集成電路課程實驗教學(xué)改革探索

山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 周 莉

集成電路課程實驗教學(xué)改革探索

山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 周 莉

集成電路課程實驗對于培養(yǎng)微電子專業(yè)學(xué)生成為具有堅實理論基礎(chǔ)和熟練動手能力的復(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)的集成電路課程實驗課程，具有很強的理論價值和實用價值。

集成電路；課程實驗；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)濟和社會發(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)，是國家綜合實力的一個重要標(biāo)志。鑒于我國集成電路行業(yè)起步較晚，且集成電路市場持續(xù)快速增長，對集成電路領(lǐng)域的設(shè)計人員需求也日益增加。集成電路是知識密集型的高技術(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，2012 年我國對集成電路設(shè)計人才的需求是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年教育部實施了“國家集成電路人才培養(yǎng)基地”計劃，同時增設(shè)了“集成電路設(shè)計與集成系統(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、集成電路設(shè)計技術(shù)和電子系統(tǒng)集成所必須的電路、計算機、信號處理、通信等知識。通過課程設(shè)計、實驗、生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計環(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)知識逐漸轉(zhuǎn)化為實際的集成電路設(shè)計和電子系統(tǒng)集成等技能。集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)通過理論與實踐相結(jié)合的培養(yǎng)模式，以培養(yǎng)既具有堅實的理論基礎(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)知識的拓展，注重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。本文將結(jié)合多年集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)的本科教學(xué)實踐經(jīng)驗，以及對相關(guān)院校集成電路設(shè)計專業(yè)本科教學(xué)的多方面調(diào)研，針對集成電路課程實驗教學(xué)進行分析和探索，以期提高本科教學(xué)水平，切實做好本科專業(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，完成一些相對簡單且內(nèi)容單一的基本訓(xùn)練。在學(xué)生綜合能力及動手能力培養(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)語言來實現(xiàn)編程。學(xué)生上述幾方面的基礎(chǔ)比較薄弱，在短時間內(nèi)很難有效的掌握授課內(nèi)容。

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

三是授課內(nèi)容實踐背景少，側(cè)重于講清集成電路原理。學(xué)生不能將學(xué)到的一些理論知識融入到實際應(yīng)用背景中，學(xué)完理論知識，不知道應(yīng)用在什么場合、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)生能力評價體系，全面貫徹到對學(xué)生素質(zhì)教育和實際應(yīng)用能力培養(yǎng)上去，以利于培養(yǎng)動手能力強、具有創(chuàng)新意識和能力的應(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提問的方式檢查學(xué)生的理解情況，有問題及時加以解決。考核方法：通過教師演示案例，講解并提出設(shè)計性題目供學(xué)生選擇，邀請有豐富科研和教學(xué)經(jīng)驗的教師協(xié)助進行輔導(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)主要是強調(diào)實踐性和應(yīng)用性能力，秉承的是職業(yè)性與應(yīng)用性相統(tǒng)一的價值標(biāo)準(zhǔn)。一方面，通過增加實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)強化學(xué)生知識應(yīng)用和職業(yè)技能培養(yǎng)；另一方面，堅持本科教育的學(xué)科專業(yè)學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，夯實學(xué)生的學(xué)科專業(yè)知識理論基礎(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)用課程的實際情況，改變此前課程重理論、輕實踐的現(xiàn)狀，形成新的既重理論知識掌握又重實踐能力培養(yǎng)的教學(xué)思路，將具有代表性的集成電路精講細講，同類集成電路做對比介紹，著力培養(yǎng)學(xué)生的實際應(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，針對現(xiàn)有集成電路應(yīng)用自編教材內(nèi)容相對陳舊的現(xiàn)狀，積極運用網(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)知識和最新的發(fā)展動向，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，將實際應(yīng)用背景引入授課內(nèi)容，結(jié)合集成電路適用場合、典型設(shè)計應(yīng)用實例進行分析講解，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。同時，引入教學(xué)業(yè)績反饋分析手段，通過對教學(xué)質(zhì)量的反饋跟蹤和與學(xué)生的平時座談，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EDA實踐教學(xué)，提高學(xué)生動手能力

引進目前使用的主流EDA工具軟件，讓學(xué)生在就業(yè)前就可以熟練掌握應(yīng)用，將工程實際和實驗教學(xué)緊密聯(lián)系，積累經(jīng)驗的同時增加學(xué)生就業(yè)及繼續(xù)深造的機會，為今后競爭打下良好的基礎(chǔ)。

根據(jù)企業(yè)崗位的需求可合理安排EDA實踐教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)增加實踐課程的學(xué)時。如通過運算放大器、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、分頻器、數(shù)顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設(shè)計和仿真分析，令學(xué)生掌握數(shù)字、模擬、數(shù)模混合集成電路的設(shè)計方法及流程，在了解企業(yè)對于數(shù)字、模擬、數(shù)模混合集成電路設(shè)計以及版圖設(shè)計等崗位要求的基礎(chǔ)上，有針對性地進行模塊課程的學(xué)習(xí)與實踐操作的鍛煉，使學(xué)生對于相關(guān)的EDA實踐內(nèi)容真正融會貫通。

3.4 搭建校企合作平臺，舉辦設(shè)計大賽

與Digilent，Altera等公司合作，由公司提供設(shè)計用的開發(fā)板，舉辦EDA設(shè)計大賽， 使得學(xué)生在學(xué)以致用的同時，積累寶貴的實踐經(jīng)驗，完善知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)了團隊合作創(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)生的實踐能力和創(chuàng)新能力[4]。同時，在競賽過程中，令學(xué)生對自身的優(yōu)勢和劣勢有了明確的認識，對于其專業(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)新能力評價體系

課程的最終成績由平時成績和綜合設(shè)計成績共同決定。

平時成績考核包括日常出勤，課堂表現(xiàn)以及作業(yè)表現(xiàn)情況。新增加的綜合設(shè)計成績是結(jié)合學(xué)生實際應(yīng)用情況，論文撰寫情況，答辯表現(xiàn)進行評定。

在具體操作過程中，增加學(xué)生對于實際應(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來滿足考試要求，而是必須主動了解實際應(yīng)用背景，具備從實際應(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應(yīng)付考試的問題，從而提高工程實踐能力。

[1]謝海情,唐立軍,文勇軍．集成電路設(shè)計專業(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)計類EDA技術(shù)教學(xué)改革的探討[J]．電腦知識與技術(shù),2012(19)．

[3]湖北省教育廳．關(guān)于實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)計大賽與創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J]．電子世界,2012(11)．