“集成電路原理”實踐教學改革與探索

譚周文， 成 運

(湖南人文科技學院 信息學院，湖南 婁底 417000)

0 引言

近年來，我國高等教育發展迅猛，高等教育實現了由精英教育到大眾教育的轉變，招生規模不斷擴大。由于高等學院同質化現象嚴重，人才培養跟不上社會對應用型人才的需求，大學生實踐能力缺失已嚴重影響到學生的就業能力。為此國家提出引導部分本科高等院校轉型發展，轉型的目的就是要以“校企合作為基礎，深度開展產教融合”，不斷提高學生面向行業企業所需要的應用能力[1]。為了提升學生的這種能力，各高校均努力進行人才培養模式以及課程教學方式的改革，持續加大對學科競賽的投入，實現理論到實踐的跨越，提高工程專業學生應用設計與開發能力[2～3]。

我院教師經過長期調研，與長沙多家公司研發人員進行了交流探討，在遵循“以學生為主體、以教師為主導”的教學原則上，將“集成電路原理”課程的教學內容與生產實際相結合，提高課程的實用性。該課程是我校電子信息工程專業的一門核心課程，也是對嵌入式系統系列課程的一個深化，該課程教學質量的好壞直接影響學生動手能力的提高[4]。因此，在實際教學過程中，有必要將該課程與校企合作過程緊密結合，將課程的理論和實驗教學融入到校企合作這個大平臺中，通過校企合作產教融合推動課程教學改革[5]。與此同時，引導學生參加各種各樣的電子競賽活動，一方面可以提高學生學習這門課程的興趣，另一方面可以提高本門課程的實踐教學質量，為學生走向社會工作崗位打下扎實的基礎，為社會培養合格的電路設計應用型人才。

1 學科競賽推進課程教學改革

全國大學生電子設計競賽是教育部倡導的學科競賽之一，通過競賽可以提高學生的創新意識，提高設計和動手能力，綜合素質也得到全面提升[6～7]。該競賽內容涉及基本電路設計、嵌入式編程語言、通信以及信號處理等復雜的專業知識，對學生能力要求具有較高的挑戰性。在近年的大學生電子設計競賽中，出現了越來越多的集成電路應用設計內容。尤其是在復測階段，要求學生采用不同的集成模塊設計應用電路，重點考察學生對運算放大電路的掌握程度。學生需要在一天的時間內通過運算放大器產生各種不同的波形，主要包括三角波、正弦波、方波或者單脈沖波形等，對波形的輸出參數也有特定的要求[8]。這些電路的設計涉及到集成電路的基礎知識，包括放大器的工作原理及計算、應用等，此外，考察范圍還涉及到基本組合邏輯電路、時序邏輯電路的應用。

在實踐教學中，我院教師利用學校創新實驗室教學資源平臺，將課程中的實驗內容作為電子競賽的培訓內容引入，引導競賽學生將不同的集成應用電路在實驗室調試。成功的實驗項目拍成視頻在實驗室網站進行傳閱，激發學生的學習興趣，不懂的學可生以直接進入創新實驗室動手實現自己設計的電路。為了強調動手能力的培養，將單片機技術和集成電路聯合起來，以項目為主線展開技能訓練，把相關的知識點和技能要點融入項目中，層層推進。我院教師將集成電路實驗內容從簡單到復雜設計為八個具有代表性的項目，同時將每個項目和電子競賽培訓項目掛鉤，如表1所示，保證每個項目均有強烈的實際應用背景。

表1 “集成電路原理”實驗內容

2 課程教學引入校企合作

為了更好提升學生的實踐動手能力，我院充分發揮校企合作優勢，將“集成電路原理”中實驗項目融入到校企合作項目中，作為校企合作項目的基礎性內容。通過與企業溝通交流，我們選擇與長沙多家研發公司進行交流探討，遵循“以學生為主體、以教師為主導”的教學原則，將“集成電路原理”課程的教學內容與生產實際結合，提高課程的實用性。同時，該課程是電子信息工程專業的一門核心課程，也是對嵌入式系統系列課程的一個深化，該課程教學質量的好壞直接影響學生動手能力的提高[9]。因此，在實際教學過程中，我們將該課程與校企合作過程緊密結合，將課程的理論和實驗教學融入到校企合作這個大平臺中，通過校企合作產教融合推動課程教學改革。在具體實施過程中，我們將湖南極點智能科技有限公司的硬件研發項目分解成多個電路模塊供學生學習，以“解剖麻雀”的方式，對企業中集成電路的實際應用進行深度剖析，提高學生的工程設計與開發能力。具體的項目分解如表2所示。

表2 企業研發項目硬件電路模塊分解

此外，我們還與企業聯合開展“雙師雙能型”教學團隊建設。在應用轉型的背景下，教師不僅僅是授予學生理論知識，更重要的是任課教師要深耕在實踐操作的第一線。從長遠角度出發，任課教師不定期到企業進行掛職鍛煉，或者不定期聘請企業專家對任課教師進行短期培訓和項目指導，教師可以將企業碰到的難題帶回學校進行研究，帶領學生完成實際產品的開發和設計，切實解決企業中出現的問題，通過實踐具備一定的工程實踐經驗，達到“雙師雙能型”教師的培養要求。企業也一直渴求動手能力強的學生，對于在電路設計應用方面非常感興趣的學生，企業也非常樂意學生進企業學習，在適當的時候留到企業實習，最后成為企業的研發人員。

3 利用信息技術促進課程教學

隨著計算機、智能手機、多媒體、互聯網等信息技術的發展，將現代化信息技術中的虛擬仿真和微課應用于學生實踐操作能夠讓學生直觀地學習[10]。利用學校現有的網絡資源，將課程教學內容上傳到網絡，讓學生和教師的交流不限于課堂。上傳到網絡的資源可以包括課程教學大綱、考試大綱、實驗大綱、課程電子教案、課后習題答案、實驗指導書。其中最為關鍵的是上傳各個實驗項目的電路原理圖，PCB圖，電路設計方案以及仿真調試的軟件資料。課程交流平臺如圖1所示：

圖1 課程網絡資源平臺結構圖

其中，電路原理圖，PCB圖以及電路設計方案由校企合作方式獲得，或者由創新實驗室往屆學生提供。實物演示視頻主要是歷年收集的實物演示材料，可以是電子競賽的獲獎作品，也可以是畢業設計的優秀作品。其它教學內容主要由任課教師和企業方面負責人交流后編寫，這些材料根據企業的實際需求進行定稿，充分體現校企兩者之間的相互依存關系。在實踐過程中，多數學生認為信息資源能夠滿足平時訓練的需求，且學生認為學習師兄師姐積累的知識感覺更加親切，他們能夠在更短時間內掌握所學內容，經過實際動手操作，技能迅速得到提高。在這個過程中，不僅學生分析問題、解決問題的能力會得到提高，小組的協作能力也會得到進一步培養。

4 結語

“集成電路原理”課程是電子類專業一門重要的專業課程，課程內容多，電路復雜，涉及知識面廣。二本院校學生基礎較差、加之實踐環節較薄弱，學生興趣不高、教學效果較差。通過將課程學習與學科競賽以及校企合作內容相結合，同時加強網絡課程內容建設，學生能更好的了解和掌握實訓的技能，更真切地體會到課程的應用，進一步激發學生的學習興趣以及開拓學生思維。