《ASIC課程設計》教學模式改革與研究

陳光輝

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《ASIC課程設計》教學模式改革與研究

陳光輝

（湖南科技學院 電子與信息工程學院，湖南 永州 425199）

ASIC設計是一門實踐性很強的課程，在理論基礎上需要安排ASIC課程設計。由于ASIC設計流程工序多且復雜，不能再按照以往的課程設計安排。本文就ASIC課程設計題目的選定，以及課程設計完成的節點，課程設計完成的提交都與傳統的教學模式有所改變，講授了三屆學生取得很好的效果，受到學生的好評。

ASIC課程設計；教學改革；

1　引　言

21世紀已經邁入芯時代，目前每個行業都離不開芯片。比如現在的工業、服務業、通訊行業、國防等等。沒有芯片那么工業機器將無法控制運轉，沒有通訊芯片，手機、網絡無法工作，大家仿佛又回到了19世紀。沒有軍用芯片，我們的飛機不能升空，戰艦不能下海，現代化信息戰更是無從談起。然而中國至今沒有幾款是自主知識產權的芯片，隨著打造中國芯在業界越來越高的呼吁[1,2]，并且國家十三五規劃也把發展集成電路產業提高到國家層面上來，中國集成電路行業將迎來它的春天。集成電路產業要發展，就需要大量的集成電路方面的人才。高校承接著如何培養人才的重任，但是如何培養可用人才能與企業接軌是現在高校普遍面臨著的困局。現階段我國急需集成電路設計和集成電路制造專業人才。據集成電路行業協會不完全統計，以人均20萬美元銷售計算，到2020年，設計業從業人員總數將達到26萬人，其中設計工程師按35%計算，需要培養9萬人。目前設計工程師總數約3萬人，缺口大約6萬人。集成電路制造業到2020年，工藝研發工程師的需求總量約為7000人，目前僅有不到1000人，缺口大約6000人。可以看出我國集成電路不論是設計專業人員，還是工藝研發專業人員缺口都很大。

2　教學模式改革與研究

2.1 ASIC設計課程現狀

在20世紀末，我國許多高校開設了微電子專業，有些學校甚至辦了微電子學院，但是教材陳舊匱乏。比如現在集成電路工藝已經發展到了最新的16nm，目前大部分高校所用電子工業出版社出版的《數字集成電路—電路、系統與設計》全是用0.25微米的工藝。設計方法學也涉及太少，20世紀末集成電路還主要是從down—top的設計方法，目前主要是top—down的設計方法，而且基本上是模塊化的應用。模塊化的應用就催生了驗證的需求，都有現成的IP模塊，系統架構工程師把各個IP搭建起來，設計工程師設計適當的粘合電路，驗證工程師就需要全面的驗證整個芯片系統。驗證工程師的作用越來越重要，現在公司主流的驗證方法是基于UMM或者VMM驗證平臺，但是高校很少涉及到驗證的知識，更談不上驗證方法學了。再者集成電路行業專業人才薪資待遇較普遍行業都高，高校微電子學專業的本科、研究生就業形勢樂觀，導致攻讀博士學位的人數較少，有公司工程項目經驗的人才回到學校的人才更少。就出現了當前高校普遍的現象，學生學不到公司所需要的專業知識，公司招到合適的人才。

2.2 ASIC課程設計教學模式改革的必要性

ASIC課程設計是學習集成電路理論知識后開設的一個實踐性課程。開設的目的就是希望學習在掌握理論知識后能通過實驗實踐來提升集成電路設計技能[3,4]。由于ASIC設計是一門工程性課程，純理論講解，學生普遍反應枯燥，并且達不到理論升華的效果。并且ASIC設計流程復雜，工序繁瑣[5,6]。目前ASIC課程設計的教學模式仍然是，第一，小實驗模式（2-4課時不等的開展幾個小實驗），不能完全按照設計流程完成一個設計實驗；第二，實驗內容單一，所有學生都做同一個實驗內容，這樣不能很好的防止學生抄襲，達到獨立完成的效果；第三，實驗報告形勢不靈活，學生做完實驗后統一提交一份實驗報告后，錯誤與否學生再也不用關心，沒有形成問題反饋以及反饋后的解決。按照以往小實驗模式上了一年課，期末所做問卷調查發現，90%以上學生反應說還是沒有明白集成電路設計的流程，也不熟練設計的EDA工具。在以往小實驗的教學模式學生反應較差的情況下，ASIC課程設計的教學改革就提上日程。

2.3 ASIC課程設計教學模式改革的可行性

既然，按以往小實驗的模式開設ASIC課程設計反應較差，那么如何開展新的教學模式，能不能開展下去呢？探索ASIC課程設計教學模式改革的可行性就必須要先考慮。

2.3.1提前溝通。本校ASIC課程設計總課時有32個課時，理論8個學時，實驗24課時。在上第一節理論課的時候，就提出由于上一年級同學反應以往的教學模式對掌握本門課程內容較差，此門課程老師打算課程改革。把教學改革的內容，方式方法一一給學生解釋清楚，并征求學生的意見和建議。這樣不僅讓學生能主動的參與教學改革計劃的制定，也讓學生認為老師是充分尊重他們的，而且還提前讓學生了解了課程的步驟和基本內容，從課堂氛圍看出學生興致很高，討論很積極。課程改革就到了具體實施階段。

2.3.2分組。此次教學改革中也牽扯到分組，以往的分組是把若干個實驗分次，一個班的學生每次做其中一個實驗。或者把一個大的實驗分成若干個小實驗，學生每次完成一個小實驗。現在，班上42個學生每組3人，形成一個團隊，共14組。具體分組本著自愿原則，但是不能完全放開，適當的干預。不能讓成績都差的學生在一組，也不能讓成績都好的同學在一組，要分開。成績好的團隊中帶一個成績差點的，并在后續實驗中重點觀察成績差的同學，督促他完成實驗。

2.3.3選題。選題在整個教學改革中非常重要，所有的實驗題目不能太難，也不能太簡單，而且哪些團隊選擇什么題目都是要考慮的。首先選擇ASIC課程設計題目，教學改革后總共選定17個ASIC課程設計題目，其中難度各異，有3個難度大的，10個難度適中的，4個難度相對小些的。教師確定好總題目后，由教師分配課程設計題目，也留有幾個題目供學生自行選擇。幾個較難的題目要指定分配到成績較好的組去。這樣既能保證課程設計的進度，也能關照到質量。

2.3.4開放式答疑。答疑是整個課程設計中的關鍵，答疑模式要改變過去那種教師對學生一對一的模式，采用開放式答疑[7,8]。在整個答疑過程中老師只是指引，學生才是答疑環節中的主體。分為課程設計中的不定時答疑，和課程設計提交前的總答疑。學生可以向老師提問，也可以上網自行查找，也可以請教同學，上網查資料和問同學不再是舞弊行為。以往答疑模式總是學生一遇到問題，立即舉手示意，老師給學生解答，普遍是一對一的模式。開放式答疑就是學生遇到的某些有代表性的問題，我會組織全班一起討論，并給定一個時間先自行解決，后再補充說明，這樣增加學生自己動手解決問題的能力。再則，可以指定做得快，做得好的同學給進度較慢的同學解答，充分調動學生的積極性，并讓進度慢的同學有危機感。

2.3.5成績評定。成績的評定要考慮多方面因素，不再是以往教學模式最后唯實驗報告定論。應該綜合考慮學生在整個課程設計中的表現來給分。本次教學改革成績評定主要包括，實驗出勤20%，實驗中答疑表現20%，實驗答辯40%，實驗報告提交20%。其中答辯部分為公開答辯，以小組學生為單位進行實驗原理、實驗操作、實驗結論等進行陳述。并由老師和全體學生現場公開提問。這種公開答辯形式有利于師生之間思想的交流，展示能力水平，增強師生之間的互動，提高學生的積極性。

3　總　結

運用改革后的教學模式，已經應用在11級、12級、13級的《ASIC課程設計》課程中，通過課程設計結束后每個同學關于ASIC課程設計教學改革意見反饋表統計得到。教學模式改革課前溝通認可度93%，課程設計難度能接受度95%，課程答疑方式方法接受度97%，成績評定接受度90%。從反饋統計可以看出，課程設計教學改革得到了絕大多數學生的認可，此教學改革可以延續下去。

[1]雷瑾亮,張劍,馬曉輝.集成電路產業形態的演變和發展機遇[J].中國科技論壇,2013,(7):34-39.

[2]2015年中國半導體產業十大趨勢[J].電子技術與軟件工程,2015,(4):3-5.

[3]鄧開野,劉長海.食品工程原理課程設計教學模式改革與實踐[J].輕工科技,2010,(5):129-130.

[4]牛小燕,李蕓,馬學條."數字系統課程設計”的教學模式改革與實踐[J].高校實驗室工作研究,2015,(2):19-20.

[5]湯智林,韓龍君.課程設計教學環節的有效控制[J].廊坊師范學院學報,2008,(3):28-30.

[6]魏連江,王德明,陳開巖.《礦井通風與安全》課程設計教學模式研究與改革[J].中國安全生產學技術,2011,(7):163- 167.

[7]徐少瑩,任愛鋒.數字電路與FPGA設計實驗教程[M].西安電子科技大學出版社,2012.

[8]李曉會.SQL Server數據庫設計與實現課程教學模式改革探索與實踐[J].哈爾濱職業技術學院學報,2011(1):54-56.

（責任編校：宮彥軍）

2016－09－01

湖南科技學院教學改革研究項目（項目編號XKYJ2015038）；湖南科技學院科研項目（項目編號 13XKY103）；湖南科技學院重點學科建設項目 (電路與系統)。

陳光輝（1983－），男，四川資陽人，講師，碩士研究生，研究方向為集成電路設計與驗證、系統設計與數字信號處理。

G642.0

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1673-2219（2016）10-0047-02