基于CDIO模式的數(shù)字集成電路課程改革研究

【摘要】CDIO工程教育模式從創(chuàng)立以來對全世界的工程教育都起到了積極的作用。數(shù)字集成電路的課程基于CDIO模式的教學(xué)改革包含對教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和評分體制三方面的內(nèi)容。通過分析學(xué)生的總結(jié)報告和學(xué)生考試成績得出，基于CDIO模式的數(shù)字集成電路課程改革極大的調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)習(xí)效率及學(xué)習(xí)成績。

【關(guān)鍵詞】CDIO 數(shù)字集成電路 課程改革

【項目來源】哈爾濱理工大學(xué)教育教學(xué)研究項目，項目編號：C201200056。

【中圖分類號】G64 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）08-0236-01

1.CDIO簡介

工程技術(shù)人才的培養(yǎng)直接決定工程技術(shù)的水平和發(fā)展的速度，決定國家的工業(yè)競爭力。因此，世界各國特別是工業(yè)發(fā)達國家都在大力推進工程教育的改革與發(fā)展，力爭培養(yǎng)出更高質(zhì)量的人才，以保持在競爭中的有利地位[1]。

MIT與瑞典的查爾摩斯工業(yè)大學(xué)、林雪平大學(xué)、瑞典皇家工學(xué)院在Knut and Alice Wallenberg基金會資助下，通過共同的探索研究，創(chuàng)立了CDIO 工程教育模式，成立了以CDIO命名的國際合作組織[2]。

CDIO 代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）， 它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO 教育理念是美國20多年以來的工程教育大改革理念的傳承和發(fā)展，它將工程科學(xué)、工程學(xué)科知識和工程實踐能力整合為一體。

2.數(shù)字集成電路課程改革

基于CDIO教育理念的數(shù)字集成電路課程進行了教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、評分體制三個方面的改革。

2.1 教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要側(cè)重于講解和講授，和學(xué)生的互動比較少；而CDIO理念中提出的主動學(xué)習(xí)法[3]就是對傳統(tǒng)教學(xué)方法的一種改進。主動學(xué)習(xí)方法[3]讓學(xué)生致力于對問題的思考和解決。該方法不將重點放在被動的信息傳遞上，而放在讓學(xué)生更多的從事操作、運用、分析和判斷概念上。在《數(shù)字集成電路設(shè)計》課程的教學(xué)中引入的主動學(xué)習(xí)的教學(xué)方法改革包括以下幾個方面：

1.講解。在進行課堂知識講解的過程中，要引入實際的范例，以加深學(xué)生對概念和知識的理解。也可以加入和實踐相關(guān)的習(xí)題，讓學(xué)生在掌握基本理論的同時，了解在實際的工程中如果遇到了類似的問題，應(yīng)該如何解決或如何進行取舍。

2.分析。在課程新知識講授的過程中加入提問和分析的環(huán)節(jié)，學(xué)生經(jīng)過自己的分析討論，能加深對這些知識點的理解。采用分析的方法的優(yōu)點在于，分析的過程就是學(xué)生對新知識掌握理解的過程，也是調(diào)動學(xué)生主動性的過程。

3.提問。不論是新知識的講解、習(xí)題課還是總結(jié)復(fù)習(xí)，在課堂的任何時刻都可以提問，提問的主要目的在于讓學(xué)生參與、思考，并掌握相關(guān)的知識。此外，同學(xué)之間也可以互相提問，互相探討。

4.反饋。反饋是為了把主動教學(xué)法更好的應(yīng)用到日常的教學(xué)活動中，不斷提高教師的教學(xué)水平。反饋表現(xiàn)在對教學(xué)內(nèi)容的反饋和對教學(xué)方法的反饋兩個方面。反饋的形式可以是多樣化的。

2.2 教學(xué)內(nèi)容改革

在理工科學(xué)生的教學(xué)過程中，必須要根據(jù)最新的研究現(xiàn)狀對課程內(nèi)容進行修改和豐富，讓學(xué)生了解最新的行業(yè)狀況、研究熱點、難點及發(fā)展方向，同時在設(shè)計相關(guān)的作業(yè)、實驗及課程設(shè)計題目時，要充分考慮到相關(guān)的行業(yè)的現(xiàn)狀，向與具體的工程實踐靠近。具體的教學(xué)內(nèi)容改革包括以下幾個方面：

1.講課和作業(yè)中要引入工程實例，加深學(xué)生對專業(yè)知識的理解。例如在講解集成電路的成本時，可以舉例廠房、設(shè)備都屬于固定成本，封裝和測試成本則屬于可變成本?？勺兂杀竞凸潭ǔ杀镜淖畲髤^(qū)別在于是否和產(chǎn)量有關(guān)。通過對比兩者的不同并舉例，學(xué)生很容易就能區(qū)分在集成電路的成本構(gòu)成因素中哪部分屬于固定成本，哪部分屬于可變成本。

2.課程設(shè)計以簡化的工程實例為載體，使學(xué)生了解理論知識在實踐中所發(fā)揮的重要作用，幫助學(xué)生扎實掌握基礎(chǔ)知識，熟悉相關(guān)工作流程，提高其實踐能力。例如，當(dāng)把加法器作為課程設(shè)計的一個設(shè)計任務(wù)時，首先要確定加數(shù)的位數(shù)及類型（有符號數(shù)，還是無符號數(shù)）；其次進行模塊的劃分及模塊的功能定義，確定加法器的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)方式；然后進行每一個子模塊的電路設(shè)計，并進行仿真驗證；最后建立頂層模塊，并進行頂層模塊的仿真驗證。當(dāng)學(xué)生按照這個流程做完整個設(shè)計之后，就會對數(shù)字集成電路的設(shè)計過程有了相應(yīng)的認(rèn)識和理解。

2.3 評分體制改革

傳統(tǒng)的評分方式主要包括卷面成績和平時成績兩部分。卷面成績包括期中、期末考試成績，平時成績包括出勤、作業(yè)。從卷面成績上反應(yīng)出的是學(xué)生對知識的理解和掌握情況，而平時成績則評價的是學(xué)生的的平時表現(xiàn)。

對平時成績的改革包括考核出勤、作業(yè)、課堂內(nèi)回答問題的情況、實驗的認(rèn)真程度、參與討論的情況，從多方面衡量學(xué)生的平時表現(xiàn)。

課程設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計評分時，從學(xué)生中選出四個答辯委員會成員，教師和答辯委員會給出的成績各占總成績的60%和40%。

3.課程改革效果評估

在課程結(jié)束時每學(xué)生提交一份報告，寫出自己在本門課程中學(xué)到的知識、收獲和建議，還希望獲得什么樣的知識和能力，以及對評分體制的滿意程度。

通過對學(xué)習(xí)本門課程174位同學(xué)的報告進行分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)83.7%的學(xué)生可以對所學(xué)的內(nèi)容進行系統(tǒng)總結(jié)、列出學(xué)習(xí)大綱， 9.2%的同學(xué)對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法有自己的見解，98.7%的同學(xué)對教學(xué)內(nèi)容滿意，99.3%的同學(xué)對新的教學(xué)方法滿意，99.8%的同學(xué)對新的評分方式滿意。采用CDIO教學(xué)理念后，本學(xué)年學(xué)生比上學(xué)年學(xué)生的平均成績提高了6分，最低分提高了12分。

4.結(jié)論

通過對數(shù)字集成電路課程的課程內(nèi)容、教學(xué)方法及評分體系進行改革，引入新的教學(xué)方法，改革課程授課方式，極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、能動性，提高了學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)成績，加深了學(xué)生對知識點的掌握和理解，課程大綱中對學(xué)生的各項技能要求也得到了充分的實踐和提高。

參考文獻：

[1]張黎，沈秀，戎紅仁，喬元明，席海濤.結(jié)合CDIO 教育理念的卓越工程師教育培養(yǎng)計劃研究與探索[J].武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011，6（10）： 21-24

[2]顧佩華，包能勝，康全禮，陸小華，熊光晶，林鵬，陳嚴(yán).CDIO在中國（上）.高等工程教育研究， 2012，3：24-40

[3]顧佩華， 陸小華編譯.CDIO工作坊手冊.汕頭：汕頭大學(xué)出版，2008，12：2-12

作者簡介：

劉倩，女，哈爾濱理工大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系，講師。

宋明歆，男，哈爾濱理工大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系，系主任，副教授。

殷景華，女，哈爾濱理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院書記，教授。