于志鵬，艾春鵬

(黑龍江大學(xué) 電子工程學(xué)院，哈爾濱 150080)

翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新型教學(xué)模式，它的核心理念是學(xué)生在進行某一課程學(xué)習(xí)時，將課堂時間與課下時間翻轉(zhuǎn)，進而提高課堂時間利用率。這種教學(xué)模式翻轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)的教學(xué)理念、教學(xué)流程及教學(xué)參與者的角色，可以在很大程度上提高課堂時間利用率，同時培養(yǎng)學(xué)生討論、分析和解決問題的能力[1]。隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式無法完全適應(yīng)當前集成電路人才培養(yǎng)的要求。擬從黑龍江大學(xué)數(shù)字集成電路設(shè)計實驗課程為切入點，研究基于翻轉(zhuǎn)課堂的實驗教學(xué)方法，以培養(yǎng)具有扎實專業(yè)知識、專業(yè)技能、創(chuàng)新精神的人才為目標，致力于為黑龍江大學(xué)在滿足社會需求的高校人才培養(yǎng)方案的制定與實施歷程中探索行之有效的方法。

1 數(shù)字集成電路設(shè)計實驗課程教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)字集成電路設(shè)計課程為黑龍江大學(xué)集成電路專業(yè)學(xué)生本科階段的必修課。傳統(tǒng)的數(shù)字集成電路設(shè)計實驗教學(xué)課程可使學(xué)生加深對所學(xué)理論知識的理解，熟練軟件使用過程，增強動手操作能力，但還存在如下三方面問題：

A.實驗教學(xué)方法有待改進。在傳統(tǒng)的數(shù)字集成電路設(shè)計實驗教學(xué)中，上課前，學(xué)生基本不了解實驗儀器和軟件，也不清楚實驗課的內(nèi)容。課程開始后，教師需要把相應(yīng)理論知識、儀器操作和軟件使用等內(nèi)容一一講授清楚，在有限學(xué)時內(nèi)，更多的講授時間就壓縮了學(xué)生動手實驗和探索更深入問題的時間，不利于學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。

B.實驗課程內(nèi)容相對簡單。目前，黑龍江大學(xué)數(shù)字集成電路設(shè)計實驗課程的內(nèi)容較為基礎(chǔ)，基本單元電路的設(shè)計仿真占比較大，開放性實驗項目不多。實驗內(nèi)容主要涉及比較器、編碼器和加法器等基礎(chǔ)門電路的仿真，學(xué)生使用ModelSim軟件通過Verilog語言編寫相應(yīng)電路的網(wǎng)表，然后編寫對應(yīng)testbench文件并進行仿真驗證所寫電路網(wǎng)表功能的正確性。這類基礎(chǔ)實驗有利于學(xué)生熟練掌握編程語言和軟件使用，并加深對基本單元電路的理解，但內(nèi)容相對簡單，對于學(xué)生設(shè)計綜合能力的進一步培養(yǎng)還有所欠缺。

C.實驗課程考核機制單一。傳統(tǒng)數(shù)字集成電路設(shè)計實驗課程的考核成績只做為其理論課程總成績的一小部分。黑龍江大學(xué)的數(shù)字集成電路設(shè)計實驗課程的考核形式一般為學(xué)生每次實驗課程中是否完成了幾項規(guī)定的實驗內(nèi)容，所有實驗內(nèi)容完成后所得成績的疊加即為該門實驗課程的總成績。由于實驗內(nèi)容具有固定性和同一性，成績較好的學(xué)生快速完成實驗內(nèi)容后難于進一步進行探索研究，這種簡單的考核方式無法很好反映出學(xué)生掌握實驗技能的梯度，也不利于學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新型思維進行設(shè)計實驗，阻礙了學(xué)生的實踐能力發(fā)展。

2 基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的改革探索

A.課堂翻轉(zhuǎn)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中，教師應(yīng)由專注“如何教”轉(zhuǎn)向研究學(xué)生“如何學(xué)”。在數(shù)字集成電路設(shè)計實驗教學(xué)中，教師可根據(jù)本次課程的實驗內(nèi)容，在課程開始前一周將相應(yīng)的學(xué)習(xí)知識點、軟件操作、硬件搭建及要解決的問題以電子文檔或視頻的形式放于共享平臺上。學(xué)生需要在共享平臺上進行課前學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)期間應(yīng)查閱相關(guān)參考資料，將簡單的知識點盡量通過自學(xué)解決，將重點難點問題標記出來，在課堂中與教師或?qū)W習(xí)小組交流、討論，并最終解決問題[2]。這種翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)方式，強化了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識，提高了課堂時間利用率，可提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量[3]。

B.實驗課程內(nèi)容和模式改革。實驗課程對學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握情況的檢驗和設(shè)計能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，因此，應(yīng)打破傳統(tǒng)實驗課程輔助理論課程開設(shè)的現(xiàn)狀，將數(shù)字集成電路設(shè)計課程實驗部分作為一門擁有獨立學(xué)分的必修課。實驗內(nèi)容應(yīng)具有基礎(chǔ)性、多樣性、創(chuàng)新性和完整性，確保學(xué)生在做好基礎(chǔ)性實驗后，切實提升創(chuàng)新性實驗?zāi)芰Α?/p>

實驗內(nèi)容中應(yīng)增加綜合電路設(shè)計題目所占比重。目前，實驗室擁有SEED-XDTK FPGA教學(xué)實驗平臺，擁有視頻顯示、LED顯示、數(shù)碼管等驗證設(shè)備，可開設(shè)多種實驗教學(xué)項目。學(xué)生可利用該平臺完成編寫源代碼、綜合、編寫測試文件、功能仿真、約束設(shè)計、布局布線后仿真、生成FPGA下載代碼文件、FPGA下載程序和實驗平臺驗證結(jié)果全流程。應(yīng)充分利用SEED-XDTK FPGA教學(xué)實驗平臺的強大功能，將該平臺貫穿數(shù)字集成電路設(shè)計實驗課程始終，如：可增加數(shù)碼管顯示、LED跑馬燈、頻率計等基礎(chǔ)實驗項目，獨立電路設(shè)計項目也應(yīng)利用該平臺進行開展。這對于提高學(xué)生的數(shù)字電路設(shè)計能力、動手實踐能力和掌握FPGA開發(fā)過程具有重要意義。

C.完善實驗課程考核機制，注重學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。應(yīng)建立課前學(xué)習(xí)考核制度，督促學(xué)生做好課前學(xué)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式若要在數(shù)字集成電路設(shè)計實驗教學(xué)中達到好的效果，就必須建立適當?shù)恼n前考核機制?？蓪W(xué)生課前學(xué)習(xí)時長和通過課前學(xué)習(xí)掌握基礎(chǔ)知識的程度作為一項課程考核指標，考核分數(shù)計入最終實驗課程成績內(nèi)(占實驗總成績的20%)，進而督促學(xué)生必須做好課前學(xué)習(xí)。

數(shù)字集成電路設(shè)計課程實驗部分的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字集成電路設(shè)計能力，因此，要注重實驗中創(chuàng)新性設(shè)計能力的考核。以往實驗總成績由每次實驗得分累加獲得，改革后，實驗總成績應(yīng)為課前學(xué)習(xí)考核得分(20%)、每次完成實驗內(nèi)容考核得分(20%)和完成一個獨立電路設(shè)計實驗考核得分(60%)三項累加獲得。獨立電路設(shè)計實驗需要完成電路建模、電路網(wǎng)表編寫、testbench編寫和在FPGA實驗箱進行功能驗證等工作。教師可根據(jù)學(xué)生在設(shè)計過程中每一步驟的完成情況給出準確的評價分數(shù)，這樣可以較為細致地檢驗學(xué)生對基礎(chǔ)知識和電路設(shè)計能力的掌握情況，而且獨立電路設(shè)計實驗分值占比較高，如果不能完成電路設(shè)計，則該門課程無法通過考核，可通過這種方式調(diào)動學(xué)生的積極性，加強學(xué)生的緊迫感，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

3 結(jié)語

通過對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的研究，結(jié)合黑龍江大學(xué)數(shù)字集成電路設(shè)計實驗教學(xué)課程現(xiàn)狀，探索了基于翻轉(zhuǎn)課堂的實驗教學(xué)方法。該方法根據(jù)目前實驗教學(xué)課程存在的問題，提出了課堂翻轉(zhuǎn)、完善課程考核機制和實驗內(nèi)容改革的方法，可以增強師生之間的交互性，增加學(xué)生動手實驗的時間，有助于教師在課堂上更好地掌握每一位學(xué)生真正的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)效果，從而有效提升學(xué)生的數(shù)字集成電路設(shè)計能力、創(chuàng)新思維能力和實踐能力。