從大學生集成電路設計大賽談本科教學改革

集美大學信息工程學院 吳一亮 袁占生 楊光松

從大學生集成電路設計大賽談本科教學改革

集美大學信息工程學院 吳一亮 袁占生 楊光松

從我校組織學生參加大學生集成電路設計大賽的情況出發，分析了大賽對學生創新能力的培養作用及意義。探討了我校本科教學方面存在的不足，以及我們準備采取的設置實踐配合的引導性新課程、合理安排課程路徑和參加科技競賽等改進措施。

集成電路設計大賽；教學改革；本科教育

0. 引言

集美大學電子科學與技術（電科）專業是集美大學信息工程學院在“十一五”期間，根據學科專業發展的需要以及海峽西岸經濟區發展對集成電路人才的大量需求，綜合學院電子、通信兩專業幾十年的本科教學經驗和實力， 2007年學院決定啟動電科專業申報工作，并于2008年正式提交申請書，2009年獲教育部批準招生，2010年9月開始招收四年制本科學生，計劃招生人數兩個班60人。電子科學與技術教研室成立于2010年，隸屬于集美大學信息工程學院。在學校的大力支持下，專業招生伊始，共計投入200多萬元人民幣的經費建設電子科學與技術專業實驗室，在已有省電工電子中心示范中心的實驗基礎上，增建了3間該專業的專用機房，添置的設備覆蓋了專業方面的所有實驗和教師研發平臺：有集成電路設計與系統的大部分專業實驗，有專業EDA開發與應用平臺。

我們組織學生參加了2014年的集成電路設計大賽取得了三等獎，2015年沒有參加，今年參加大賽取得了二等獎。大賽為提升大學生的集成電路設計及應用能力提供了重要平臺，適應高校培養創新型人才的目標。從命題看大賽由企業結合產業界實際需求提出大賽題目，考核內容的難度逐年增加，對參賽隊伍的專業素質要求也越來越高。為學生將所學的專業知識應用于解決實際問題提供了實踐平臺。因集美大學電科專業建立不久，還沒有碩士點，針對大賽對參賽學生能力的要求，我們對本科教學做了相應的教學研究與改革。

1. 目前我校本科教學存在的問題

自集美大學電科專業建立以來，集成電路教學投入成本大，學生實踐教學成效不足一直困擾著我們。學生也對本專業就業等問題感到困惑，甚至不少學生畢業后放棄本專業就業。而我國的集成電路產業正面臨著人才數量和質量遠遠不能滿足發展需求的矛盾[1]。結合我們今年的教學經驗，目前本科教學主要存在以下問題。

1.1 課程設置順序不合理

課程設置順序不合理，在大一大二安排了大量的理論基礎課程卻缺乏專業技能相關知識的教育。比如學生在大一第一學期學習了C語言之后，一直要到大三第二學期才會涉及到用C語言編程的課程如單片機應用、嵌入式系統等課程。使得理論和實踐脫節嚴重，除了少數參加科技競賽的學生外，其他學生到大三基本將C語言的內容忘得一干二凈了。許多學生即使在大一時對C語言教材的內容掌握的比較透徹，考試也能得到一個比較理想的分數。但結合具體項目來真正編程卻一籌莫展。

1.2 教學實踐缺乏系統性

對于集成電路設計來說要學習的東西實在是太多了，且數字設計和模擬設計就是兩條完全不同的學習路徑。數字系統設計對于初學者來說，要學的知識點很多。學生必須從大一開始學習好C語言，之后需要學習邏輯電路設計、硬件描述語言和操作系統相關知識才能順利的進行SOC的開發。但目前普通高校開設的相關實驗課程大多數都有相應的課堂教學，其主要內容都是涉及教師在課堂上所要求的重點內容，無法從系統的整體設計上進行考慮。 學生一開始根本不明白為什么要學習這些。

1.3 學生沒有學習熱情

學校一般在大三才開始專業課教學，學生在前兩年的基礎理論學習中，熱情基本消耗殆盡。對于工科學生來說很多理論課程學生根本不知道學的能干什么。而大三開始的專業課程配套項目深度不夠，學生學了之后沒法用到實際項目中去，而學校由于實驗設備的時間場地等條件限制，也無法開出很多有深度的項目[2]。導致最終很多學生整日昏昏噩噩，到大四找工作才開始慌張。

2. 改革的措施

集成電路設計涵蓋知識面廣、較為抽象。學習過程中學生很容易迷失，從而失去學習的熱情。我們探索提出了以下的措施。

2.1 設置實踐配合的引導性新課程

我院學生常反映入學前兩年較少涉及到本學科知識，普遍感到迷茫。如何讓大一新生較早接觸到專業基礎知識，且能夠激發學生對本學科的學習興趣。我們提出了《基于機器人實踐的信息科學導論》課程。早期的機器人硬件價格高，涉及到硬件軟件，編程復雜，不宜作為入門課程內容。近年來機器人硬件價格大幅下降，面向服務的軟件技術和可視化編程技術的發展使機器人的編程應用在大學一年級，甚至高中教學成為可能。本課程和美國亞利桑那大學合作利用其開發的可視化機器人編程環境VIPLE（Visual IOT/Robtics Programming Language Environment），來編程控制智能小車。學生通過繪制應用程序的流程圖實現編程，開發環境中的編譯軟件將其轉換為可以執行的程序，就算是沒有程序設計經驗的人員也可以在幾分鐘內完成自己的機器人應用程序。經過一個學期的學習和動手，大一學生可以自己完成智能小車的安裝并編寫出較復雜的智能程序，指導機器人探索未知迷宮并走出迷宮。作為入門課程，本課程不單講授原理更重要的是指導學生理解原理后將其應用到實踐中，讓學生知道本學科的知識能用到哪里，從激發學生對后續專業課程的學習熱情。

2.2 合理安排課程路徑

為了彌補前兩年實踐專業課不足的情況，我們探索將數字電路、單片機應用和嵌入式系統設計等課程順序提前到大一大二完成。學生在學習了編程應用后，到大三就可以開始深入了解信息技術背后的集成電路設計了。這時可以引導學生按自己愛好向模擬、數字或器件方向發展。

2.3 參加科技競賽，激發學生熱情

通過參加基礎電路設計大賽這個平臺可以最大程度的將所學應用到實踐中。企業根據產品需求和產業發展提出競賽題目的技術指標，緊貼工程實際，為學生工程和創新能力培養提供了保障。

3. 結束語

十三五期間，集美大學電子科學與技術專業將承擔4個本科班的人才培養任務。招生人數的增加和專業人才的需求對實踐教學提出了更高的要求。通過大學生集成電路設計大賽這個平臺鍛煉了學生的實踐能力，培養了團隊精神，為今后從事集成電路設計工作打下堅實的基礎。同時也對教學改革產生重大影響。希望大賽越辦越好。

[1]卜丹.集成電路設計本科教學改革探索[J].黑龍江教育,2015(10):31-32.

[2]吳一亮.如何開展ARM與FPGA綜合設計的教學探索[J].電子世界,2015(12上):61-63.

吳一亮（1979-），男，福建廈門人，集美大學信息工程學院講師，博士。