陳光輝

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《ASIC課程設(shè)計(jì)》教學(xué)模式改革與研究

陳光輝

（湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖南 永州 425199）

ASIC設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，在理論基礎(chǔ)上需要安排ASIC課程設(shè)計(jì)。由于ASIC設(shè)計(jì)流程工序多且復(fù)雜，不能再按照以往的課程設(shè)計(jì)安排。本文就ASIC課程設(shè)計(jì)題目的選定，以及課程設(shè)計(jì)完成的節(jié)點(diǎn)，課程設(shè)計(jì)完成的提交都與傳統(tǒng)的教學(xué)模式有所改變，講授了三屆學(xué)生取得很好的效果，受到學(xué)生的好評(píng)。

ASIC課程設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；

1　引　言

21世紀(jì)已經(jīng)邁入芯時(shí)代，目前每個(gè)行業(yè)都離不開芯片。比如現(xiàn)在的工業(yè)、服務(wù)業(yè)、通訊行業(yè)、國防等等。沒有芯片那么工業(yè)機(jī)器將無法控制運(yùn)轉(zhuǎn)，沒有通訊芯片，手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)無法工作，大家仿佛又回到了19世紀(jì)。沒有軍用芯片，我們的飛機(jī)不能升空，戰(zhàn)艦不能下海，現(xiàn)代化信息戰(zhàn)更是無從談起。然而中國至今沒有幾款是自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片，隨著打造中國芯在業(yè)界越來越高的呼吁[1,2]，并且國家十三五規(guī)劃也把發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)提高到國家層面上來，中國集成電路行業(yè)將迎來它的春天。集成電路產(chǎn)業(yè)要發(fā)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(yǎng)人才的重任，但是如何培養(yǎng)可用人才能與企業(yè)接軌是現(xiàn)在高校普遍面臨著的困局?，F(xiàn)階段我國急需集成電路設(shè)計(jì)和集成電路制造專業(yè)人才。據(jù)集成電路行業(yè)協(xié)會(huì)不完全統(tǒng)計(jì)，以人均20萬美元銷售計(jì)算，到2020年，設(shè)計(jì)業(yè)從業(yè)人員總數(shù)將達(dá)到26萬人，其中設(shè)計(jì)工程師按35%計(jì)算，需要培養(yǎng)9萬人。目前設(shè)計(jì)工程師總數(shù)約3萬人，缺口大約6萬人。集成電路制造業(yè)到2020年，工藝研發(fā)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(shè)計(jì)專業(yè)人員，還是工藝研發(fā)專業(yè)人員缺口都很大。

2　教學(xué)模式改革與研究

2.1 ASIC設(shè)計(jì)課程現(xiàn)狀

在20世紀(jì)末，我國許多高校開設(shè)了微電子專業(yè)，有些學(xué)校甚至辦了微電子學(xué)院，但是教材陳舊匱乏。比如現(xiàn)在集成電路工藝已經(jīng)發(fā)展到了最新的16nm，目前大部分高校所用電子工業(yè)出版社出版的《數(shù)字集成電路—電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)》全是用0.25微米的工藝。設(shè)計(jì)方法學(xué)也涉及太少，20世紀(jì)末集成電路還主要是從down—top的設(shè)計(jì)方法，目前主要是top—down的設(shè)計(jì)方法，而且基本上是模塊化的應(yīng)用。模塊化的應(yīng)用就催生了驗(yàn)證的需求，都有現(xiàn)成的IP模塊，系統(tǒng)架構(gòu)工程師把各個(gè)IP搭建起來，設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)恼澈想娐?，?yàn)證工程師就需要全面的驗(yàn)證整個(gè)芯片系統(tǒng)。驗(yàn)證工程師的作用越來越重要，現(xiàn)在公司主流的驗(yàn)證方法是基于UMM或者VMM驗(yàn)證平臺(tái)，但是高校很少涉及到驗(yàn)證的知識(shí)，更談不上驗(yàn)證方法學(xué)了。再者集成電路行業(yè)專業(yè)人才薪資待遇較普遍行業(yè)都高，高校微電子學(xué)專業(yè)的本科、研究生就業(yè)形勢(shì)樂觀，導(dǎo)致攻讀博士學(xué)位的人數(shù)較少，有公司工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的人才回到學(xué)校的人才更少。就出現(xiàn)了當(dāng)前高校普遍的現(xiàn)象，學(xué)生學(xué)不到公司所需要的專業(yè)知識(shí)，公司招到合適的人才。

2.2 ASIC課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式改革的必要性

ASIC課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)集成電路理論知識(shí)后開設(shè)的一個(gè)實(shí)踐性課程。開設(shè)的目的就是希望學(xué)習(xí)在掌握理論知識(shí)后能通過實(shí)驗(yàn)實(shí)踐來提升集成電路設(shè)計(jì)技能[3,4]。由于ASIC設(shè)計(jì)是一門工程性課程，純理論講解，學(xué)生普遍反應(yīng)枯燥，并且達(dá)不到理論升華的效果。并且ASIC設(shè)計(jì)流程復(fù)雜，工序繁瑣[5,6]。目前ASIC課程設(shè)計(jì)的教學(xué)模式仍然是，第一，小實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑?-4課時(shí)不等的開展幾個(gè)小實(shí)驗(yàn)），不能完全按照設(shè)計(jì)流程完成一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；第二，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，所有學(xué)生都做同一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這樣不能很好的防止學(xué)生抄襲，達(dá)到獨(dú)立完成的效果；第三，實(shí)驗(yàn)報(bào)告形勢(shì)不靈活，學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后統(tǒng)一提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，錯(cuò)誤與否學(xué)生再也不用關(guān)心，沒有形成問題反饋以及反饋后的解決。按照以往小實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ缴狭艘荒暾n，期末所做問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，90%以上學(xué)生反應(yīng)說還是沒有明白集成電路設(shè)計(jì)的流程，也不熟練設(shè)計(jì)的EDA工具。在以往小實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式學(xué)生反應(yīng)較差的情況下，ASIC課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革就提上日程。

2.3 ASIC課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式改革的可行性

既然，按以往小實(shí)驗(yàn)的模式開設(shè)ASIC課程設(shè)計(jì)反應(yīng)較差，那么如何開展新的教學(xué)模式，能不能開展下去呢？探索ASIC課程設(shè)計(jì)教學(xué)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(shè)計(jì)總課時(shí)有32個(gè)課時(shí)，理論8個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)24課時(shí)。在上第一節(jié)理論課的時(shí)候，就提出由于上一年級(jí)同學(xué)反應(yīng)以往的教學(xué)模式對(duì)掌握本門課程內(nèi)容較差，此門課程老師打算課程改革。把教學(xué)改革的內(nèi)容，方式方法一一給學(xué)生解釋清楚，并征求學(xué)生的意見和建議。這樣不僅讓學(xué)生能主動(dòng)的參與教學(xué)改革計(jì)劃的制定，也讓學(xué)生認(rèn)為老師是充分尊重他們的，而且還提前讓學(xué)生了解了課程的步驟和基本內(nèi)容，從課堂氛圍看出學(xué)生興致很高，討論很積極。課程改革就到了具體實(shí)施階段。

2.3.2分組。此次教學(xué)改革中也牽扯到分組，以往的分組是把若干個(gè)實(shí)驗(yàn)分次，一個(gè)班的學(xué)生每次做其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)?；蛘甙岩粋€(gè)大的實(shí)驗(yàn)分成若干個(gè)小實(shí)驗(yàn)，學(xué)生每次完成一個(gè)小實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在，班上42個(gè)學(xué)生每組3人，形成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，共14組。具體分組本著自愿原則，但是不能完全放開，適當(dāng)?shù)母深A(yù)。不能讓成績都差的學(xué)生在一組，也不能讓成績都好的同學(xué)在一組，要分開。成績好的團(tuán)隊(duì)中帶一個(gè)成績差點(diǎn)的，并在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)觀察成績差的同學(xué)，督促他完成實(shí)驗(yàn)。

2.3.3選題。選題在整個(gè)教學(xué)改革中非常重要，所有的實(shí)驗(yàn)題目不能太難，也不能太簡(jiǎn)單，而且哪些團(tuán)隊(duì)選擇什么題目都是要考慮的。首先選擇ASIC課程設(shè)計(jì)題目，教學(xué)改革后總共選定17個(gè)ASIC課程設(shè)計(jì)題目，其中難度各異，有3個(gè)難度大的，10個(gè)難度適中的，4個(gè)難度相對(duì)小些的。教師確定好總題目后，由教師分配課程設(shè)計(jì)題目，也留有幾個(gè)題目供學(xué)生自行選擇。幾個(gè)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(shè)計(jì)的進(jìn)度，也能關(guān)照到質(zhì)量。

2.3.4開放式答疑。答疑是整個(gè)課程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，答疑模式要改變過去那種教師對(duì)學(xué)生一對(duì)一的模式，采用開放式答疑[7,8]。在整個(gè)答疑過程中老師只是指引，學(xué)生才是答疑環(huán)節(jié)中的主體。分為課程設(shè)計(jì)中的不定時(shí)答疑，和課程設(shè)計(jì)提交前的總答疑。學(xué)生可以向老師提問，也可以上網(wǎng)自行查找，也可以請(qǐng)教同學(xué)，上網(wǎng)查資料和問同學(xué)不再是舞弊行為。以往答疑模式總是學(xué)生一遇到問題，立即舉手示意，老師給學(xué)生解答，普遍是一對(duì)一的模式。開放式答疑就是學(xué)生遇到的某些有代表性的問題，我會(huì)組織全班一起討論，并給定一個(gè)時(shí)間先自行解決，后再補(bǔ)充說明，這樣增加學(xué)生自己動(dòng)手解決問題的能力。再則，可以指定做得快，做得好的同學(xué)給進(jìn)度較慢的同學(xué)解答，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，并讓進(jìn)度慢的同學(xué)有危機(jī)感。

2.3.5成績?cè)u(píng)定。成績的評(píng)定要考慮多方面因素，不再是以往教學(xué)模式最后唯實(shí)驗(yàn)報(bào)告定論。應(yīng)該綜合考慮學(xué)生在整個(gè)課程設(shè)計(jì)中的表現(xiàn)來給分。本次教學(xué)改革成績?cè)u(píng)定主要包括，實(shí)驗(yàn)出勤20%，實(shí)驗(yàn)中答疑表現(xiàn)20%，實(shí)驗(yàn)答辯40%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交20%。其中答辯部分為公開答辯，以小組學(xué)生為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等進(jìn)行陳述。并由老師和全體學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)師生之間的互動(dòng)，提高學(xué)生的積極性。

3　總　結(jié)

運(yùn)用改革后的教學(xué)模式，已經(jīng)應(yīng)用在11級(jí)、12級(jí)、13級(jí)的《ASIC課程設(shè)計(jì)》課程中，通過課程設(shè)計(jì)結(jié)束后每個(gè)同學(xué)關(guān)于ASIC課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革意見反饋表統(tǒng)計(jì)得到。教學(xué)模式改革課前溝通認(rèn)可度93%，課程設(shè)計(jì)難度能接受度95%，課程答疑方式方法接受度97%，成績?cè)u(píng)定接受度90%。從反饋統(tǒng)計(jì)可以看出，課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革得到了絕大多數(shù)學(xué)生的認(rèn)可，此教學(xué)改革可以延續(xù)下去。

[1]雷瑾亮,張劍,馬曉輝.集成電路產(chǎn)業(yè)形態(tài)的演變和發(fā)展機(jī)遇[J].中國科技論壇,2013,(7):34-39.

[2]2015年中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)十大趨勢(shì)[J].電子技術(shù)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(shè)計(jì)教學(xué)模式改革與實(shí)踐[J].輕工科技,2010,(5):129-130.

[4]牛小燕,李蕓,馬學(xué)條."數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”的教學(xué)模式改革與實(shí)踐[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究,2015,(2):19-20.

[5]湯智林,韓龍君.課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)的有效控制[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào),2008,(3):28-30.

[6]魏連江,王德明,陳開巖.《礦井通風(fēng)與安全》課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式研究與改革[J].中國安全生產(chǎn)學(xué)技術(shù),2011,(7):163- 167.

[7]徐少瑩,任愛鋒.數(shù)字電路與FPGA設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2012.

[8]李曉會(huì).SQL Server數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)模式改革探索與實(shí)踐[J].哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011(1):54-56.

（責(zé)任編校：宮彥軍）

2016－09－01

湖南科技學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)XKYJ2015038）；湖南科技學(xué)院科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào) 13XKY103）；湖南科技學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目 (電路與系統(tǒng))。

陳光輝（1983－），男，四川資陽人，講師，碩士研究生，研究方向?yàn)榧呻娐吩O(shè)計(jì)與驗(yàn)證、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)字信號(hào)處理。

G642.0

A

1673-2219（2016）10-0047-02