于文娟 董可秀

（滁州學(xué)院 安徽·滁州 239000）

當(dāng)今時代科技快速發(fā)展，社會信息化程度逐步提升，集成電路技術(shù)起到了關(guān)鍵性的作用，可以說集成電路的發(fā)展水平和一個國家的科技發(fā)展速度息息相關(guān)。對我國而言，2014年國務(wù)院印發(fā)了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，在綱要中明確指出：集成電路產(chǎn)業(yè)是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，但是產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展勢必帶來人才需求激增。高校是國家人才培養(yǎng)基地，如何培養(yǎng)出集成產(chǎn)業(yè)人才、支持國家建設(shè)是高校相關(guān)專業(yè)首要問題?！稊?shù)字集成電路設(shè)計》課程是我校電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)的一門綜合性的專業(yè)課，傳統(tǒng)的集成電路課程講授方法，已經(jīng)不能滿足應(yīng)用型及創(chuàng)新型人才的集成電路人才培養(yǎng)目標(biāo)，課程改革勢在必行。

1 課程定位

《數(shù)字集成電路設(shè)計》課程是電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)非常重要的一門專業(yè)課，系統(tǒng)的講述了集成電路和相關(guān)知識，從基礎(chǔ)電路設(shè)計到后端版圖設(shè)計，都有涉獵。根據(jù)市場人才需求分析，本專業(yè)畢業(yè)生可從事的崗位多為電路設(shè)計及硬件技術(shù)設(shè)計分析人員，結(jié)合我校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，本課程的培養(yǎng)目標(biāo)為培養(yǎng)學(xué)生具有良好的數(shù)字集成電路硬件設(shè)計能力、電路分析能力、版圖設(shè)計能力以及專業(yè)分析能力。

在前期專業(yè)基礎(chǔ)課的基礎(chǔ)上，為提升學(xué)生專業(yè)技術(shù)水平，本課程安排在大三的第二學(xué)期。需要有電路分析、數(shù)字電子設(shè)計、模擬電子設(shè)計、半導(dǎo)體物理等課程的前期鋪墊。所涉及知識從半導(dǎo)體制作工藝、半導(dǎo)體器件到電路前段設(shè)計和后端版圖設(shè)計，環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣。講授內(nèi)容首先結(jié)合半導(dǎo)體物理及半導(dǎo)體制作工藝基本知識，掌握數(shù)字集成電路的基本構(gòu)成單元CMOS器件的制作原理和設(shè)計方法，課程中期講解CMOS電路設(shè)計和分析，最后結(jié)合設(shè)計進(jìn)行版圖制作。

2 主要問題

《數(shù)字集成電路設(shè)計》課程作為專業(yè)課，與電科專業(yè)基礎(chǔ)課程相比，在課程知識領(lǐng)域、趣味性、實踐性等方面都有所不同，該課程在人才培養(yǎng)方案課程體系構(gòu)建中，處于承上啟下的位置，結(jié)合了大一大二的課程，同時為學(xué)生畢業(yè)成為集成電路工程師或者讀研提供必要專業(yè)知識，在課程授課中，主要存在以下幾個問題。

2.1 課程知識覆蓋面大

從課程知識角度，數(shù)字集成電路覆蓋知識廣泛，如果學(xué)生在大一大二的基礎(chǔ)沒有打牢，課程授課的第一二章內(nèi)容就很難理解消化，到電路設(shè)計和分析部分經(jīng)常會有學(xué)生不理解設(shè)計的原理，反復(fù)講解收效甚微，最根本原因就是基礎(chǔ)不牢，基礎(chǔ)器件沒有牢記于心，用器件做電路再進(jìn)一步分析和數(shù)據(jù)，就難上加難了。因此在教學(xué)中如何加入并強化半導(dǎo)體及數(shù)字電子設(shè)計相關(guān)知識，是本課程改革中需要思考的問題之一。

2.2 課堂授課模式單一

從課程授課方式角度分析，數(shù)字集成電路課程具有較強的邏輯性和實踐性。特點是專業(yè)性強，內(nèi)容抽象。課程定位是培養(yǎng)能夠勝任集成電路設(shè)計工程師等職位的應(yīng)用型人才，要求在設(shè)計電路的基礎(chǔ)上，能夠熟練使用EDA工具進(jìn)行設(shè)計、編譯、仿真及下載。掌握集成電路制作工藝，以便在功耗和版圖設(shè)計方面得心應(yīng)手。培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)該具有獨立思考、科研創(chuàng)新、團(tuán)隊協(xié)作、工程應(yīng)用等綜合性素質(zhì)。但是傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，授課為講聽式教學(xué)，采用PPT介紹知識點，課堂上通篇講解理論，邏輯分析和計算講解占據(jù)了主要課程時間。在這種授課方式中，理論占據(jù)大量時間而且?guī)熒尤笔?，在短短一學(xué)期將大量理論知識灌輸給學(xué)生，相應(yīng)的實踐和實驗輔助沒有跟上，導(dǎo)致學(xué)生最后只能書面分析電路，實際設(shè)計方面非常匱乏，這種授課方式與課程的培養(yǎng)目標(biāo)相悖。因此如何在課程中加入新的課程講授方法，提高學(xué)生的實際設(shè)計能力是本課程改革需要解決的另一個問題。

2.3 疫情期間授課方式難以滿足實踐性要求

今年新冠肺炎暴發(fā)，為了響應(yīng)教育部關(guān)于“停課不停教，停課不停學(xué)”的精神，大部分高校都采用了線上的教學(xué)方式。疫情期間的數(shù)字集成電路課程的理論和實驗課也采用了線上教學(xué)方式。線上課程的缺點是互動性差，尤其是這類實驗設(shè)計要求較強的課程。如何讓學(xué)生在家就能學(xué)好這門課，掌握理論知識的同時能夠在實驗課中熟練使用 EDA工具進(jìn)行設(shè)計和仿真，是數(shù)字集成電路課程在改革過程中首次遇到但是必須解決的問題。

3 針對培養(yǎng)應(yīng)用型人才的數(shù)字集成電路課程改革方法

3.1 重基礎(chǔ)、強實踐的教學(xué)內(nèi)容改革

數(shù)字集成電路課程是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)必修的專業(yè)課，是夯實半導(dǎo)體基礎(chǔ)并提高專業(yè)設(shè)計水平的課程。本課程選用甘學(xué)溫等編著的“十一五”國家級規(guī)劃教材作為講授教材《集成電路原理與設(shè)計》，該教材構(gòu)架合理，內(nèi)容深入淺出、層層遞進(jìn)，非常適合本校學(xué)生定位。在講授過程中，首先課程前兩節(jié)課，先讓學(xué)生理解課程定位，根據(jù)學(xué)生反饋并結(jié)合課本內(nèi)容，把數(shù)字電路以及半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識總結(jié)性講解，第三節(jié)課加入半導(dǎo)體制作工藝，學(xué)生在理解了如何制作集成電路、集成電路的基本構(gòu)成單元MOSFET內(nèi)部能級分析及傳輸特性后，在進(jìn)入第四章電路設(shè)計以及最后的版圖設(shè)計時，就能夠快速理解吸收。在畢業(yè)生調(diào)研中，學(xué)生在進(jìn)入公司或者讀研后，普遍反饋課程基礎(chǔ)掌握扎實，但是課程里的設(shè)計過于單一，與現(xiàn)實應(yīng)用和設(shè)計脫軌。因此在課程改革中，我選用了國外優(yōu)秀教材作為教學(xué)內(nèi)容補充，國外教材的特點是注重設(shè)計方法。例如本課程使用的《CMOS數(shù)字集成電路——分析與設(shè)計(第4版)》教材，本書第1章至第8章詳細(xì)討論MOS晶體管的相關(guān)特性和工作原理、基本反相器電路設(shè)計、組合邏輯電路及時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)與工作原理，第9章后，附加大量實例，討論了電路的可制造性設(shè)計和可測試性設(shè)計這兩個重要問題?？梢匝a充國內(nèi)教材缺乏實用性內(nèi)容的缺點。

同時根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)生除了掌握基礎(chǔ)的電路知識和集成電路分析設(shè)計之外，還需要掌握工藝、版圖規(guī)劃、封裝、測試等知識，以及熟練的使用集成電路電子設(shè)計自動化ED軟件。但是傳統(tǒng)課程中，對實踐知識講解匱乏，過度關(guān)注電路設(shè)計導(dǎo)致學(xué)生只掌握集成電路中的一個小部分，無法將設(shè)計與實際集成電路制作結(jié)合。因此在課程改革中，補充了國內(nèi)外先進(jìn)的工藝制作視頻，讓學(xué)生直觀感受版圖到工藝制作的轉(zhuǎn)換。在實驗設(shè)計方面，隨著EDA軟件不斷發(fā)展，集成電路各個階段都需要借助EDA工具輔助完成，尤其對于驗證和仿真，能夠大大提高設(shè)計的成品率，課程改革中，將每個階段涉及的軟件一一列出，講解軟件協(xié)同制作和優(yōu)化結(jié)合，有利于學(xué)生能夠靈活掌握各類EDA軟件，提高設(shè)計效率。

3.2 項目引導(dǎo)式教學(xué)方法改革

針對培養(yǎng)應(yīng)用型人才的我校人才培養(yǎng)目標(biāo)，課程的教學(xué)方法必須能夠結(jié)合實際應(yīng)用，課堂中，不能僅僅是課程理論內(nèi)容的大量灌輸。對于數(shù)字集成電路這類邏輯性強、實踐性強的課程，需要更加重視課程內(nèi)容的學(xué)以致用。因此在課程改革中，改變傳統(tǒng)的說教式教學(xué)，采用項目引導(dǎo)式教學(xué)方法，從課堂第一次課，設(shè)立一個項目讓學(xué)生思考，例如讓學(xué)生拿出身邊的電子產(chǎn)品，思考哪一步的運行由數(shù)字電路完成，提醒學(xué)生注意在后面課程中如何通過電路設(shè)計實現(xiàn)。最后讓學(xué)生設(shè)計電路并在實驗課程進(jìn)行仿真驗證功能。項目式方法既能夠引導(dǎo)學(xué)生快速進(jìn)入課程內(nèi)容，也可以將理論課程和實驗課程結(jié)合一起，通過理論課程的設(shè)計，通過實驗課程進(jìn)行驗證。這一項目的貫穿始終，也將數(shù)字集成電路的工藝方法、設(shè)計方法、EDA工具畫圖仿真驗證合理關(guān)聯(lián)。

從學(xué)生興趣角度，數(shù)字集成電路是一門枯燥的課程，涉及大量半導(dǎo)體物理參數(shù)、電路設(shè)計的堆積，課堂中采用板書結(jié)合PPT的方式授課，講解知識點、電路分析，這個過程中灌輸式講授占據(jù)大量時間，課堂沉悶是傳統(tǒng)課堂難以克服的問題，只能通過課堂提問等方式提高學(xué)生的注意力。改革中加入項目啟發(fā)后，學(xué)生在課程起始就進(jìn)入思考狀態(tài)，實踐證明提高學(xué)生求知欲是提高學(xué)生注意力的有效方法。課程實驗中，最后四個課時留給學(xué)生獨立設(shè)計，學(xué)生可以采用團(tuán)隊合作的方式，在項目完成后，不僅學(xué)到知識，學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力、創(chuàng)新能力都得到了提升。

3.3 疫情期間的線上教學(xué)方法研究

在信息化時代的今天，互聯(lián)網(wǎng)+的興起合理的將教育和互聯(lián)網(wǎng)整合，線上課堂的開展體現(xiàn)了教育的公平化和時代化。2020年，是新冠肺炎暴發(fā)的一年，在黨的領(lǐng)導(dǎo)下，我們積極應(yīng)戰(zhàn)這場沒有硝煙的戰(zhàn)爭，并取得了階段性勝利。在疫情期間，大部分學(xué)生停留在家，為了響應(yīng)“停課不停教，停課不停學(xué)”的精神，高校教師們結(jié)合以往線上教學(xué)經(jīng)驗，采用了直播上課的新模式。但是直播教學(xué)并不同于之前的線上教學(xué)，以往的線上課堂是線下課堂的補充，是在課堂講授后，在慕課、泛雅等平臺進(jìn)行課程補充，上傳課程PPT、視頻和作業(yè)等，利用學(xué)生的課后時間復(fù)習(xí)和鞏固課堂內(nèi)容，推進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的深度。但是在疫情期間，直播授課完全替代了傳統(tǒng)課堂，沒有了面對面講授，如何高效的讓學(xué)生掌握課程知識，是每個直播教師必須思考的問題。

對于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，專業(yè)課知識具有較強的實踐性，要求學(xué)生在實踐中構(gòu)建課程體系和邏輯思維。數(shù)字集成電路設(shè)計課程在前期改革中采用了項目式教學(xué)，如何在直播上課中將理論與實踐結(jié)合，將項目式教學(xué)繼續(xù)實踐，保證學(xué)生的知識接收量，是本次直播授課中需要思考的問題。因此在直播課中，我采用了三步一體的課程教授方式，分別從線上課前預(yù)習(xí)、直播授課、課后指導(dǎo)三個角度設(shè)計課程，構(gòu)建以學(xué)生為主題的混合模式教學(xué)方式。

首先，課前線上預(yù)習(xí)是保證直播課程能夠順利進(jìn)行的前提，預(yù)習(xí)采用雨課堂，在建立課程后將視頻和PPT上傳，監(jiān)控學(xué)生的閱讀時間，及時在QQ群中隨時監(jiān)督和提醒學(xué)生。正式的直播授課環(huán)節(jié)中，進(jìn)行課前提問，包括課前預(yù)習(xí)以及上節(jié)課的課后作業(yè)點評，進(jìn)行答疑解惑并鼓勵優(yōu)秀學(xué)生，加強學(xué)生自習(xí)的積極性。課堂授課采用雨課堂、騰訊直播等方式，雨課堂的優(yōu)勢是PPT和課堂內(nèi)容可以預(yù)習(xí)、回放、并進(jìn)行課后作業(yè)的復(fù)習(xí)。但是雨課堂的互動性較差，故而我采用了QQ在線直播以及分享屏幕的方式補充雨課堂的不足。根據(jù)課堂內(nèi)容先建立項目引導(dǎo)，在理論性較強的知識點采用三步式教學(xué)，邏輯性較強部分必須采用板書直觀講授，這里會使用手機直播，用白紙代替黑板，用記號筆代替粉筆，在紙上展示板書全部內(nèi)容以及分析過程，每個板書都截圖給學(xué)生，方便課后復(fù)習(xí)。對于實踐性較強的部分，三步式更是缺一不可，例如講解集成電路的制作過程方面，簡單的課堂講授及畫圖不能滿足學(xué)生對課程的理解，需要輔助相關(guān)視頻，讓學(xué)生提前觀看著名公司制作全部流程，并在課堂中提問和講解，效果顯著。

課后輔導(dǎo)是三步式中不可缺少的一步，根據(jù)學(xué)生的特點，在課后及時和學(xué)生溝通，一方面可以及時掌握學(xué)生的知識掌握程度并加以指導(dǎo)，另一方法可以及時對授課方式改進(jìn)。直播授課除了沒有和學(xué)生的面對面，也缺少了和同事的接觸,閉門造車不可取，課后溝通能夠在督促學(xué)生的基礎(chǔ)上，掌握對于學(xué)生而言較好的授課方式，實現(xiàn)以學(xué)生為主題的授課模式。

4 結(jié)語

隨著集成電路的高速發(fā)展，信息技術(shù)已經(jīng)深入到人們生產(chǎn)生活中，我國是集成電路消費大國，卻是生產(chǎn)小國，集成電路工程師的人才需求日益顯著。高校是集成電路人才培養(yǎng)的搖籃，為了培養(yǎng)具有實踐能力和設(shè)計思維的集成電路人才，集成電路課程建設(shè)和改革必不可少。數(shù)字集成電路課程是集成電路方面重要的專業(yè)課，內(nèi)容涉及集成電路工藝、設(shè)計以及版圖設(shè)計等領(lǐng)域，根據(jù)我校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合課程內(nèi)容，首先對課程內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，增加課程內(nèi)容的連貫性和實用性。同時對課程的方法進(jìn)行重新設(shè)計，采用項目引導(dǎo)式方法，啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。在直播課程中，采用三步式教學(xué)方法，使用QQ直播和雨課堂相結(jié)合，將課堂內(nèi)容融會貫通，在項目式的驅(qū)動下，掌握數(shù)字集成電路課程的設(shè)計和實踐。最終達(dá)到以學(xué)生為主體，培養(yǎng)應(yīng)用型集成電路人才的課程培養(yǎng)目標(biāo)。