輯器件概述以及VHDL程序設計語言，獨立設課實驗安排24課時。實驗教學取得了較好效果，學生的動手實踐能力得到加強，對理論課程理解更為深刻。但是也暴露出一些問題，有些問題也是各個學校的共性問題，主要存在這幾個方面的問題：①大部分學生習慣于驗證性實驗的模式，喜歡拿來主義，只按照老師講解和講義的實驗內容完成實驗，沒有對其中的實驗現象和結果認真思考，在實驗報告中也不進行認真總結，應付差事，導致實驗教學效果大打折扣。②由于課時限制以及學生基礎等方面的原因，綜合設計性實驗完成效果不很理想。③由于有些專業沒有開設EDA相關課程和實驗，在畢業設計中用到可編程邏輯器件時，無法上手。④單一的實踐教學手段不能很好地調動學生學習的積極性。實驗原理內容步驟等固定模式，固定統一的實驗箱等限制了一部分優秀學生的發散思維和創新意識。學生開展數字系統設計相關實踐的渠道較少，高年級學生在做相關課題時，牽扯到可編程邏輯器件時，表現出能力不足，基礎不好的現象。
2改革思路與實踐
針對實驗教學中存在的問題，結合數字系統設計實驗教學要求，筆者對數字系統設計實驗教學環節進行了認真的思考與積極的探索實踐，總結了以下四點內容。
2.1EDA實驗與數字電路相結合
隨著現代電子設計自動化（EDA）技術的發展，大多數高校將EDA技術設置為一門必不可少的專業基礎課。由此產生了傳統的數字電路基礎教學與現代EDA課程在教學內容和實驗安排上的不同的看法。比如現代數字系統設計方法是否可以完全脫離數字電路課程的基礎？傳統的數字電路課程如何與現代最新的數字系統設計方法相結合？筆者認為數字電路課程的學習是為了更好地掌握現代EDA技術，而EDA實驗環節是數字電路學習過程中的提高與升華階段。西安工業大學以前的數電實驗24學時全部由傳統基礎數字芯片來完成，計劃在卓越班試點將基于FPGA/CPLD的EDA實驗引入數電實驗，調整為傳統數字電路器件12學時+可編程邏輯器件12學時。使學生初步具備硬件設計軟件化的理念。初步掌握使用EDA的設計工具完成簡單數字電路。條件成熟后先在電信學院所有專業引入基于FPGA/CPLD的EDA實驗，然后在全校工科電類相關專業開設。
2.2建立分層次相互銜接的實驗教學體系
整個實驗體系分為基礎型、提高型、綜合設計型3個由淺入深的層次。3個層次組成了一個有機的整體，前面層次是后面層次的基礎。在具體的實驗內容安排上，遵循由易到難，由模塊到系統、任務前后有機銜接的規律。培養學生從基本單元電路到系統電路設計的能力。改變傳統實驗項目獨立與封閉的狀況，體現實驗學習的層次性和連續性?；A型實驗是提高型實驗與研究創新型實驗的基礎，而提高型實驗又是綜合設計型實驗的基礎。比如基礎型實驗中60進制計數器與24進制計數器是簡單數字電子鐘設計的核心模塊，在進行數字鐘設計時可以直接調用前面的模塊。在同一層次內，在所有實驗項目中，均設立了基本功能部分和能力拓展部分。對于基本部分，所有學生必須保質保量完成，而能力拓展部分鼓勵動手能力強、思維活躍的學生進行拓展與創新。比如在流水燈設計實驗完成后，在老師規定實驗任務的基礎上實現其它花樣流水顯示，同學們自己動手調試。在數碼管掃描顯示電路設計完成后，可以對顯示數據進行修改或者設計來自A/D采樣的數據、來自分時鎖入的數據、來自串行方式輸入的數據、來自常量兆功能模塊或來自單片機等。還有比如譯碼器設計，一提到譯碼器,學生就聯想到3~8譯碼器，以為譯碼器只能完成3~8譯碼的功能。學生完成實驗后對譯碼器的理解仍然很局限。在此基礎上進行了可以適當拓展。學生在完成3~8譯碼器的設計、仿真與硬件驗證后，鼓勵學生根據自己的意愿進行譯碼，可以完成8路花樣彩燈電路設計。通過實驗學生能夠真正理解譯碼器的本質含義及其應用。本體系以能力培養為主線，采用分層次、多模塊、相互銜接的實驗教學體系，符合學生的認知和學習規律，效果良好。
2.3引入設計性和開放性實驗，建設開放性實驗室
設計性和開放性實驗是指在實驗前教師給出實驗目的、實驗要求，學生擬定實驗方案，教師對方案認可后學生自行完成實驗，并將實驗結果上交教師，最后，學生根據建議完善實驗、完成實驗報告。這種實驗模式由學生自行設計實驗方案，可以大大激發學生的興趣，提高學生動手能力，培養創造性思維。筆者認為在高校在進行有關實驗室建設時，特別是開放實驗室建設時，不一定全部購買常規的、高檔的實驗設備與儀器，而應該購買一定數量的核心開發板，如CPLD開發板、單片機開發板等以及豐富外圍電路模塊，比如各位傳感器、通信模塊、顯示模塊等。學生在成品實驗箱上做實驗，難以真正理解設計的原理，無法深刻體會系統設計與工程設計的概念，感受自己設計出電子產品的樂趣。學生可以根據題目和功能分析需求在核心開發板上設計并制作出外圍電路。學生制作核心板擴展電路的過程是一個極為有效的自我學習與鍛煉的過程，因為對剛接觸專業基礎課的學生而言，除了必須仔細考慮外圍器件的型號、數量、布局、價格、焊接電路板的成本與質量等因素外，還得積極思考諸如：數碼管的顯示是采用靜態掃描方式還是動態掃描方式、電路的限流、按鍵是采用高電平有效還是采用低電平有效、時鐘信號是如何產生的、如何進行信號分頻、FPGA/CPLD核心板的引腳排列與各引腳功能等具體技術問題,將理論知識應用于實踐中。真正明白所謂的EDA設計究竟是怎么一回事，極大地激發了學生的內在潛能。對于設計性和開放性實驗，嚴格要求撰寫設計報告。學生應按規定的格式編寫設計報告。應包括封面、正文、設計小結和參考文獻等。正文主要包括：設計任務和要求；系統控制要求和流程；主電路的設計和元器件的選擇方法；元器件型號和規格明細表；程序流程圖；電路原理圖；程序清單及系統調試中出現的問題和解決措施；注意事項；收獲體會、存在問題和改進辦法等。對于設計性和開放性實驗優化考核方式。建立明確的考核指標：設計方案分析；實際動手能力測試；創新點評價；設計報告的是否規范、正確；分組答辯。在進行設計驗收和成績評定時，要著重考察學生設計方案的正確性和相關知識的掌握情況。在注重結論正確的同時，強調整個設計和方案實施的全過程。即使結論不盡如人意，只要學生能找出其中原因并提出改進措施，仍可以獲得較好成績。
2.4鼓勵教師結合科研和工程課題、積極開發綜合設計性實驗內容
只有通過綜合設計性實驗，學生才能真正體會模塊到系統的概念，建立工程設計的理念、掌握自頂向下的設計方法，而不是局限在單元和模塊這個范圍之內。部分綜合設計性實驗提供設計思路和原理圖，以培養學生獨立思考問題的能力，充分調動學生的創造性思維。例如，要求學生完成一個模擬數據采集與檢測系統，給出實驗設計要求和參考原理框圖，學生自己獨立完成。①設計要求：設計一個6路模擬信號循環采樣電路，要求采樣間隔為3s至6s。對采樣信號設置上下限。要求采樣信號在上下限之間時，經過D/A轉換輸出模擬量，當采樣信號超限時，使D/A轉換輸出為零，采樣一直停留在該路信號上。設計采樣通道號顯示電路，要求用七段數碼管顯示當前采樣通道。②原理框圖目前電工電子實驗中心已建立電子技術開放實驗室，并進行網上開放實驗預約，每學期全校大約有150人左右選擇基于可編程邏輯器件的系統設計題目，約20組團隊以FPGA/CPLD為主要器件在開放實驗室完成大學生創新訓練項目課題。依托數字系統設計開放實驗平臺，近三年學生積極參與全國各類電子設計大賽并取得豐碩成果，獲省部級競賽獎150多項。目前正在給3個電子技術實驗室申報CPLD開發板和微型計算機，等建設完畢可以滿足每學年1500人在實驗室完成EDA軟硬件實驗。近三年項目課題組積極開發申報綜合設計性實驗項目，累計開發綜合設計性實驗項目15項。這些工作實踐為教學改革工作的開展提供了有力的保障。
3結束語
隨著電子技術的飛速發展，數字系統設計課程已成為電子信息類專業的必修課程，然而如何讓學生在有限的學時內掌握EDA技術的核心知識，達到學以致用的目的仍是一個難題。結合西安工業大學數字系統設計實驗教學的實際情況，提出幾點教學改革思路并在教學實踐中進行了驗證，取得了較好的教學效果。在今后的工作中，應不斷地結合實踐教學的實際情況，從實驗實踐教學方式、教學方法及教學手段等方面進行改革。促進學生掌握EDA設計方法、設計流程，改善教學效果。
作者：楊建華 陳紅 單位：西安工業大學電子信息工程學院
