山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 周 莉

集成電路課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 周 莉

集成電路課程實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)微電子專業(yè)學(xué)生成為具有堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)和熟練動(dòng)手能力的復(fù)合應(yīng)用型人才具有重要的作用。本文從目標(biāo)、方法、人才培養(yǎng)模式、教學(xué)手段、考核方式等方面提出改革方法和建議系統(tǒng)改革傳統(tǒng)的集成電路課程實(shí)驗(yàn)課程，具有很強(qiáng)的理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。

集成電路；課程實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

集成電路已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，作為關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展全局的基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，集成電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用是多學(xué)科交叉高技術(shù)密集的學(xué)科，是現(xiàn)代電子信息科技的核心技術(shù)，是國家綜合實(shí)力的一個(gè)重要標(biāo)志。鑒于我國集成電路行業(yè)起步較晚，且集成電路市場(chǎng)持續(xù)快速增長(zhǎng)，對(duì)集成電路領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員需求也日益增加。集成電路是知識(shí)密集型的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，但人才缺失的問題是影響集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012 年我國對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求是30萬人[1-2]。為加大集成電路專業(yè)人才的培養(yǎng)力度，更好地滿足集成電路產(chǎn)業(yè)的人才需求，2003年教育部實(shí)施了“國家集成電路人才培養(yǎng)基地”計(jì)劃，同時(shí)增設(shè)了“集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)”的本科專業(yè)，很多高效都相繼開設(shè)了相關(guān)專業(yè)，大力培養(yǎng)集成電路領(lǐng)域高水平的專業(yè)技術(shù)人才。

山東大學(xué)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)生主要學(xué)習(xí)數(shù)理基礎(chǔ)知識(shí)、集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)和電子系統(tǒng)集成所必須的電路、計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理、通信等知識(shí)。通過課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)各種工具的使用，使學(xué)生將所學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)逐漸轉(zhuǎn)化為實(shí)際的集成電路設(shè)計(jì)和電子系統(tǒng)集成等技能。集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)通過理論與實(shí)踐相結(jié)合的培養(yǎng)模式，以培養(yǎng)既具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，又具有豐富的集成電路開發(fā)、電子系統(tǒng)集成和工程管理能力的復(fù)合型和應(yīng)用型高級(jí)人才為目標(biāo)，重視本專業(yè)的發(fā)展前沿和相關(guān)專業(yè)知識(shí)的拓展，注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。本文將結(jié)合多年集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的本科教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)相關(guān)院校集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)本科教學(xué)的多方面調(diào)研，針對(duì)集成電路課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行分析和探索，以期提高本科教學(xué)水平，切實(shí)做好本科專業(yè)人才的培養(yǎng)工作。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

集成電路應(yīng)用現(xiàn)有授課方式是以講授集成電路的基礎(chǔ)理論為主，完成一些相對(duì)簡(jiǎn)單且內(nèi)容單一的基本訓(xùn)練。在學(xué)生綜合能力及動(dòng)手能力培養(yǎng)方面存在很多不足，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

一是課程涉及的內(nèi)容復(fù)雜、知識(shí)面廣，沒有較為合適的教材供學(xué)生使用。學(xué)生不僅要掌握集成電路的基礎(chǔ)理論，還要熟悉系統(tǒng)整體方案和芯片外圍電路的設(shè)計(jì)方法，從應(yīng)用角度來看，還要掌握一門軟件開發(fā)語言來實(shí)現(xiàn)編程。學(xué)生上述幾方面的基礎(chǔ)比較薄弱，在短時(shí)間內(nèi)很難有效的掌握授課內(nèi)容。

二是教學(xué)內(nèi)容偏重于理論知識(shí)的講授，缺少相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)；與本專業(yè)其它課程的結(jié)合點(diǎn)不多，學(xué)生的知識(shí)體系性較差，無法將本課程的知識(shí)很好的應(yīng)用到前后相關(guān)課程中，不利于對(duì)學(xué)生綜合技能的培養(yǎng)。

三是授課內(nèi)容實(shí)踐背景少，側(cè)重于講清集成電路原理。學(xué)生不能將學(xué)到的一些理論知識(shí)融入到實(shí)際應(yīng)用背景中，學(xué)完理論知識(shí)，不知道應(yīng)用在什么場(chǎng)合、以及如何應(yīng)用，不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高。

四是考核方式多以專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和原理性的內(nèi)容考察為主，部分學(xué)生有應(yīng)付考試的心理，學(xué)習(xí)興趣差，學(xué)習(xí)目的不明確。

2 改革目標(biāo)與方法

2.1 目標(biāo)

完善課程教學(xué)手段，建立新的培養(yǎng)模式，改變課程考核方式，豐富學(xué)生能力評(píng)價(jià)體系，全面貫徹到對(duì)學(xué)生素質(zhì)教育和實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)上去，以利于培養(yǎng)動(dòng)手能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新意識(shí)和能力的應(yīng)用型人才。

2.2 方法

授課方法：建立共同討論制度，并由教師通過問題反饋和隨機(jī)提問的方式檢查學(xué)生的理解情況，有問題及時(shí)加以解決?？己朔椒ǎ和ㄟ^教師演示案例，講解并提出設(shè)計(jì)性題目供學(xué)生選擇，邀請(qǐng)有豐富科研和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師協(xié)助進(jìn)行輔導(dǎo)、答疑、考核，以確保取得預(yù)期的教學(xué)效果。

3 改革內(nèi)容與實(shí)踐

3.1 圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，調(diào)整課程教學(xué)思路

應(yīng)用型人才培養(yǎng)主要是強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性和應(yīng)用性能力，秉承的是職業(yè)性與應(yīng)用性相統(tǒng)一的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)。一方面，通過增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)強(qiáng)化學(xué)生知識(shí)應(yīng)用和職業(yè)技能培養(yǎng)；另一方面，堅(jiān)持本科教育的學(xué)科專業(yè)學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，夯實(shí)學(xué)生的學(xué)科專業(yè)知識(shí)理論基礎(chǔ)，使之形成一定的科學(xué)素養(yǎng)，具備潛在的科學(xué)研究能力和學(xué)術(shù)創(chuàng)造能力，具有后發(fā)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)變能力[3]。因此，緊緊圍繞學(xué)校制定的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的定位，結(jié)合集成電路應(yīng)用課程的實(shí)際情況，改變此前課程重理論、輕實(shí)踐的現(xiàn)狀，形成新的既重理論知識(shí)掌握又重實(shí)踐能力培養(yǎng)的教學(xué)思路，將具有代表性的集成電路精講細(xì)講，同類集成電路做對(duì)比介紹，著力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

3.2 更新課程教學(xué)手段，提升課堂教學(xué)吸引力

首先，針對(duì)現(xiàn)有集成電路應(yīng)用自編教材內(nèi)容相對(duì)陳舊的現(xiàn)狀，積極運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)手段和多媒體授課手段，獲取本學(xué)科最新的技術(shù)知識(shí)和最新的發(fā)展動(dòng)向，并將其融入到授課內(nèi)容中，以克服教材內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展相脫節(jié)的弊端。其次，將實(shí)際應(yīng)用背景引入授課內(nèi)容，結(jié)合集成電路適用場(chǎng)合、典型設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析講解，既有效提升課堂教學(xué)吸引力，又使學(xué)生掌握更多的綜合知識(shí)。同時(shí)，引入教學(xué)業(yè)績(jī)反饋分析手段，通過對(duì)教學(xué)質(zhì)量的反饋跟蹤和與學(xué)生的平時(shí)座談，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)興趣，在后續(xù)的課程中適當(dāng)調(diào)整原有的授課內(nèi)容及教學(xué)手段。

3.3 加強(qiáng)EDA實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生動(dòng)手能力

引進(jìn)目前使用的主流EDA工具軟件，讓學(xué)生在就業(yè)前就可以熟練掌握應(yīng)用，將工程實(shí)際和實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密聯(lián)系，積累經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)增加學(xué)生就業(yè)及繼續(xù)深造的機(jī)會(huì)，為今后競(jìng)爭(zhēng)打下良好的基礎(chǔ)。

根據(jù)企業(yè)崗位的需求可合理安排EDA實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)增加實(shí)踐課程的學(xué)時(shí)。如通過運(yùn)算放大器、差分放大器、采樣電路、比較器電路、DAC、邏輯門電路、有限狀態(tài)機(jī)、分頻器、數(shù)顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設(shè)計(jì)和仿真分析，令學(xué)生掌握數(shù)字、模擬、數(shù)?；旌霞呻娐返脑O(shè)計(jì)方法及流程，在了解企業(yè)對(duì)于數(shù)字、模擬、數(shù)?；旌霞呻娐吩O(shè)計(jì)以及版圖設(shè)計(jì)等崗位要求的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地進(jìn)行模塊課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作的鍛煉，使學(xué)生對(duì)于相關(guān)的EDA實(shí)踐內(nèi)容真正融會(huì)貫通。

3.4 搭建校企合作平臺(tái)，舉辦設(shè)計(jì)大賽

與Digilent，Altera等公司合作，由公司提供設(shè)計(jì)用的開發(fā)板，舉辦EDA設(shè)計(jì)大賽， 使得學(xué)生在學(xué)以致用的同時(shí)，積累寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作創(chuàng)新的精神與能力，通過大賽的舉辦，不僅提高了本科教學(xué)工作的積極性和教學(xué)質(zhì)量，更加有利了提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[4]。同時(shí)，在競(jìng)賽過程中，令學(xué)生對(duì)自身的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)有了明確的認(rèn)識(shí)，對(duì)于其專業(yè)能力和發(fā)展?jié)撡|(zhì)也是一次很好的發(fā)掘。

3.5 改變課程考核方式，創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)體系

課程的最終成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和綜合設(shè)計(jì)成績(jī)共同決定。

平時(shí)成績(jī)考核包括日常出勤，課堂表現(xiàn)以及作業(yè)表現(xiàn)情況。新增加的綜合設(shè)計(jì)成績(jī)是結(jié)合學(xué)生實(shí)際應(yīng)用情況，論文撰寫情況，答辯表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)定。

在具體操作過程中，增加學(xué)生對(duì)于實(shí)際應(yīng)用背景問題的考察力度，使其不能靠單純地靠死記硬背課本上理論知識(shí)來滿足考試要求，而是必須主動(dòng)了解實(shí)際應(yīng)用背景，具備從實(shí)際應(yīng)用背景中提煉出問題并解答問題的能力，從根本上改變學(xué)生單純靠硬背課本知識(shí)應(yīng)付考試的問題，從而提高工程實(shí)踐能力。

[1]謝海情,唐立軍,文勇軍．集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式探索[J]．中國電力教育,2013(28)．

[2]衛(wèi)銘斐,王民,楊放,等．集成電路設(shè)計(jì)類EDA技術(shù)教學(xué)改革的探討[J]．電腦知識(shí)與技術(shù),2012(19)．

[3]湖北省教育廳．關(guān)于實(shí)施湖北省普通高等學(xué)校戰(zhàn)略性新興(支柱)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃的通知[EB/OL]．湖北省教育廳,http://www．hbe．gov．cn/content．php?id=7627,2010-08-27．

[4]汪金輝,候立剛,耿淑琴,等．集成電路設(shè)計(jì)大賽與創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J]．電子世界,2012(11)．