探究研究生教學(xué)中實(shí)踐能力提升方法

張麗+沈劍良+宋克+呂平

摘 要 研究生教育肩負(fù)著培養(yǎng)科研人才的重任，但是目前的研究生教學(xué)中存在部分研究生實(shí)踐能力低，無(wú)法滿足國(guó)家對(duì)于科研人才需求的標(biāo)準(zhǔn)。因此，采取有效措施提高研究生實(shí)踐能力是亟待解決的問(wèn)題。以現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)課程為例，從四個(gè)方面論述提高研究生實(shí)踐能力的方法，該方法實(shí)施多年，取得顯著成效。

關(guān)鍵詞 實(shí)踐能力；研究生教學(xué)；現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)課程；仿真工具

中圖分類號(hào)：G643.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）23-0146-02

1 研究生教學(xué)中存在的問(wèn)題

研究生教育肩負(fù)著培養(yǎng)科研人才的重任，是高層次人才的搖籃，國(guó)家需要大批具備扎實(shí)科學(xué)研究能力和實(shí)踐能力的研究生從事科技工作研究。如何提高研究生科研實(shí)踐能力，如何提高研究生教育質(zhì)量，成為廣大教育工作者亟待解決的難題。

研究生教學(xué)中存在一種普遍現(xiàn)象，即研究生在修完課程后，進(jìn)入實(shí)習(xí)階段或者進(jìn)入公司、企業(yè)后，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)所學(xué)非所用，大量的科研知識(shí)和實(shí)踐技能需要重新學(xué)習(xí)，這也從側(cè)面反映出高校的課程設(shè)置明顯滯后于科技發(fā)展[1]。另外，有些高校雖然開設(shè)了實(shí)踐課程，但是時(shí)間短，實(shí)踐時(shí)間得不到有效保障，實(shí)踐能力得不到有效培養(yǎng)，甚至有些學(xué)校為了避免麻煩，減少了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[2]。這樣就造成研究生教學(xué)內(nèi)容與就業(yè)實(shí)際的矛盾，也造成教育資源的浪費(fèi)。因此，非常有必要在研究生教學(xué)中加入并加大實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容，避免研究生只有理論知識(shí)而無(wú)實(shí)踐能力，且為研究生后續(xù)進(jìn)入工作單位打下基礎(chǔ)。

以現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)課程為例，前期該門課程教學(xué)中存在諸多問(wèn)題[3]：

1）教材理論性強(qiáng)，對(duì)設(shè)計(jì)流程知識(shí)簡(jiǎn)單羅列，不夠直觀形象，且很少或者根本沒(méi)有配套的實(shí)驗(yàn)，缺乏與實(shí)踐教學(xué)的聯(lián)系，造成理論課程和實(shí)踐能力脫節(jié)，不能直接與SoC系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)；

2）課程涉及知識(shí)面很廣，從底層的半導(dǎo)體物理器件，到芯片設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，以及封裝測(cè)試，橫向與縱向的知識(shí)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，如果學(xué)員沒(méi)有很好地掌握這些知識(shí)，勢(shì)必影響其對(duì)于現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)課程的整體學(xué)習(xí)與掌握，同時(shí)增加了教員講授的難度，制約了課程教學(xué)的立體化展開；

3）實(shí)踐環(huán)節(jié)過(guò)分單一，不能與理論教學(xué)有效結(jié)合，造成理論教學(xué)與實(shí)踐的嚴(yán)重脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)員感慨地說(shuō)上課的時(shí)候內(nèi)容很多，實(shí)踐上機(jī)環(huán)節(jié)卻跟理論教學(xué)關(guān)聯(lián)度很小，像是上兩門課程。

諸如此類問(wèn)題一一暴露出實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)迫切需要提升教學(xué)品質(zhì)，增加學(xué)員的認(rèn)同度與可執(zhí)行性，需要積極采取措施提高現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)實(shí)踐課的比重與品質(zhì)，于是進(jìn)行一系列改革，連續(xù)多年，該門課程在教學(xué)中取得非常不錯(cuò)的效果，在學(xué)員中反響熱烈，教學(xué)成效顯著。

2 積極采取措施，提高研究生動(dòng)手實(shí)踐能力

以現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)課程為例，進(jìn)行改進(jìn)和完善：首先以興趣為導(dǎo)向，增加學(xué)員感興趣的前沿知識(shí)點(diǎn)；并為此設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程，為提高學(xué)員學(xué)習(xí)的自主性，減少課堂上“滿堂灌”式的課程講授，加大上機(jī)實(shí)踐課程的比例（目前課程授課與上機(jī)實(shí)踐的比重達(dá)到2：3，實(shí)踐課程比重明顯提高）；為避免學(xué)員就業(yè)后出現(xiàn)所學(xué)非所用的尷尬，引入公司的培訓(xùn)內(nèi)容，讓學(xué)員變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，同時(shí)提高其實(shí)踐能力；最后引導(dǎo)學(xué)員充分利用課余時(shí)間做自己感興趣的課題和實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)延伸教學(xué)。

以興趣為導(dǎo)向，增加前沿知識(shí)結(jié)構(gòu) 要想提高學(xué)員的動(dòng)手實(shí)踐能力，首先需要引起其興趣，興趣是最好的老師。以現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)課程為例，為提高學(xué)員對(duì)該門課程的興趣和關(guān)注度，課程組根據(jù)最新的前沿技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行更新和優(yōu)化。如實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容就根據(jù)最新的工具使用情況，添加了Cadence公司的Incisive Enterprise Simulator仿真工具的使用實(shí)驗(yàn)。該仿真工具在很多IC設(shè)計(jì)公司都會(huì)使用到，這樣就比較容易引起學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，使他們明白該實(shí)驗(yàn)課不會(huì)出現(xiàn)所學(xué)非所用的狀況，學(xué)習(xí)的內(nèi)容和工具，畢業(yè)進(jìn)入公司后一樣可以使用其來(lái)完成工作任務(wù)，另外還可以在公司無(wú)縫對(duì)接、順利上手。

另外，根據(jù)最新的驗(yàn)證方法學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)，添加基于UVM驗(yàn)證平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，UVM驗(yàn)證方法學(xué)也是目前比較前沿的驗(yàn)證方法學(xué)，在大型IC設(shè)計(jì)公司都很風(fēng)靡，尤其是對(duì)于比較大型的項(xiàng)目，很多都采取UVM驗(yàn)證平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證工作的開展。基于此，學(xué)員就有興趣學(xué)習(xí)該項(xiàng)內(nèi)容。

另外，在每次授課之前會(huì)對(duì)該次課程涉及的書籍和相關(guān)參考文獻(xiàn)進(jìn)行推薦，方便學(xué)員在課余時(shí)間了解相關(guān)行業(yè)內(nèi)容。俗話說(shuō)：授人以魚不如授人以漁。使研究生學(xué)會(huì)查閱相關(guān)行業(yè)的文檔書籍是他們最應(yīng)該學(xué)習(xí)的技能。

加大上機(jī)實(shí)踐課程比例，提高學(xué)員自主性 為培養(yǎng)符合社會(huì)需要的研究生，努力提高研究生的科研能力和實(shí)踐能力，必須采取一系列切實(shí)有效的方法。以現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)研究生課程為例，該門課程的教學(xué)形式就采取課堂授課與上機(jī)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的模式，并且側(cè)重上機(jī)實(shí)驗(yàn)，理論講授與上機(jī)實(shí)驗(yàn)比重為2：3，上機(jī)實(shí)驗(yàn)比重明顯增大，目的就在于使學(xué)員具體了解并掌握SoC設(shè)計(jì)流程及主要的EDA工具的使用，并且通過(guò)上機(jī)實(shí)踐，切切實(shí)實(shí)做一些SoC設(shè)計(jì)，編寫若干RTL代碼，仿真并驗(yàn)證所寫的RTL代碼，并通過(guò)邏輯綜合將其變成網(wǎng)表文件，最終完成布局布線實(shí)現(xiàn)tape out。以此一方面使學(xué)員對(duì)于理論講授課堂上的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有更為直觀形象的理解，另一方面培養(yǎng)其動(dòng)手實(shí)踐能力。

現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)課程最大的特點(diǎn)就是沒(méi)有固定的教材，講授的內(nèi)容根據(jù)當(dāng)前集成電路行業(yè)最前沿的知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)擴(kuò)展開來(lái)，打破傳統(tǒng)教學(xué)中“以教師為中心，以教材為中心”的“接受式學(xué)習(xí)”，避免壓制學(xué)員學(xué)習(xí)的自主性，有效地提高學(xué)員自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。上機(jī)實(shí)踐課程主要由學(xué)員根據(jù)一定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)練習(xí)，遇到問(wèn)題首先是自行解決，解決不了的可以通過(guò)學(xué)生之間相互討論、交流，或者上網(wǎng)查詢來(lái)解決，最后才是由教師進(jìn)行指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案。學(xué)員可以在課上課下進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)員主動(dòng)式學(xué)習(xí)為主、教員配合指導(dǎo)為輔的教學(xué)模式。這一模式在現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)課程中實(shí)施的效果非常明顯，學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情普遍高昂，他們常常在一起討論實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并進(jìn)行有效的問(wèn)題解決，這是非常樂(lè)于看到的場(chǎng)景，也從側(cè)面印證了學(xué)員主動(dòng)學(xué)習(xí)的強(qiáng)大效果。endprint

引入公司培訓(xùn)內(nèi)容，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí) 一般的集成電路公司都會(huì)對(duì)剛?cè)肼殕T工進(jìn)行入職培訓(xùn)，使得他們能夠快速融入團(tuán)隊(duì)的研發(fā)環(huán)境，熟悉各種EDA工具的使用，以及熟悉公司的研發(fā)流程等。有鑒于此，嘗試將集成電路公司的培訓(xùn)內(nèi)容引入研究生教學(xué)中，以此來(lái)提高他們的動(dòng)手實(shí)踐能力。

以現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)課程為例，就將一般IC設(shè)計(jì)公司的基礎(chǔ)培訓(xùn)引入實(shí)驗(yàn)課程中。如Synopsys公司的仿真工具VCS就作為學(xué)員進(jìn)行RTL代碼驗(yàn)證的仿真工具，學(xué)員需要熟悉并掌握該仿真工具的使用方法，并能用其進(jìn)行代碼的仿真驗(yàn)證。又如綜合工具Design Compiler的學(xué)員實(shí)驗(yàn)指南作為實(shí)驗(yàn)課章節(jié)，要求學(xué)員能夠使用該綜合工具完成從RTL代碼到門級(jí)網(wǎng)表的轉(zhuǎn)換，并能獨(dú)立進(jìn)行相應(yīng)的約束文件的編寫、庫(kù)的準(zhǔn)備工作等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這些內(nèi)容也是理論授課中提到的知識(shí)點(diǎn)，便于他們進(jìn)行相關(guān)對(duì)照。如邏輯綜合位于IC設(shè)計(jì)流程中的哪個(gè)位置，需要哪些輸入數(shù)據(jù)，會(huì)輸出哪些數(shù)據(jù)，這些內(nèi)容在實(shí)驗(yàn)課上就非常直觀了。最后告知學(xué)員在IC設(shè)計(jì)公司也是采用此套實(shí)驗(yàn)作為入職培訓(xùn)內(nèi)容，讓學(xué)員更大限度對(duì)實(shí)驗(yàn)有一個(gè)清晰的認(rèn)知，認(rèn)識(shí)到此實(shí)驗(yàn)課不是那種所學(xué)非所用的課程，而是實(shí)實(shí)在在研發(fā)一線的培訓(xùn)，更大地激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

另外，與單位研發(fā)項(xiàng)目結(jié)合起來(lái)，通過(guò)上機(jī)實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)員的動(dòng)手實(shí)踐能力，使他們可以更快更好地融入單位的項(xiàng)目研發(fā)中，既提高了學(xué)員自身的動(dòng)手實(shí)踐能力，也對(duì)項(xiàng)目研發(fā)提供了一定的人力幫助，達(dá)到教學(xué)和科研相互促進(jìn)和發(fā)展。

引導(dǎo)學(xué)員充分利用課堂外的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)延伸教學(xué) 現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)課程是集成電路設(shè)計(jì)及相關(guān)專業(yè)學(xué)員的一門核心基礎(chǔ)課程，涉及數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、數(shù)字邏輯和硬件描述語(yǔ)言，可重構(gòu)設(shè)計(jì)方法學(xué)等，所以課程涉及的知識(shí)面較寬，信息量較大，僅僅依靠課堂上的時(shí)間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要學(xué)員結(jié)合自身能力，充分利用課堂外的時(shí)間進(jìn)行延伸教學(xué)。

延伸教學(xué)必須與第一條中的“以興趣為導(dǎo)向，增加前沿知識(shí)結(jié)構(gòu)”結(jié)合起來(lái)，要設(shè)置一些學(xué)員感興趣的實(shí)驗(yàn)題目，使學(xué)員主動(dòng)學(xué)習(xí)，并且延伸到課堂外去攻克一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)難題。以現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)課程為例，結(jié)合該門課程的實(shí)踐特點(diǎn)，就增加了一個(gè)個(gè)小實(shí)驗(yàn)，如讓學(xué)員去自主設(shè)計(jì)一個(gè)同步FIFO，完成相關(guān)的驗(yàn)證與邏輯綜合工作，最后開發(fā)出一個(gè)相應(yīng)的IP核，除去設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)外，還要增加相應(yīng)的文檔。通過(guò)此實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)員去真正理解SoC設(shè)計(jì)的精髓，調(diào)用其學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性。

3 結(jié)論

研究生教育肩負(fù)著培養(yǎng)科研人才的重任，如何提高研究生的科研實(shí)踐能力和教育質(zhì)量，始終是需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。本文重點(diǎn)探討有效提高研究生實(shí)踐能力的積極措施，包括：以興趣為導(dǎo)向，增加研究生感興趣的前沿知識(shí)點(diǎn)；加大上機(jī)實(shí)踐課程的比例，提高學(xué)員的自主性；通過(guò)將公司培訓(xùn)內(nèi)容引入課堂，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)；引導(dǎo)學(xué)員充分利用課余時(shí)間，實(shí)現(xiàn)延伸教學(xué)。該方法在信息工程大學(xué)實(shí)施多年，成效顯著，畢業(yè)的學(xué)員入職工作單位后較其他單位入職人員能較快上手，及早融入工作環(huán)境，并取得比較理想的成績(jī)。

總之，后續(xù)還需要持續(xù)不斷地去跟蹤了解學(xué)員，增加一些切實(shí)有效的措施，幫助學(xué)員多練習(xí)多動(dòng)手，切實(shí)提高研究生的科研實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)

[1]楊浩.基于學(xué)研融合的研究生課程建設(shè)[J].科教導(dǎo)刊，2014（9）：51-52.

[2]邵光華.全日制教育碩士專業(yè)學(xué)位研究生實(shí)踐教學(xué)模式研究[J].教師教育研究，2012（2）：87-91，47.

[3]沈劍良，宋克，張帆，等.面向?qū)嵺`的現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法探索[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2015（8）：143-144.endprint