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摘要：针对EDA技术与应用课程内容抽象、难度较大、实践性强、涉及知识面广的特点，本文采用PBL教学模式对课堂教学模式、实验教学内容和考核方式三个方面进行了改革。教学实践表明，PBL教学模式可以从根本上调动起学生的学习积极性，提高学生的自主学习能力和工程实践能力，有效改善课程教学效果。
关键词：EDA技术与应用，PBL，教学改革
本文引用格式：王璐,张爽,罗静蕊,等.PBL教学模式在EDA技术与应用课程教学中的应用[J].教育现代化,2020,7(40):128-131.
Application of PBL Teaching Mode in EDA Technology and Application Course Teaching
WANG Lu,ZHANG Shuang,LUO Jing-rui,CUI Zhen
(College of Automation and Information Engineering,Xi'an University of Technology,Xi'an,Shaanxi)
ABSTRACT：Bases on characteristics of EDA technology and application course,which is abstract,difficult,practical and involving wide range of knowledge,this paper reforms classroom teaching mode,experimental teaching content and assessment mode with PBL teaching mode.Teaching practice shows PBL teaching mode can fundamentally improve learning enthusiasm of students,improve autonomous learning ability and engineering practice ability,and improve teaching effect of the course effectively.
KEY WORDS：EDA technology and application,PBL,Teaching reform
EDA技术与应用是电子信息、通信工程、自动化控制、计算机等专业开设的一门综合性很强的专业课程，具有综合性高、应用性强的特点。EDA技术以计算机为工具，融合了计算机信息技术、微电子技术、电路理论、信号处理及优化理论的最新成果，进行电子系统的自动设计。利用EDA技术可以快速方便地实现数字系统的集成，缩短产品的开发周期。近年来，EDA技术被广泛的应用于很多关键技术领域，例如，电子、通信、生物医学、智能制造、航空航天及机器人控制等[1]。
EDA技术与应用课程的总课时较少，且理论课程占据了大量课时。从内容安排上看，理论课程以基础知识为主，而实验课程的内容简单且缺乏应用延伸。总体来说，该课程的内容设置缺乏理论知识与实际应用的联系。这种缺乏工程背景、填鸭式的教学模式，导致学生只见树木不见森林，难以形成完整的知识体系。也不利于培养学生主动发现问题并积极解决问题的能力[2]。此外，本门课程的考核以理论考试为主，这种重理论轻实验的考核方式，导致学生忽略了自身实践能力的培养。
PBL（Problem Based Learning）教学模式是一种以问题为导向的教学方法。学习过程以学生为主体，围绕一个具有应用背景的真实问题展开探究，采用团队协作和自主学习的方式来分析和解决问题，从而加强和提高学生对专业知识的理解以及对工程技术的掌握[3-5]。本文从EDA技术与应用课程的自身特点出发，运用PBL教学模式进行教学设计，重点就如何将专业知识与实际工程问题相结合进行了一系列思索，着力培养和提高学生的综合素质和创新精神。
一《EDA技术与应用》课程教学中存在的问题
随着电子技术的快速发展，EDA技术在电子系统设计中得到了广泛应用。因此，掌握EDA技术是电子工程师应具备的基本能力。然而，传统的EDA技术与应用教学方法并不能有效培养学生的实践能力。下面将对该课程在教学中存在的问题进行详细分析。
（一）理论授课存在的问题
EDA技术与应用课程通常采用以理论授课为主，实验教学为辅的模式，理论课程占用了大部分课时。在传统理论授课中，老师结合大纲要求，依据教材的编排顺序，采用多媒体进行理论教学。然而讲授的知识点分散，授课内容与实际应用缺乏联系且综合性不强。这使得学生在利用VerilogHDL进行电路建模时，不知道该选用哪种设计方法。此外，课程内容枯燥且抽象，教学过程缺乏学生的参与，从而导致学生的学习积极性不强，教学效果并不理想。
（二）实验教学存在的问题
EDA技术与应用课程中的实验课程占用课时少，且实验内容以基础实验和验证性实验为主，缺乏创新性。在实验过程中，学生不需要深入思考便可以完成实验。通过传统实验教学，可以保证学生熟练掌握QuartusII软件的使用方法，但并没有增强学生的综合技能和创新精神。
（三）考核方式存在的问题
考核在人才培养过程中具有重要的作用。本课程的传统考核方式为“2+1+7”模式，即平时成绩（包括考勤和作业）占20%，实验成绩占10%，理论考试成绩占70%。这种考核方式导致学生忽略了实验的重要性，从而影响学生实践能力的培养。
二 PBL教学模式在EDA技术与应用课程教学中的意义
（一）教育模式的创新
PBL教学模式在RDA技术人才培养过程中十分重要。在当前阶段，院校基本以培养社会综合性人才为重点培育目标，并增强了院校与社会之间的合作，提高了整体教育模式的影响力，使PBL教学模式不断创新，力求通过创新与合作实现混合式教学，以此培养综合性应用人才。
（二）职业思路的构建
在当前的市场环境中，学生无论是学习还是社会工作都需要在系统思维下逐渐实现心中目标。然而就当前情况来看，部分学生仍然会受到社会多种因素的影响，多数学生不顾及学习的客观性规律，单纯凭借主观意识进行学习，这样的主观意识会严重影响中职学生在步入社会后的成长。因此，在EDA技术的课程教学中，应合理利用PBL教学模式进行深化教育，为学生构建正确的职业思路，使学生可以利用职业思路提高自身职业素质，以此作为日后社会工作的切入点，认真规划未来的职业发展方向及就业问题。PBL教学模式的应用可以切实帮助学生拓展职业思维，便于学生日后立足于社会。
（三）职业能力培养
院校PBL教学模式需要梳理教育定位，以自身能力及融合手段提高学生的RDA技术应用能力，不断加强教育，进而使学生的基础能力明显提高。PBL教学模式应用在EDA技术课程教学中可以渗透职业能力，以此有效提高学生的综合素质，完善职业教育理念，以职业能力为大方向进行整体培育，使学生在走出校园时可以利用个人职业能力立足于社会，为学生未来发展奠定基础。
三PBL教学模式在EDA技术与应用课程教学中的应用原则
在RDA技术课程中利用PBL教学模式需要注意应用原则，使学生在课堂学习中可以强化实际应用能力。重视PBL教学模式的科学性。在教师制定教学目标时，必须要注意启发每位学生的潜能，还要注意将教师与学生所投入的时间、精力都控制在合适的范围里，防止产生投入与回报不成正比的教学效果，避免忽视PBL教学模式的科学性。
1.课堂教学与线上教学之间的关系是相辅相成、互为表里的，教师在教学中应当认识到不同教学模式在EDA技术与应用课程教学中的优势作用，选择合理的配比模式，助力教学质量稳步上升。
2.重视PBL教学模式的系统性。PBL教学模式不仅包含对学生的个性化教育，尊重学生们在学习过程中的特殊需要，更重要的是注重对学生创新能力的培养。因此，院校必须重视创新思维的培养，将传授知识与提高创新能力相结合，加大对RDA技术课程教学的投资，保证教学工作的顺利展开。
3.重视PBL教学模式的实践性。与传统的教学方法相比，PBL教学模式更加重视学生的实践能力，让学生们亲自动手进行实践活动，让学生在实践中学习知识，通过实践提高自己的操作能力和职业技能。
4.重视PBL教学模式的层次性。在EDA技术课程中应用PBL教学模式不是为了取代现有的教育方法，而是为学生以后步入工作岗位积累宝贵经验。PBL教学模式的层次性可以帮助学生们循序渐进地学习EDA技术中深奥的理论知识，有利于加深他们对于知识的理解和掌握。
5.重视PBL教学模式的自主性。PBL教学模式的实施基础是学生们的真实教学体验，在此基础上加强学生们对EDA技术的综合运用能力，它以学生的兴趣、学习特点、认知水平为教育核心，充分发挥学生们的个性和想象力，提高学生们对学习的积极性，增强他们的自主学习能力。这种在教学过程中的自主选择，正是当前教学模式中所缺少的。
四利用PBL教学模式的课程教学改革方法
（一）以问题为导向的课堂教学
PBL方法是围绕提出的问题开展教学的。教学过程中通过对问题的深入研究，不断激发学生的学习积极性，逐步增强教学内容的综合性。
EDA技术与应用课程将利用PBL教学模式，从四个方面展开课堂教学。首先，教师应对课程的知识点进行有效整合，合理安排教学内容，便于学生的理解及问题的设计[6]；其次，依据教学内容，结合专业特点来设计每堂课程的导入问题。导入问题应当具有相关工程背景，同时也应该突出当堂课程的核心问题。旨在使学生将所学知识与实际应用联系起来，激发学生的课堂兴趣；再次，从最简单的问题开始研究，随着相关问题的解决，增加问题难度进一步深入研究。随着问题由易到难，老师不断引导学生深入思考问题，从而培养学生分析和解决问题的能力；最后，结合大纲要求，对课堂问题进行延伸拓展，作为学生课后作业，从而巩固课堂内容，培养学生的自主学习能力和创新能力。切实做到“提出问题、分析问题、解决问题”的目的。例如，在时序电路设计中，以CPU执行指令为背景，提出了计数器的概念。从最简单的4位计数器开始设计，随着问题的解决不断增加计数器的功能，最终实现了“带复位、使能、可预置、方向可控的变模计数器”的设计。
此外，对于一些较抽象、复杂的内容，可以在课件中加入丰富的图形图像、多姿多彩的动画，化抽象为形象，化枯燥为生动，促进学生对抽象概念的理解。同时，在课堂中引入QuatusⅡ仿真，可以加深学生对课堂知识的理解，使得抽象的内容生动、直观，从而提高学生的学习兴趣。由于本门课程概念抽象，为了加深学生的理解，教师可以找一下科普读物供学生课后阅读，譬如知乎专栏“FPGA超级入门教程”，这样不仅增加了学习的趣味性，也有利于学生对所学知识的深入理解。
（二）分组协作完成开放式课后作业
由于课后作业具有开放性和复杂性的特点，本课程将采用小组合作的方式来完成课后作业。首先，教师为学生提供一些课后作业的相关资料，各小组的同学结合自身兴趣进行选题和分工。在研究和解决问题的过程中，小组成员通过相互交流协作的方式对问题进行剖析和综合，从而制定出合理完善的实施方案；在方案实施过程中，教师将根据学生遇到的具体问题给予针对性指导；最后，各小组以PPT的形式进行工作汇报，教师以提问的形式考察小组成员对知识点的掌握情况，并根据小组的总体情况给出成绩。
（三）加强实验教学
实验教学是增强学生实践能力和培养学生创新精神的一个重要环节。通过实验教学不仅可以令学生掌握基本的设计思路，还可以使学生将设计思路应用到实际设计中去。这与著名教育学家陶行知先生倡导的“在学中做，在做中学”的教育理念一致。
为了提高学生的综合设计创新能力，需要对实践教学中的实验内容进行改革。在实验设计时，以“重基础与技能，求综合与创新”为原则，一方面在教学目标指导下，通过课堂教学知识点为导向，巩固基础知识和拓展所学内容；另一方面通过现实应用性为导向，提高实践教学的创新性和综合性。
在实验实施过程中依然以学生为主体。其中，基础型实验属于入门阶段，主要实验内容为设计一些简单的组合逻辑电路和时序电路，例如加法器、分频器等。通过基础型实验可以培养学生的实验技能，强化学生对课堂知识的理解和应用。
拓展型实验属于提高阶段，主要实验内容为设计具有一定综合性的应用电路，例如抢答器、LED数码管的显示等。通过拓展型实验可以使学生深入理解层次化的设计方法，体会EDA技术设计的灵活性和优越性；综合型实验属于综合应用阶段，主要实验内容为A/D采样控制电路设计、交通灯控制系统、出租车计价器等。在设计相关实验时，需要将本门课程与有关专业知识结合起来。因此，此类实验可以培养学生的综合应用能力和创新能力[7]。
综合型实验任务重、跨度大、学生难以独立完成，因此采用分组合作的形式完成。在设计复杂电子系统时，教师应注意引导学生采用模块化方法，自顶向下的对电子系统进行设计。例如交通灯控制系统分为计时模块、显示模块、状态机时序控制模块、状态翻译模块等。小组成员分工合作，发挥各组员的特长，最终完成综合电子系统的顶层电路设计、下载实现。该过程可以培养学生之间的团队合作精神。
实验成绩以验收答辩和实验报告为依据。验收答辩分为结果演示和问题回答两个环节。其中，结果演示具体包括波形仿真与分析或者硬件电路测试以及设计思路阐述。波形仿真与分析是从理论上说明设计的正确性，硬件电路测试则从时间上检验设计是否达到要求。验收时，要求学生现场进场编译、仿真、引脚设置并进行下载到FPGA芯片中，考察出学生的真实应用能力。
对于这种以学生为主体，层层递进的实验教学方式，将有助于学生巩固基础知识、拓展所学内容、增强实践能力、提高综合素质和培养创新精神，为以后的学习或工作打下坚实的基础。
（四）完善考核方式
考核是教学过程中一个不可缺少的环节。它可以有效检验学生对知识的掌握情况，也是评价老师教学效果的有效手段。为了克服传统考核方式重理论、轻实践的问题，本课程的考核方式为“2+4+4”模式，即平时成绩（包括考勤和作业）占20%，实验成绩占40%，理论考试成绩占40%。其中，考勤督促学生课堂学习的持续性，作业和实验考查学生的实践能力和综合素质，理论考试考察学生对课程知识的掌握情况[8]。新的考核方式加大了实验成绩的占比，从而正确引导学生增加动手能力和工程实践能力的培养，提高实验教学的质量。通过全面的考核，学生的自主学习能力、动手实践能力和综合创新能力均得到了有效提高。
（五）提高教师专业素养，高度提炼知识点
以上四点以教学方法出发来考虑课程教学改革。然而，对授课教师的要求也是一个关键因素。一方面，随着科技的发展，教师必须具备前沿视野，改善自身的知识结构，将教材上的抽象理论结合当前热点，通俗易懂地讲授给学生；另一方面，教师必须对所讲内容高度熟悉，能够帮助学生提炼知识点，建立完整的知识体系结构。例如，授课时，教师可以利用思维导图来精炼所学内容，建立层次分明、系统、完整的图形化知识框架体系。让学生在学习过程中思路清晰、突出重点、化繁为简。
五结语
为了提高教学质量，本文结合《EDA技术与应用》课程的特点和学生的实际情况，将PBL教学模式引入到实际教学中[9-10]。其中，理论授课以学生为主体，围绕实际问题展开学习研究，极大的调动起学生的学习积极性；加强实验内容，以小组形式进行综合实验，有效的培养了学生的工程实践能力和团队协作能力；完善考核方式，有效的提高了学生的综合素质。加强教师素养，帮助学生理解教学内容。在实践学习中，将课程所学知识与电子系统设计相互联接，相互促进，形成了理论学习和工程实践之间的良性循环，有效提高教学效果。
参考文献
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[10]徐学红.“项目导向”教学模式在EDA技术课程中的应用[J].中国电力教育,2013(28):108-109.
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