基于OBE理念的EDA技术项目化教学探讨与尝试

    刘义亭 郁汉琪 李佩娟 郭婧 路红 钱夔 黄家才

    

    

    摘? 要 在工程教育的大背景下，OBE教育理念正被逐步重视和推广。以EDA技术课程项目化教学为例，以OBE工程教育认证要求为基础，探讨建立长期毕业生跟踪及用人单位需求反馈机制，以企业和社会需求为引导，针对企业项目需要加以改进，建立长期与短期学生学习情况反馈机制，形成闭环评价，提升测控专业EDA技术教学质量。

    关键词 OBE;工程教育认证;项目化教学;EDA技术

    中图分类号：G642? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）14-0088-03

    Discussion and Exploration on Project-based Teaching of Elec-tronic Design Automation Technology based on Outcomes-based

    Education//LIU Yiting， YU Hanqi， LI Peijuan， GUO Jing， LU Hong，

    QIAN Kui， HUANG Jiacai

    Abstract Under the background of Engineering Education， the Out-

    comes-based Education （OBE） concept has been gradually valued

    and popularized. Based on the certification requirements of OBE， and

    taking the project-based teaching of electronic design automation

    （EDA） technology as an example， following aspects are discussed in

    this paper in order to improve the teaching effects of EDA technology

    in the major of measurement and control technology and instrument. These aspects include： establishing long-term graduates tracking and

    employer demand feedback mechanism; taking the needs of enter-prises and society as the guide and improving enterprise projects to adapt to students; establishing long-term and short-term students learning feedback mechanism; forming the closed-loop assessment methods and promoting EDA teaching quality.

    Key words outcomes-based education（OBE）; engineering educa-

    tion certification; project-based teaching; EDA technology

    1 前言

    隨着工程教育的不断推进，部分工科院校逐步将学以致用的办学理念提到较高高度。2016年6月，我国正式加入《华盛顿协议》组织，进一步促进我国高等教育工程化应用的进程。当前，我国工程教育专业认证覆盖21个专业类，获得《华盛顿协议》组织的其他18个成员国（地区）认可[1-2]，

    但在实践型教学基础设施、教学内容体系设计、“双师”型教师队伍、实践考核办法等方面仍存在局限性。本文将基于OBE教育理念，以电子设计自动化（EDA，electronic design automation）技术课程为例，尝试讨论当前EDA课程中存在的不足，以及EDA的项目化教学改进方法。

    2 当前EDA技术课程教学弊端

    EDA技术是高等学校工科专业中培养学生数字系统设计能力和创新能力的一门主干专业课程，实现对设计方案进行仿真和创新、模拟及估计，涉及检验和流程优化等工作。该课程是培养学生学习专业课程和从事电子类产品设计的必备基础课程。然而，电子设计技术呈指数级发展，传统的EDA技术授课环节均存在诸多弊端[3-5]。

    1）传统的EDA授课往往采用两种形式：一是数字电路基础和硬件描述语言一起讲授，这种方式受课时限制，教师往往采用介绍式，导致学生在短时间内接收两种知识而无法消化;二是将数字电路基础和硬件描述语言分开来讲，这样两者之间存在时间差，学生由于数字电子技术基础薄弱或遗忘，而导致不知硬件描述语言在做何事，或者无法跟上讲课进度。

    2）在讲授型课堂上，学生被动接受知识，只需要配合听懂，参与度不高。学生之间基本不交流，没有引起自主思考，不利于表达能力的锻炼。

    3）EDA实验设计环节题目设置过难或者过简单。题目设置过难，多数学生无从开展实验;题目设置过简单，基础较好的学生又过快完成题目。

    4）EDA实验指导或课程设计的指导教程过于详细，学生按照指导书直接执行即可获得结果，碰到问题仍然不知道如何解决，既没有充分调动积极主动性，也没有锻炼创新能力。

    因此，传统的EDA教育在一定程度上既未能达到让学生充分掌握知识的要求，又未能满足学生进入企业的工作需求。必须结合工程认证的要求，充分调研用人单位和社会对于电子设计自动化学生的用人需求，对EDA课程的教学方式进行大胆改革和创新。

    3 工程认证下基于OBE的EDA技术课程项目化教学要求

    当前工程教育认证正在国内高校如火如荼地开展。工程教育认证是将中国的高等教育推向世界平台的一个有效途径，也是中国高校毕业生获得世界范围认可的有效手段。工程教育的核心是OBE（Outcomes-based Education）理念，OBE理念是以成果为导向的教育理念，其重点包括三个要素：以学生为中心、以产出为向导、持续改进[2]。教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程掌握所学课程所传授的技术或者能力，这些技术或能力能够满足用人企业的需求，并且持续跟踪社会对当代大学生的需求，根据跟踪结果，不断调整教学设计和教学设施方案，并长期和短期评价学生对技术或能力的掌握情况，通过评价结果修正教学设计及教学设施方案。具体如图1所示。

    在南京工程学院，对于测控技术与仪器专业，EDA技术是一门专业基础课程，是与电子系统设计密切相关的、实践性较强的课程，课程教学是让学生达到以下目标。

    1）在了解FPGA内部结构原理的基础上，掌握应用硬件描述语言VHDL进行数字系统设计的方法;掌握基于开发工具QuartusII的数字系统设计开发过程;具备一定的FPGA系统或者硬件系统开发知识，能够进行初步的基于FPGA的数字系统设计，为以后从事基于FPGA的嵌入式系统设计和开发打下基础（支撑毕业要求2-3）。

    2）了解大规模可编程逻辑器件FPGA的内部结构、芯片资源及其代表产品;掌握VHDL硬件描述语言的程序结构、数据类型、基本描述语句和描述方式;掌握FPGA开发工具QuartusII的使用方法以及基于QuartusII的编程、编译、适配、时序仿真、配置下载等开发过程（支撑毕业要求3-2）。

    3）掌握基于FPGA的數字系统设计方法，能够结合测控专业其他传感器类课程的内容，根据系统功能要求进行硬件模块的搭建，并熟练应用QuartusII软件及相关工具进行仿真与调试（支撑毕业要求5-3）。

    当前我国在集成电路设计方面的人才缺口巨大，社会和企业急需集成电路设计方面的高级人才[5-6]。因此，在工程教育背景下，EDA技术这门课也应该引入OBE理念，对课程教学方式做出相应调整，以企业和社会需求为引导，针对企业项目进行包装，形成示范教学内容，通过节点式项目化教学，让学生掌握课程，满足企业和社会需求。同时，通过节点式考核，掌握学生学习情况，了解学生需求，让学生能力逐步与企业和社会需求靠近。

    4 基于OBE的EDA技术课程项目化教学改进方法

    基于OBE的EDA技术课程项目化教学通过以下方式开展。

    建立长期毕业生跟踪及用人单位需求反馈机制? 为了建立毕业生长期跟踪机制及用人单位的需求跟踪机制，可以通过以下方法逐步展开。

    1）与企业建立有效的战略合作关系。可以与企业建立联合实验室，或让企业帮助学校建立实验室，学校帮助企业培养对口技术人才，定期向企业推荐毕业学生;企业向学校提供新技术探索方向，学校完成新技术、新材料、新方法的探索与开发。

    2）在企业建立毕业生实习基地。经过学校的四年本科教育，学生已基本掌握本专业的基础知识和基本技能，但缺少实际操作的机会。通过在对口企业建立实习基地，既可以让学生对所学课程有具体的认识，又可以让学生了解企业的研发、生产过程，对今后的发展有一个清晰的认识。同时，企业也可以从实习学生中挑选合适人才，进行双向选择、重点培养，让学校和企业无缝对接。

    3）通过设计合理的评价途径，让毕业生定期反馈学校课程结构及所学内容在工作中是否经常使用、较少使用或没有使用。对于没有使用的，在教学过程中就需要剔除;对于较少使用的，就可以对应减少教授时间;对于经常使用的，就需要提出来重点讲解;对于学校没有涉及的但工作中常用的，就需要增补进教学内容中。同时，通过企业管理层，了解高校毕业生在企业的适应情况。通过从上到下以及学生自身体会两个方面的持续跟踪，不断调整教学内容及实施方案。

    以企业和社会的需求为引导，针对企业项目需要加以改进? 经过对用人单位及毕业生的持续跟踪、调研及分析，基本掌握了企业的需求，并通过战略合作企业了解到部分具体项目需求。此时，教师应该通过以下几个步骤将企业项目融入课堂的项目化教学：

    1）对多个项目进行解剖分析，提取出项目中的共性需求部分;

    2）罗列共性需求中所包含的EDA技术课程中的知识点，并对知识点的运用程度进行标注;

    3）统计各知识点使用情况，按照使用频次进行教学重点设置;

    4）将共性需求包装成一个工程需求，将工程按照由浅入深的顺序进行阶段划分;

    5）将前沿技术包装成拓展部分进行阅读或讨论。

    建立长期与短期学生学习情况反馈机制? 通过长期反馈调整教学内容设计，让学生学以致用;通过短期机制不断跟踪学生学习情况，调整教学节奏，让学生紧跟进度;通过项目化教学，激发学生学习兴趣，增强实践能力。具体实施方法如下。

    1）根据项目节点设置短期的阶段性考核，考核内容可以包括小组讨论、答辩、报告、现场演示、分组路演等多重方式，旨在让学生有一定的紧迫感，并通过动手实现、分组的形式让学生自发地去发现问题、解决问题。

    2）在项目结束时可以进行长期的全项目考核，包括组织项目结题评审、项目结题演示、项目结题答辩。并根据项目完成情况对项目进行排序，对于优秀的项目方案，可以通过教师或者学院推荐到企业使用，并给予一定的奖励。

    3）在毕业时，对学生进行问卷跟踪，让学生评价课程学习内容是否能够满足找工作的需求，并提出合理化建议。

    形成闭环评价? EDA技术课程项目化教学的评价应该形成一个闭环的评价，评价的形式应该多种多样，评价的维度也应该多种。

    1）评价形式的多样性。评价的形式可以包括问卷调查、教学结果与教学预期的对比、同行说课评价、专家随堂听课评价、学生成绩分析等。

    2）评价的多维度。与评价形式多样性对应，评价的维度也应该是多样的，需要包括学生的评价、同行的评价、专家的评价及企业的评价。

    3）评价的闭环性。该评价包括多个闭环，且环路有交叉，如图2所示。

    5 结语

    本文在工程认证背景下，以OBE教育理念为指导原则，从四个方面对EDA技术课程新的项目化教学中应注意的问题展开讨论：建立长期毕业生跟踪及用人单位需求反馈机制;以企业和社会需求为引导，针对企业项目需要加以改

    进;建立长期与短期学生学习情况反馈机制;形成闭环评价。通过以学生为中心、以产出为导向、持续改进的教育理念，培养满足社会和企业需求的电子设计自动化人才。■

    参考文献

    [1]陈志坤，陶晓敏，郭云飞，等.基于OBE理念的《EDA技术》课程教学实践研究[J].教育现代化，2019（48）：168-170.

    [2]肖俊生，左鸿飞.工程教育认证背景下测控技术与仪器专业培养方案修订研究[J].高教学刊，2019（6）：146-148.

    [3]张谨，孙芹芝.《EDA技术及应用》课程的项目教学设计[J].大连大学学报，2018，39（6）：114-117.

    [4]钟海丽.EDA技术基础课程教学改革与探讨[J].科教导刊，2019，18（6）：41-42.

    [5]舒双宝，张育中.“FPGA技术及应用”课程教学研究与实践[J].高教学刊，2019（5）：80-82.

    [6]费飞，吴常钺，杨德华，等.面向国际工程教育认证的传感器课程分析与改进[J].中国现代教育装备，2019，

    309（3）：58-60.