何晶
（中国传媒大学信息工程学院电子信息工程系）
摘要：EDA技术对电子系统设计产生了革命性影响，对于电子信息类专业，EDA课程是培养学生电子系统设计能力和创新能力的核心课程。本文就EDA课程的建设和如何在EDA课程教学中培养学生的创新能力进行了探讨。
关键词：EDA、课程建设、创新能力
一、EDA教学在电子信息类专业教学中的地位
EDA（Electronic Design Automation）技术是以计算机为工作平台，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以EDA工具软件为开发环境，以可编程逻辑器件为设计载体，以专用集成电路ASIC和片上系统芯片为目标器件，以电子系统设计为应用方向的电子自动化设计过程。随着半导体和计算机技术的不断发展，目前EDA技术广泛应用于电子设计的各项工作中，极大地提高了电子设计的效率，使电子系统的设计观念、设计方法发生了革命性的变化。传统的设计方法正逐步退出历史舞台，而基于EDA技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流。电子系统设计方法的这一转变也引发了高等教育教学思想的转变，对电子信息类专业的教学产生了深刻的影响。因此自20世纪90年代中期开始，EDA教学受到了空前重视，很多学校开设了EDA课程，建立了EDA实验室。[1]现在电子设计自动化EDA已经成为电子信息类专业本科生一门重要的专业基础课程，是把电子信息专业理论知识和实践能力联系起来的核心课程，既培养了学生电子系统的设计能力，又强化了理论知识的应用，同时在一定程度上提高了学生的创新能力。
二、EDA课程建设的主要内容
EDA课程的建设主要包括以下几个方面：教学内容的建设、教材的建设和教学环境的建设。
1.教学内容的建设
教学内容的建设是课程建设的核心，课程的内容应该具有科学性和先进性，应该反映领域最新的科技成果。EDA技术是一门迅速发展的新技术，涉及面广、内容丰富，且理解各异。目前，对于狭义的EDA概念的理解相对统一：EDA技术就是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。
鉴于EDA技术的含义，我们在教学实践中逐步确定了EDA课程的主要内容，包括四个部分：可编程逻辑器件、硬件描述语言、常见的EDA开发工具和实验开发系统。理论教学重点放在实用性上，因此对于由软件工具自动完成的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化等仅做概念性的介绍，而精选了以上四个部分作为主要的授课内容。
应该说到目前为止，这种精心提炼的教学内容体系对于培养学生的实际能力还是很有效的。
由于EDA技术发展非常迅速，同时电子系统越来越复杂，系统级设计变得越来越重要，在课程教学中，应该更加强调培养学生抽象的描述设计能力，使学生了解当今电子系统发展的趋势、设计思想、设计方法和工具，培养学生系统级的设计能力。
2.教材的建设
教材建设是EDA课程建设的重要组成部分，在教学过程中我们的教材也在不断融入新的技术内容，但目前一个重要的问题就是教材的出版周期过长，尤其对EDA这种发展极为迅速的技术，教材出版就可能面临落后于现实的情况。因此目前很多学校都倡议建设动态教材和电子教材，并列入教学计划。对于EDA课程，应该在课程教学计划中加入2-3次前沿技术讲座，建设相关内容的动态电子教材并在课程网站上发布，作为我们印刷教材的补充，这样在保证学生掌握基础内容的同时，可以使学生了解最新的技术发展。
3.教学环境的建设
教学环境决定了课程教学的效果，教学环境包括课件、教学方法、课堂组织形式、实践设备和场所等。目前多媒体的教学方法和手段已经被广泛接受和应用，但最常见的方式还是利用先进的多媒体技术进行传统的以老师为中心的集中授课模式，学生始终处于被灌输的地位。
在EDA课程讲授中，我们逐步形成了自己的教学特点，如采用思路式、小结式和项目式教学方法，同时在讲授的过程中结合EDA软件，使学生对理论知识有感性认识。但在整个教学过程中，在保证基础理论内容的基础上，还需要进一步向电路结构的构思方法和系统结构化设计方面转变。
4.教师队伍的建设
电子设计自动化课程教师队伍整体素质较高，都是活跃在科研工作一线的中青年教师，教学水平较高。EDA技术发展非常迅速，课程的内容体系也应该随之不断丰富和发展。更重要的是，教师队伍要能够认同课程的内容体系，不同教学风格的教师都来不断丰富和发展我们的课程体系内容，课程才能够成为高质量、有特色的课程。
三、关于EDA课程建设和学生创新能力培养的思考
EDA教学主要包括理论课教学和实践课教学两个部分，如何在教学中培养学生的创新能力是一个很重要的问题。结合我们的教学实践，我们认为在EDA教学中培养创新能力应该在以下几个方面改进和加强。
1.转变教学理念
教学理念是教学改革的依据，教学方式的改革体现教学理念。教学理念应该由以传授知识为主要特征的教学型教学转向以培养认知能力为主要特征的研究型教学。研究型教学所涉及的问题包括以下两个方面：（1）教学内容，课程应该有一个相对稳定的基础内容，基础内容应该能够保证学生在课程所涉及的领域可以不断继续学习，在此基础上，应该有适用于研究型教学的内容；（2）教学方式，包括授课方式、实践训练的方式和考核的方式等，在教学的过程中，应使学生受到一定的实践和研究的训练，引导学生自主探索。[2]
2.强化课内的创新教育
理论课要有经过精选提炼的基础内容，但不应只满足于传授基本知识，应该把最新的技术、方法教给学生，要强调知识的发现过程，使学生不拘泥于现有的结果，培养学生创造性地解决问题的能力。
前面的基础课程往往强调基础理论的掌握，较少有设计方面的训练，学生往往对设计缺乏概念，即使能够提出设计方案，也缺少对不同方案的论证比较。现代电子设计的概念应该是需求分析，根据需求和条件权衡不同的设计方案，最终实现一个系统。[3]整个设计过程包括系统级设计、功能级设计、电路级设计等。如果电子信息类专业学生缺乏这样的设计知识和训练，创新也无从谈起。
20世纪90年代以来，随着产品复杂度不断提高，设计的抽象层次也不断提高，形成了系统级设计方法。[4]系统级设计方法是一种“概念式驱动”的设计方法，设计不是从底层的电路开始，而是从设计的目标和需求开始。相比电路级设计，系统级设计速度快很多，设计人员可以快速获得系统架构的性能，并进行改进。目前在基于可编程逻辑器件的设计中，在一定程度上，系统级的设计已经可以综合到电路级，这样，设计人员可以把精力集中在创新性的架构方案上。因此在授课过程中，应该加入系统级设计方法的介绍，在此基础上，介绍不同设计层次性能分析的方法，以使学生对电子系统的设计理论、方法和工具有充分的认识。
3.改进实践内容
EDA课程是一门实践性很强的课程，实践课程在其中占的比重往往很大，也被认为是培养创新能力的最主要的手段。现在谈到培养创新能力时，都是要求学生进行综合性的课程设计，要求题目综合性强、有一定难度、有一定的实用性。但任何创新都是在牢固掌握基本知识的基础上的创新，创新离不开基础知识。
目前很多实验都是单个模块的设计，尤其是在软件仿真实验阶段，虽然这样可以使学生掌握基本的设计方法和EDA工具的使用，但我们在教学实践中发现，在完成基本模块的设计训练后，学生在进行综合性的设计时仍然感觉无从下手。也许，设计训练和创新性培养并不是从很大、较难的综合性设计开始的，而应该从基本模块的设计训练就开始。基本模块的设计不应该只是一些孤立的模块，而是有一个渐进的过程。单个的模块可以逐步整合为一个相对复杂的模块，从单个模块的设计开始，逐步提出设计要求，最终完成一个相对复杂的设计。
4.整合课程，应用EDA工具
EDA技术已经成为电子系统设计的主流方法，利用EDA工具，设计人员可以从概念、算法开始直到实现系统芯片。目前电子设计自动化课程之后，除了部分学生的FPGA课程设计以外，我们几乎不再使用EDA工具，而后续的专业课程往往都相对注重理论的掌握，而对系统的设计涉及较少。
为了提高学生的设计创新能力，应该有EDA设计的后续课程，这种课程可以渗透进其他相关课程，也可以作为专门的课程。现在已经有一些学校对课程体系进行了优化，开设了数字系统设计课程，进行设计方法的训练，使学生掌握电子系统设计的方法和工具，提升学生的设计能力。[5]
SOPC是今后EDA技术发展的一个主要方向，在SOPC系统的设计中，涉及数字电路、计算机组成原理、计算机体系结构、C语言编程、硬件描述语言等，可以说，SOPC的设计体现了现代电子系统的设计方法。开设SOPC相关的后续课程，可以整合整个知识体系，同时也使学生掌握现代电子系统的设计方法，有利于学生设计能力和创新能力的培养。
四、结束语
EDA课程是电子信息类专业培养学生电子系统设计能力和创新能力的核心课程。
EDA技术不断发展，EDA课程教学也应该跟上技术的发展，要不断把最新的技术和设计理论、方法介绍给学生，不断改进教学方法，改进课程体系，这样才能不断提高我们的教学质量。
参考文献
[1]王章豹，石芳娟。大学生创新能力培养：问题、意义与原则。合肥工业大学学报，2007（6）。
[2]姜芳，刘铁锋。主动实践，培养大学生科技创新能力。高等工程教育研究，2007（6）。
[3]郑步生，蒋璇.EDA技术的发展对电类专业教学的影响及应对策略。南京航空航天大学学报，2000（3）。
[4]姜绍华，王晓蔚。电子类专业教学中应重视和加强设计教育———由电子设计竞赛引出的思考。电器电子教学学报，1999（4）。
[5]李东生，尹学忠。改革传统课程教学强化EDA和集成电路设计。实验技术与管理，2005（4）。
