PBL教學(xué)形式在EDA技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)中的應(yīng)用〔〕:

摘要：針對EDA技術(shù)與應(yīng)用課程內(nèi)容抽象、難度較大、理論性強、涉及知識面廣的特點，本文采用PBL教學(xué)形式對課堂教學(xué)形式、實驗教學(xué)內(nèi)容和考核方式三個方面進展了改革。教學(xué)理論說明，PBL教學(xué)形式可以從根本上調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，進步學(xué)生的自主學(xué)習(xí)才能和工程理論才能，有效改善課程教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：EDA技術(shù)與應(yīng)用，PBL，教學(xué)改革

本文引用格式：王璐,張爽,羅靜蕊,等.PBL教學(xué)形式在EDA技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育現(xiàn)代化,2022,7(40):128-131.

ApplicationofPBLTeachingModeinEDATechnologyandApplicationCourseTeaching

WANGLu,ZHANGShuang,LUOJing-rui,CUIZhen

(CollegeofAutomationandInformationEngineering,Xi'anUniversityofTechnology,Xi'an,Shaanxi)

ABSTRACT：BasesoncharacteristicsofEDAtechnologyandapplicationcourse,whichisabstract,difficult,practicalandinvolvingwiderangeofknowledge,thispaperreformsclassroomteachingmode,experimentalteachingcontentandassessmentmodewithPBLteachingmode.TeachingpracticeshowsPBLteachingmodecanfundamentallyimprovelearningenthusiasmofstudents,improveautonomouslearningabilityandengineeringpracticeability,andimproveteachingeffectofthecourseeffectively.

KEYWORDS：EDAtechnologyandapplication,PBL,Teachingreform

EDA技術(shù)與應(yīng)用是電子信息、通信工程、自動化控制、計算機等專業(yè)開設(shè)的一門綜合性很強的專業(yè)課程，具有綜合性高、應(yīng)用性強的特點。EDA技術(shù)以計算機為工具，交融了計算機信息技術(shù)、微電子技術(shù)、電路理論、信號處理及優(yōu)化理論的最新成果，進展電子系統(tǒng)的自動設(shè)計。利用EDA技術(shù)可以快速方便地實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的集成，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。近年來，EDA技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于很多關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，例如，電子、通信、生物醫(yī)學(xué)、智能制造、航空航天及機器人控制等【1】。

EDA技術(shù)與應(yīng)用課程的總課時較少，且理論課程占據(jù)了大量課時。從內(nèi)容安排上看，理論課程以根底知識為主，而實驗課程的內(nèi)容簡單且缺乏應(yīng)用延伸?？傮w來說，該課程的內(nèi)容設(shè)置缺乏理論知識與實際應(yīng)用的聯(lián)絡(luò)。這種缺乏工程背景、填鴨式的教學(xué)形式，導(dǎo)致學(xué)生只見樹木不見森林，難以形成完好的知識體系。也不利于培養(yǎng)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題并積極解決問題的才能【2】。此外，本門課程的考核以理論考試為主，這種重理論輕實驗的考核方式，導(dǎo)致學(xué)生忽略了自身理論才能的培養(yǎng)。

PBL〔ProblemBasedLearning〕教學(xué)形式是一種以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法。學(xué)習(xí)過程以學(xué)生為主體，圍繞一個具有應(yīng)用背景的真實問題展開探究，采用團隊協(xié)作和自主學(xué)習(xí)的方式來分析和解決問題，從而加強和進步學(xué)生對專業(yè)知識的理解以及對工程技術(shù)的掌握[3-5]。本文從EDA技術(shù)與應(yīng)用課程的自身特點出發(fā)，運用PBL教學(xué)形式進展教學(xué)設(shè)計，重點就如何將專業(yè)知識與實際工程問題相結(jié)合進展了一系列思索，著力培養(yǎng)和進步學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神。

一?EDA技術(shù)與應(yīng)用?課程教學(xué)中存在的問題

隨著電子技術(shù)的快速開展，EDA技術(shù)在電子系統(tǒng)設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。因此，掌握EDA技術(shù)是電子工程師應(yīng)具備的根本才能。然而，傳統(tǒng)的EDA技術(shù)與應(yīng)用教學(xué)方法并不能有效培養(yǎng)學(xué)生的理論才能。下面將對該課程在教學(xué)中存在的問題進展詳細分析。

〔一〕理論授課存在的問題

EDA技術(shù)與應(yīng)用課程通常采用以理論授課為主，實驗教學(xué)為輔的形式，理論課程占用了大局部課時。在傳統(tǒng)理論授課中，教師結(jié)合大綱要求，根據(jù)教材的編排順序，采用多媒體進展理論教學(xué)。然而講授的知識點分散，授課內(nèi)容與實際應(yīng)用缺乏聯(lián)絡(luò)且綜合性不強。這使得學(xué)生在利用VerilogHDL進展電路建模時，不知道該選用哪種設(shè)計方法。此外，課程內(nèi)容枯燥且抽象，教學(xué)過程缺乏學(xué)生的參與，從而導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不強，教學(xué)效果并不理想。

〔二〕實驗教學(xué)存在的問題

EDA技術(shù)與應(yīng)用課程中的實驗課程占用課時少，且實驗內(nèi)容以根底實驗和驗證性實驗為主，缺乏創(chuàng)新性。在實驗過程中，學(xué)生不需要深化考慮便可以完成實驗。通過傳統(tǒng)實驗教學(xué)，可以保證學(xué)生純熟掌握QuartusII軟件的使用方法，但并沒有增強學(xué)生的綜合技能和創(chuàng)新精神。

〔三〕考核方式存在的問題

考核在人才培養(yǎng)過程中具有重要的作用。本課程的傳統(tǒng)考核方式為"2+1+7";形式，即平時成績〔包括考勤和作業(yè)〕占20%，實驗成績占10%，理論考試成績占70%。這種考核方式導(dǎo)致學(xué)生忽略了實驗的重要性，從而影響學(xué)生理論才能的培養(yǎng)。

二PBL教學(xué)形式在EDA技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)中的意義

〔一〕教育形式的創(chuàng)新

PBL教學(xué)形式在RDA技術(shù)人才培養(yǎng)過程中非常重要。在當(dāng)前階段，院校根本以培養(yǎng)社會綜合性人才為重點培育目的，并增強了院校與社會之間的合作，進步了整體教育形式的影響力，使PBL教學(xué)形式不斷創(chuàng)新，力求通過創(chuàng)新與合作實現(xiàn)混合式教學(xué)，以此培養(yǎng)綜合性應(yīng)用人才。

〔二〕職業(yè)思路的構(gòu)建

在當(dāng)前的市場環(huán)境中，學(xué)生無論是學(xué)習(xí)還是社會工作都需要在系統(tǒng)思維下逐漸實現(xiàn)心中目的。然而就當(dāng)前情況來看，局部學(xué)生仍然會受到社會多種因素的影響，多數(shù)學(xué)生不顧及學(xué)習(xí)的客觀性規(guī)律，單純憑借主觀意識進展學(xué)習(xí)，這樣的主觀意識會嚴(yán)重影響中職學(xué)生在步入社會后的成長。因此，在EDA技術(shù)的課程教學(xué)中，應(yīng)合理利用PBL教學(xué)形式進展深化教育，為學(xué)生構(gòu)建正確的職業(yè)思路，使學(xué)生可以利用職業(yè)思路進步自身職業(yè)素質(zhì)，以此作為日后社會工作的切入點，認(rèn)真規(guī)劃將來的職業(yè)開展方向及就業(yè)問題。PBL教學(xué)形式的應(yīng)用可以實在幫助學(xué)生拓展職業(yè)思維，便于學(xué)生日后立足于社會。

〔三〕職業(yè)才能培養(yǎng)

院校PBL教學(xué)形式需要梳理教育定位，以自身才能及交融手段進步學(xué)生的RDA技術(shù)應(yīng)用才能，不斷加強教育，進而使學(xué)生的根底才能明顯進步。PBL教學(xué)形式應(yīng)用在EDA技術(shù)課程教學(xué)中可以浸透職業(yè)才能，以此有效進步學(xué)生的綜合素質(zhì)，完善職業(yè)教育理念，以職業(yè)才能為大方向進展整體培育，使學(xué)生在走出校園時可以利用個人職業(yè)才能立足于社會，為學(xué)生將來開展奠定根底。

三PBL教學(xué)形式在EDA技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)中的應(yīng)用原那么

在RDA技術(shù)課程中利用PBL教學(xué)形式需要注意應(yīng)用原那么，使學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中可以強化實際應(yīng)用才能。重視PBL教學(xué)形式的科學(xué)性。在教師制定教學(xué)目的時，必需要注意啟發(fā)每位學(xué)生的潛能，還要注意將教師與學(xué)生所投入的時間、精力都控制在適宜的范圍里，防止產(chǎn)生投入與回報不成正比的教學(xué)效果，防止無視PBL教學(xué)形式的科學(xué)性。

1.課堂教學(xué)與線上教學(xué)之間的關(guān)系是相輔相成、互為表里的，教師在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到不同教學(xué)形式在EDA技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)中的優(yōu)勢作用，選擇合理的配比形式，助力教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步上升。

2.重視PBL教學(xué)形式的系統(tǒng)性。PBL教學(xué)形式不僅包含對學(xué)生的個性化教育，尊重學(xué)生們在學(xué)習(xí)過程中的特殊需要，更重要的是注重對學(xué)生創(chuàng)新才能的培養(yǎng)。因此，院校必須重視創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，將傳授知識與進步創(chuàng)新才能相結(jié)合，加大對RDA技術(shù)課程教學(xué)的投資，保證教學(xué)工作的順利展開。

3.重視PBL教學(xué)形式的理論性。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，PBL教學(xué)形式更加重視學(xué)生的理論才能，讓學(xué)生們親自動手進展理論活動，讓學(xué)生在理論中學(xué)習(xí)知識，通過理論進步自己的操作才能和職業(yè)技能。

4.重視PBL教學(xué)形式的層次性。在EDA技術(shù)課程中應(yīng)用PBL教學(xué)形式不是為了取代現(xiàn)有的教育方法，而是為學(xué)生以后步入工作崗位積累珍貴經(jīng)歷。PBL教學(xué)形式的層次性可以幫助學(xué)生們循序漸進地學(xué)習(xí)EDA技術(shù)中深奧的理論知識，有利于加深他們對于知識的理解和掌握。

5.重視PBL教學(xué)形式的自主性。PBL教學(xué)形式的施行根底是學(xué)生們的真實教學(xué)體驗，在此根底上加強學(xué)生們對EDA技術(shù)的綜合運用才能，它以學(xué)生的興趣、學(xué)習(xí)特點、認(rèn)知程度為教育核心，充分發(fā)揮學(xué)生們的個性和想象力，進步學(xué)生們對學(xué)習(xí)的積極性，增強他們的自主學(xué)習(xí)才能。這種在教學(xué)過程中的自主選擇，正是當(dāng)前教學(xué)形式中所缺少的。

四利用PBL教學(xué)形式的課程教學(xué)改革方法

〔一〕以問題為導(dǎo)向的課堂教學(xué)

PBL方法是圍繞提出的問題開展教學(xué)的。教學(xué)過程中通過對問題的深化研究，不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，逐步增強教學(xué)內(nèi)容的綜合性。

EDA技術(shù)與應(yīng)用課程將利用PBL教學(xué)形式，從四個方面展開課堂教學(xué)。首先，教師應(yīng)對課程的知識點進展有效整合，合理安排教學(xué)內(nèi)容，便于學(xué)生的理解及問題的設(shè)計【6】；其次，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合專業(yè)特點來設(shè)計每堂課程的導(dǎo)入問題。導(dǎo)入問題應(yīng)當(dāng)具有相關(guān)工程背景，同時也應(yīng)該突出當(dāng)堂課程的核心問題。旨在使學(xué)生將所學(xué)知識與實際應(yīng)用聯(lián)絡(luò)起來，激發(fā)學(xué)生的課堂興趣；再次，從最簡單的問題開始研究，隨著相關(guān)問題的解決，增加問題難度進一步深化研究。隨著問題由易到難，教師不斷引導(dǎo)學(xué)生深化考慮問題，從而培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的才能；最后，結(jié)合大綱要求，對課堂問題進展延伸拓展，作為學(xué)生課后作業(yè)，從而穩(wěn)固課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)才能和創(chuàng)新才能。實在做到"提出問題、分析問題、解決問題";的目的。例如，在時序電路設(shè)計中，以CPU執(zhí)行指令為背景，提出了計數(shù)器的概念。從最簡單的4位計數(shù)器開始設(shè)計，隨著問題的解決不斷增加計數(shù)器的功能，最終實現(xiàn)了"帶復(fù)位、使能、可預(yù)置、方向可控的變模計數(shù)器";的設(shè)計。

此外，對于一些較抽象、復(fù)雜的內(nèi)容，可以在課件中參加豐富的圖形圖像、多姿多彩的動畫，化抽象為形象，化枯燥為生動，促進學(xué)生對抽象概念的理解。同時，在課堂中引入QuatusⅡ仿真，可以加深學(xué)生對課堂知識的理解，使得抽象的內(nèi)容生動、直觀，從而進步學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于本門課程概念抽象，為了加深學(xué)生的理解，教師可以找一下科普讀物供學(xué)生課后閱讀，譬如知乎專欄"FPGA超級入門教程";，這樣不僅增加了學(xué)習(xí)的興趣性，也有利于學(xué)生對所學(xué)知識的深化理解。

〔二〕分組協(xié)作完成開放式課后作業(yè)

由于課后作業(yè)具有開放性和復(fù)雜性的特點，本課程將采用小組合作的方式來完成課后作業(yè)。首先，教師為學(xué)生提供一些課后作業(yè)的相關(guān)資料，各小組的同學(xué)結(jié)合自身興趣進展選題和分工。在研究和解決問題的過程中，小組成員通過互相交流協(xié)作的方式對問題進展剖析和綜合，從而制定出合理完善的施行方案；在方案施行過程中，教師將根據(jù)學(xué)生遇到的詳細問題給予針對性指導(dǎo)；最后，各小組以PPT的形式進展工作匯報，教師以提問的形式考察小組成員對知識點的掌握情況，并根據(jù)小組的總體情況給出成績。

〔三〕加強實驗教學(xué)

實驗教學(xué)是增強學(xué)生理論才能和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的一個重要環(huán)節(jié)。通過實驗教學(xué)不僅可以令學(xué)生掌握根本的設(shè)計思路，還可以使學(xué)生將設(shè)計思路應(yīng)用到實際設(shè)計中去。這與著名教育學(xué)家陶行知先生倡導(dǎo)的"在學(xué)中做，在做中學(xué)";的教育理念一致。

為了進步學(xué)生的綜合設(shè)計創(chuàng)新才能，需要對理論教學(xué)中的實驗內(nèi)容進展改革。在實驗設(shè)計時，以"重根底與技能，求綜合與創(chuàng)新";為原那么，一方面在教學(xué)目的指導(dǎo)下，通過課堂教學(xué)知識點為導(dǎo)向，穩(wěn)固根底知識和拓展所學(xué)內(nèi)容；另一方面通過現(xiàn)實應(yīng)用性為導(dǎo)向，進步理論教學(xué)的創(chuàng)新性和綜合性。

在實驗施行過程中仍然以學(xué)生為主體。其中，根底型實驗屬于入門階段，主要實驗內(nèi)容為設(shè)計一些簡單的組合邏輯電路和時序電路，例如加法器、分頻器等。通過根底型實驗可以培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能，強化學(xué)生對課堂知識的理解和應(yīng)用。

拓展型實驗屬于進步階段，主要實驗內(nèi)容為設(shè)計具有一定綜合性的應(yīng)用電路，例如搶答器、LED數(shù)碼管的顯示等。通過拓展型實驗可以使學(xué)生深化理解層次化的設(shè)計方法，體會EDA技術(shù)設(shè)計的靈敏性和優(yōu)越性；綜合型實驗屬于綜合應(yīng)用階段，主要實驗內(nèi)容為A/D采樣控制電路設(shè)計、交通燈控制系統(tǒng)、出租車計價器等。在設(shè)計相關(guān)實驗時，需要將本門課程與有關(guān)專業(yè)知識結(jié)合起來。因此，此類實驗可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用才能和創(chuàng)新才能【7】。

綜合型實驗任務(wù)重、跨度大、學(xué)生難以獨立完成，因此采用分組合作的形式完成。在設(shè)計復(fù)雜電子系統(tǒng)時，教師應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生采用模塊化方法，自頂向下的對電子系統(tǒng)進展設(shè)計。例如交通燈控制系統(tǒng)分為計時模塊、顯示模塊、狀態(tài)機時序控制模塊、狀態(tài)翻譯模塊等。小組成員分工合作，發(fā)揮各組員的特長，最終完成綜合電子系統(tǒng)的頂層電路設(shè)計、下載實現(xiàn)。該過程可以培養(yǎng)學(xué)生之間的團隊合作精神。

實驗成績以驗收辯論和實驗報告為根據(jù)。驗收辯論分為結(jié)果演示和問題答復(fù)兩個環(huán)節(jié)。其中，結(jié)果演示詳細包括波形仿真與分析或者硬件電路測試以及設(shè)計思路闡述。波形仿真與分析是從理論上說明設(shè)計的正確性，硬件電路測試那么從時間上檢驗設(shè)計是否到達要求。驗收時，要求學(xué)生現(xiàn)場進場編譯、仿真、引腳設(shè)置并進展下載到FPGA芯片中，考察出學(xué)生的真實應(yīng)用才能。

對于這種以學(xué)生為主體，層層遞進的實驗教學(xué)方式，將有助于學(xué)生穩(wěn)固根底知識、拓展所學(xué)內(nèi)容、增強理論才能、進步綜合素質(zhì)和培養(yǎng)創(chuàng)新精神，為以后的學(xué)習(xí)或工作打下堅實的根底。

〔四〕完善考核方式

考核是教學(xué)過程中一個不可缺少的環(huán)節(jié)。它可以有效檢驗學(xué)生對知識的掌握情況，也是評價教師教學(xué)效果的有效手段。為了抑制傳統(tǒng)考核方式重理論、輕理論的問題，本課程的考核方式為"2+4+4";形式，即平時成績〔包括考勤和作業(yè)〕占20%，實驗成績占40%，理論考試成績占40%。其中，考勤催促學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的持續(xù)性，作業(yè)和實驗考察學(xué)生的理論才能和綜合素質(zhì)，理論考試考察學(xué)生對課程知識的掌握情況[8]。新的考核方式加大了實驗成績的占比，從而正確引導(dǎo)學(xué)生增加動手才能和工程理論才能的培養(yǎng)，進步實驗教學(xué)的質(zhì)量。通過全面的考核，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)才能、動手理論才能和綜合創(chuàng)新才能均得到了有效進步。

〔五〕進步教師專業(yè)素養(yǎng)，高度提煉知識點

以上四點以教學(xué)方法出發(fā)來考慮課程教學(xué)改革。然而，對授課教師的要求也是一個關(guān)鍵因素。一方面，隨著科技的開展，教師必須具備前沿視野，改善自身的知識構(gòu)造，將教材上的抽象理論結(jié)合當(dāng)前熱點，通俗易懂地講授給學(xué)生；另一方面，教師必須對所講內(nèi)容高度熟悉，可以幫助學(xué)生提煉知識點，建立完好的知識體系構(gòu)造。例如，授課時，教師可以利用思維導(dǎo)圖來精煉所學(xué)內(nèi)容，建立層次清楚、系統(tǒng)、完好的圖形化知識框架體系。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中思路明晰、突出重點、化繁為簡。

五結(jié)語

為了進步教學(xué)質(zhì)量，本文結(jié)合?EDA技術(shù)與應(yīng)用?課程的特點和學(xué)生的實際情況，將PBL教學(xué)形式引入到實際教學(xué)中[9-10]。其中，理論授課以學(xué)生為主體，圍繞實際問題展開學(xué)習(xí)研究，極大的調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；加強實驗內(nèi)容，以小組形式進展綜合實驗，有效的培養(yǎng)了學(xué)生的工程理論才能和團隊協(xié)作才能；完善考核方式，有效的進步了學(xué)生的綜合素質(zhì)。加強教師素養(yǎng)，幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容。在理論學(xué)習(xí)中，將課程所學(xué)知識與