(邱宇)-高职院校工科电类专业基于EDA技术的学生创新能力培养研究与实践

1、附件1：项目所属科类申报类别代码电子信息大类3重庆工业职业技术学院教学改革研究项目 立项申请书 项目名称 高职院校工科电类专业基于EDA技术的学生创新能力培养研究与实践 申 请 人 邱 宇 联系电话申请日期 2012年6月 重庆工业职业技术学院 印制 二0一二年四月填表说明一、按表格填写各项内容时，要实事求是，表达要明确、严谨。二、申请书为A4复印纸，于左侧装订成册，一式三份（均为原件），需所在学校审查、签署意见后，报送教务处教务科。电子文档按通知要求上报。三、在学校意见一栏中，应明确学校在人员、时间、条件、政策等方面的保证措施和对配套经费的意见。四、“所属科类”指本

2、科专业目录中所列的11个学科门类和高职高专教育专业目录中所列的19个大类；教育管理类的填写“教育管理”。“类别代码”中1代表“重大项目”；2代表“重点项目”；3代表“一般项目”。项目主持人情况项目名 称高职院校工科电类专业基于EDA技术的学生创新能力培养研究与实践申请金额1.0万元项目主持人情况姓 名邱宇性别男出生年月1982.9专业技术职务讲师行政职务无从事专业电路与系统1主要教学工作简历；2.主要教育教学研究领域及成果教学工作简历： 主要承担应用电子技术专业EDA技术课程的教学、计算机通信专业计算机网络课程的教学工作。负责全国职业院校技能大赛中本专业参赛团队FPGA技术软件部分的培训工作。

3、主要教育教学研究领域及成果：主要从事高职院校学生基于EDA技术的工程实践能力训练与创新能力培养的教学研究工作。相关成果有：1 邱宇, 王世元. 区别于本科教学模式的高职院校EDA课程教学的改革与实践J. 西南农业大学学报（社会科学版）, 2012, 10 (5): 193-195参与的科研项目有：1 高分辨率图像数据压缩的光学实现，国家自然科学基金，60472037，参研.2 图像迭代函数系统与二维负反馈的光学实现，中国博士后科学基金项目，20080430096，参研.3 拡張次世代応用（日本学术振兴会，基盤研究(C)） “Extension of Bilateral Filter and I

4、ts Application to Next-Generation Cameras”，项目类型：Grant-in-Aid for Scientific Research (C) from Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)，项目号：21500175，参研.4 用光学法实现图像迭代函数系统，重庆市自然科学基金，（项目编号：2009BB2359），参研.发表的主要科研论文有：1 Y. Qiu, F. Tian, K. Urahama. A cross bilateral filter for image denoising based

5、 on undecimated wavelet transformC. Proceedings. The 16th Korea-Japan Joint Workshop on Frontiers of Computer Vision (FCV2010) Hirojima, Japan: 2010: 66-71.2 Y. Qiu, K. Urahama. Denoising of multi-modal images with PCA self-cross bilateral filterJ. IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics,

6、Communications and Computer Sciences, 2010, E93-A (9): 1709-1712. (SCI收录号: UT ISI:000282245600018)3 Y. Qiu, Z. Du, K. Urahama. Graph-spectral filter for removing mixture of Gaussian and random impulsive noiseJ. IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences,

7、2011, E94-A (1): 457-460. (SCI收录号: UT WOS:000293818300055)4 Y. Qiu, K. Urahama. Edge-preserving cross-sharpening of multi-modal imagesJ. IEICE Transactions on Information and Systems, 2011, E94-D (3): 718-720. (SCI收录号: UT ISI:000290125900036)5 邱宇, 田逢春, 陈建军, 李鹏. 一种基于双边滤波的4f光学系统图像去噪方法J. 中国激光, 2010, 37

8、 (02): 514-520 (EI核心, EI Accession number: 20101412826738)项目组主要成员情况姓 名年龄专业技术职务行政职务工作单位主要研究领域承担工作签章邱宇30讲师无自动化系图像处理、EDA技术。项目负责人、创新训练框架研究。项目软件设计。肖前军38讲师无自动化系嵌入式系统实验板设计指导王政24助教无自动化系电路与系统实验板硬件设计吴德操28助教无自动化系机器人技术模块软件设计连艳29助理实验师无自动化系嵌入式系统模块软件设计一、立项依据及目标1现状与背景分析（包括已有研究实践基础）电子设计自动化(Electronic Design Automati

9、on, EDA)技术是一种以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言(Hardware Description Language, HDL)完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作的现代数字系统设计技术。随着 EDA 技术的发展和应用领域的日益扩大，其在电子信息、通信、自动控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。EDA技术凭借其灵活性、经济性和短周期性的特点已成为目前电子设计领域里的主流设计手段。对于一个复杂的数字系统，采用传统的自下而上(Bottom-up)的“搭积木”式的方

10、法进行设计通常面临设计周期长、缺乏灵活性，对于系统功能的小修改都将可能造成全盘设计重新进行等问题。由于涉及到的集成芯片种类繁多，对设计人员要求比较高。因此其从业门槛相对较高，高职院校的学生将很难进入到设计领域。利用EDA技术则采用的是自顶向下(Top-down)的设计方法：首先从系统级设计入手，在顶层进行功能模块划分和结构设计，然后再将各模块单元划分为下一层次的基本单元，一直做下去，直到可以直接用EDA元件库中的基本元件来实现或由设计人员自己编写HDL文本等方式来实现。借助于EDA工具软件，编译、综合、优化、布局以及布线等工作均由计算机来完成。这种设计方法大大提高了系统设计的灵活性和可靠性，缩

11、短了设计周期，降低了设计人员的设计难度，使得高职院校的学生也可同样完成设计工作，增加了学生的就业机会。从全国近几年的大学生电子设计大赛的题目来看，利用EDA技术完成的竞赛题目所占比例在逐年提高，题目更加灵活多变，要求也越来越高。今年（2012年）的全国职业技能大赛高职组电子产品设计与制作赛项的国赛部分明确要求采用xilinx的FPGA来完成比赛，北京地区的选拔赛已经开始基于EDA技术。这些变化反映出目前业界对当代工科电类专业大学生技能掌握的需求方向。为迎合技术市场对人才的需求，自上世纪90年代开始，国内各本科院校相继开设了EDA技术的相关课程，并设立了相应的开放实验室。过去的10年间，在国家大

12、力发展高等职业教育政策的引导下，国内的高职院校取得了跨越式的发展。越来越多的高职院校已将EDA技术课程纳入到工科电类专业的人才培养方案中。我院自动化系自2009开始分别在计算机控制、计算机通信以及应用电子技术三个专业开设了EDA技术课程。但由于起步较晚，在人才培养方案的制定、师资培训、实验实训环境和配套开放创新实验平台的建设方面还存在诸多不足。具体表现在：（1）课程安排不尽合理。EDA技术课程在本科院校的人才培养计划中定位为核心专业课，其先修课程为C语言、计算机硬件技术基础和单片机技术。而在我院应用电子技术专业目前的人才培养方案中，C语言为EDA技术的平行课程、单片机技术成为EDA技术的后续课

13、程。造成了EDA技术课程学习难度大，学生反映学习吃力、缺乏学习兴趣等问题。（2）师资力量尚显不足。由于我院EDA技术课程的开设时间较短、授课教师对FPGA技术掌握程度还不够深入，缺乏产品开发和竞赛指导方面的经验。（3）实验实训环境配套不足。由于EDA技术的硬件载体为FPGA或CPLD器件，器件价格、规模、复杂程度和管脚数目都要远远高于单片机，由学生通过课程设计的方式来完成FPGA实验板的制作难度太大。而专用实验箱的数目尚不能做到一组一台，学生实验不够深入。（4）对于拥有学习兴趣、学有余力的学生，缺乏EDA技术开放创新实验平台和相应指导方案供其深入学习。因此，解决我院在上述问题上存在的不足，进行

14、针对性的教学改革和实践，对于提升我院教育教学水平、增强学生实力、提高各类大赛成绩等都具有重要意义。现有工作基础（1） 项目申请者目前正从事EDA课程的教学和职业技能大赛的指导工作，对于学生对该门课程的学习能力、学习动力及如何进行学习引导有较深刻的理解。（2） 已在西南农业大学学报（社会科学版）发表相关教研教改论文一篇。（3） 我院自动化系已逐步购买一定数量的EDA实验箱和相关测试设备，基于实验箱的基础模块实验和项目训练已可以实现。（4） 项目团队人员配置合理，多数成员具有企业产品开发经历。目前均从事职业技能大赛的指导工作，并以此为契机实现师资技术水平一定程度的提升。（5） 自动化系“213技术

15、联盟”学生开放实验平台已具有一定规模和影响力，学生进入该实验室的意愿强烈，为本项目的实施提供了良好的基础。2研究内容、目标、要解决的教学问题，拟采取的方法和主要特色研究内容：本课题主要研究高职院校工科电类专业基于EDA技术的学生创新能力的培养。利用FPGA器件极大的灵活性，通过软件和硬件两方面的基础训练达到FPGA基本模块的掌握和熟练运用，并在此基础上进行实用性项目的开发，在项目开发中培养学生的创新思维。具体内容包括：课程设计研究、实验设计研究、基础培训项目手册编制、创新实验平台搭建、师资能力提升等方面。研究目标：本课题的主要目标在于通过EDA创新平台的建设，激发学生的创新潜力，提升学生在ED

16、A技术方面的开发实力，为各项竞赛和项目开发储备技术力量，同时提升师资队伍的技术水平，最终提升我院自动化专业EDA技术方向的专业实力。要解决的问题：（1）搭建EDA通用型的创新实验平台；（2）建立学生EDA基本技术能力和创新能力培养方案；（3）师资队伍技术水平提升。技术路线及拟采取的主要方法：（1）课程设计研究。在课程的设计安排上面简化繁杂的基本器件结构部分，以提升学生学习积极性为出发点，设计简单、有趣的验证性实验，在实验过程中进行Verilog HDL语言讲授，重点激发学生学习兴趣。（2）实验设计研究。通过设计多个实验，让学生以团队形式完成，培养学生的团队合作精神和基本的职业素养。同时实验项目

17、应预留较多发挥空间，激励学生进行自主设计，实现功能的扩展和技术指标的提升，激发学生创新思维的愿望。（3）硬件开发平台的设计与制作。收集Altera典型产品和Xilinx典型产品的硬件电路设计样图，各选择一至二款作为开发芯片，在其基础上设计能够涵盖多种接口的开发套件，满足基本项目训练要求。（4）软件模块的设计。根据不同产品，不同接口设计相应的软件模块，实现软件的模块化和通用化，训练学生的基本软件模块编写方法和利用模块搭建快速完成项目的技术方法。（5）基础培训项目培训手册的编写。结合硬件平台开发和软件模块的开发制定一套基础培训手册，通过完成手册上的项目使学生达到具备初步进行EDA设计的能力。（6）

18、师资技术水平提升。利用寒暑时间进入企业、研究所或重点本科院校的EDA实验室通过参加项目的方式进行锻炼学习。本课题的主要特色：区别于本科院校的人才培养目标，由于学生就业的定位不同，高职院校工科电类专业的人才培养计划中大多重视单片机技术的学习和训练，对EDA技术的训练重视程度不足。通过今年的全国职业技能大赛的赛项要求可以看出，要求高职类院校学生掌握EDA技术已成为新的趋势。仅限于课程内容的实训远不能达到参加比赛的程度，对学生的临时急训也无法实现知识技能的系统性掌握，很难达到预期目标。因此，及时建立基于EDA技术的创新平台，使学生进一步深入掌握EDA技术和培养学生创新能力为当前所亟待解决的问题。同时

19、，创新平台的建立可进一步提升我院应用电子技术专业的专业实力。3预期效果与具体成果预期效果：学生的创新能力来源于对已有内容的学习、理解和拓展。EDA技术创新平台的搭建可以为学生创新能力的培养提供一个便捷、科学的培育通道。通过对培训手册中的基础模块和一般项目的学习、实践和改进可以达到对EDA技术较为全面的掌握。在掌握的基础上展开想象、拓宽思路，完成复杂项目的设计和实践，最终实现技术技能的进步和创新能力的提升，提高学生的就业质量。具体成果：（1） 完成通用型EDA创新实验平台的硬件部分搭建，核心板包括Altera公司和Xilinx公司的FPGA产品；（2） 完成基础性模块实验的软件编写和验证；（3） 完成基础培训项目培训手册的编写；（4） 公开发表EDA技术教改论文一篇。二、具体安排及进度第一阶段：需求分析阶段。（2012年9月12月） 广泛收集