“射頻集成電路設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的新思路

李志遠(yuǎn)+李青坤+溫殿忠

摘要：“射頻集成電路設(shè)計(jì)”是一門專業(yè)性比較強(qiáng)、內(nèi)容更新比較快的課程。為培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)急速發(fā)展的射頻集成電路設(shè)計(jì)人才， 以新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為應(yīng)用背景，將射頻技術(shù)的科學(xué)前沿與課程內(nèi)容相融合，從更新教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)思路等多方面探討高?！吧漕l集成電路設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的新思路。

關(guān)鍵詞：射頻；集成電路設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002-4107（2014）06-0023-02

當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，以射頻集成電路為關(guān)鍵技術(shù)的無線通信、全球定位、雷達(dá)以及新興物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)正在迅速向前發(fā)展。應(yīng)用的需求極大地推動(dòng)了射頻集成電路相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展熱潮，這就對(duì)射頻集成電路設(shè)計(jì)工程師提出了巨大的人才需求及技術(shù)挑戰(zhàn)。

一、射頻課程設(shè)置的意義與問題

無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展以及行業(yè)對(duì)人才的巨大需求，使得射頻集成電路設(shè)計(jì)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)成為大學(xué)及研究院所開發(fā)的熱點(diǎn)。為了適應(yīng)這種需求，國內(nèi)外眾多高校均面向電子信息及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了“射頻集成電路設(shè)計(jì)”課程。該課程概念抽象，課程內(nèi)容具有很快的更新速度，是比較難學(xué)的課程之一。如果僅局限于書本， 采用平鋪直敘的方式進(jìn)行講解，很難有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。因此，將射頻技術(shù)相關(guān)科研前沿的介紹以及科學(xué)前沿與課程內(nèi)容融合，作為“射頻集成電路設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的研究內(nèi)容，對(duì)于培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)前行業(yè)急需的高素質(zhì)專業(yè)人才是十分必要的。

二、射頻課程教學(xué)改革的新思路

針對(duì)目前對(duì)射頻技術(shù)人才的迫切需求，《射頻集成電路設(shè)計(jì)》課程存在傳統(tǒng)授課效果不理想這一矛盾現(xiàn)象，擬從以下幾方面進(jìn)行教學(xué)改革。

（一）將行業(yè)前沿與射頻技術(shù)整合

以物聯(lián)網(wǎng)為例，將與課程相關(guān)的行業(yè)前沿引入到課堂，使學(xué)生們?cè)谡n堂學(xué)習(xí)中就能夠接觸到射頻電路應(yīng)用的前沿，激發(fā)學(xué)生帶著興趣與求知的欲望來學(xué)習(xí)課程內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)是與射頻識(shí)別密切相關(guān)的一門新興技術(shù)。在全球信息化領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)之后出現(xiàn)的又一具有變革性的信息化技術(shù)。其概念提出伊始就受到世界各國的廣泛關(guān)注。比如，日本、韓國、美國以及我國分別提出的“U-Japan”、“U-Korea”、“智慧地球”以及“感知中國”等概念，無一不是“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念的具體體現(xiàn)[1]。甚至到2013年7月，國務(wù)院總理李克強(qiáng)召開國務(wù)院常務(wù)會(huì)議提出將通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)打造便利百姓惠及民生的“寬帶中國”[2]。通過物聯(lián)網(wǎng)這一新興技術(shù)，人們的生活方式不僅可以實(shí)現(xiàn)人與人之間的交流，還可以實(shí)現(xiàn)人與物體，甚至物體與物體之間的交流對(duì)話。為了實(shí)現(xiàn)這樣便利的生活方式，必須以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，此外踏實(shí)發(fā)展射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)化的科學(xué)路徑[3-4]。

由前述分析可知，物聯(lián)網(wǎng)與射頻技術(shù)是相互融合的，前者為后者提供了強(qiáng)大的應(yīng)用背景，后者是前者的核心技術(shù)支持。因此，將物聯(lián)網(wǎng)這一前沿技術(shù)融合到射頻教學(xué)中將極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

（二）及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，增大課程的知識(shí)覆蓋面

選擇有趣、通俗易懂的教材，引導(dǎo)學(xué)生閱讀英文原版教材。此外，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)尋找及閱讀文獻(xiàn)，這樣可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)和了解射頻領(lǐng)域國內(nèi)外的最新研究動(dòng)態(tài)。

1.講解射頻識(shí)別時(shí)，可將射頻識(shí)別與新興技術(shù)聯(lián)系起來。如，上海世博會(huì)的門票就是基于射頻識(shí)別技術(shù)設(shè)計(jì)的；南京基于射頻識(shí)別和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了智能交通系統(tǒng)；在未來有望冰箱可以自動(dòng)根據(jù)主人的需求配出合理的菜單等等。這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也可以使學(xué)生開闊視野，開拓創(chuàng)新思維。

2.講述MOS管的誕生歷史時(shí)可與近幾年新誕生的

憶阻器聯(lián)系起來。憶阻器的概念于1971年由美籍院士蔡紹棠提出。直到2008年，美國惠普實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家才成功實(shí)現(xiàn)了憶阻器的物理模型，這將結(jié)束無源器件只包括電阻、電容、電感的歷史[5]。但多數(shù)教科書仍然沒有進(jìn)行更新，我們通過講解文獻(xiàn)、介紹對(duì)該方面有資深影響的教師，讓學(xué)生更生動(dòng)地吸取最新的專業(yè)前沿知識(shí)。

（三）轉(zhuǎn)變教學(xué)思路：從導(dǎo)課、課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行探索

良好的導(dǎo)課，是“有效課堂”的關(guān)鍵，可以在幾分鐘內(nèi)將學(xué)生的注意力吸引到特定的教學(xué)任務(wù)中去，有效地激發(fā)學(xué)生對(duì)新知識(shí)、新內(nèi)容的探求。這可以通過引入一些與課堂內(nèi)容密切相關(guān)的歷史或與課程相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[6]。

1.引入歷史使導(dǎo)課內(nèi)容生動(dòng)有趣：如在講述有源器件時(shí)，可以講述MOS晶體管的簡短歷史。自德國萊比錫大學(xué)物理學(xué)家Julius Edgar Lilienfeld于1926年提出首個(gè)類似于場效應(yīng)管的專利后， 又經(jīng)過很多杰出的研究人員的努力，直到1960年之后，貝爾實(shí)驗(yàn)室才最終研制成功了第一個(gè)硅MOSFET。MOS晶體管的發(fā)展歷程可以使學(xué)生能夠體會(huì)新技術(shù)發(fā)展中的機(jī)遇、不足以及研發(fā)者的實(shí)力、幸運(yùn)和堅(jiān)持，從而使學(xué)生能夠產(chǎn)生對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)創(chuàng)造的渴望，勇于創(chuàng)新。

2.將課程內(nèi)容與射頻技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用結(jié)

合起來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在信息飛速發(fā)展的年代，我們的手機(jī)網(wǎng)絡(luò)從2G發(fā)展到了3G，由3G又來到了4G。4G技術(shù)在助推物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用全面起速的同時(shí)，也與我們的射頻技術(shù)是密切相關(guān)的。曾有機(jī)構(gòu)分析iPhone 5s的硬件成本是199美元，其中射頻芯片就達(dá)到了32美元，占了總成本的近1/6。這些信息不僅是學(xué)生們極感興趣的，而且可以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)射頻技術(shù)在當(dāng)代高技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用前景。

課堂教學(xué)的改進(jìn)：課堂教學(xué)是講授課程的主體。此外，依據(jù)課程內(nèi)容，靈活的開展啟發(fā)式、討論式等多種課堂行式可以豐富課程內(nèi)容，調(diào)節(jié)課堂氣氛[7]。

教師在認(rèn)真?zhèn)湔n、認(rèn)真組織課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上采取互動(dòng)式教學(xué)方法，加強(qiáng)與學(xué)生的聯(lián)系和交流。如在講解一個(gè)模塊或一部分具體理論知識(shí)后，可以擬定一個(gè)具體的課程內(nèi)容，要求學(xué)生對(duì)相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行獨(dú)立的文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)閱讀等，然后在課堂上組織學(xué)生分組進(jìn)行討論，這樣既活躍了課堂氣氛，也可以加深對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)的理解。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐教學(xué)的方式之一。可以通過設(shè)立開放性的“課題研究”題目來打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。在實(shí)驗(yàn)過程中，鼓勵(lì)學(xué)生用不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以此來更深刻地理解實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)思想[8]。

如果實(shí)驗(yàn)室條件允許，學(xué)生最好學(xué)習(xí)一些網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀、噪聲分析儀等儀器的使用。如果實(shí)驗(yàn)室不具備這些昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可參考一些虛擬設(shè)備，如設(shè)計(jì)LNA時(shí)，使用Multisim的虛擬網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，包括電路結(jié)構(gòu)、電路穩(wěn)定性和匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，可以提高仿真精度，降低實(shí)驗(yàn)成本，縮短設(shè)計(jì)周期[9]。

（四）改進(jìn)教學(xué)方法

授課方式擬采用多媒體為主，板書為輔的教學(xué)方法。此外，將充分應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)加強(qiáng)師生課堂之外的聯(lián)系與交流。

1.多媒體與板書相結(jié)合的方法：在授課過程中，一方面采用多媒體課件，充分展現(xiàn)授課內(nèi)容的脈絡(luò)及精華。課件中圖片、動(dòng)畫、視頻等素材可以使授課內(nèi)容更生動(dòng)、更容易吸引學(xué)生的注意力。板書作為一種輔助工具，可以取長補(bǔ)短。如公式推導(dǎo)，教師可以一邊講解一邊通過板書的形式寫出推導(dǎo)過程，這樣學(xué)生更容易理解公式的來龍去脈。

2.充分應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)：教師可以將多媒體課件、領(lǐng)域前沿成果、經(jīng)典教材、就業(yè)機(jī)會(huì)等上傳，擴(kuò)展課堂上學(xué)不到的內(nèi)容。也可以在線答疑，及時(shí)解答學(xué)生在學(xué)習(xí)中所遇到的困難。

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（五）變革考核方式

在整個(gè)課程中可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)和能力來綜合評(píng)定成績。如以課堂出勤、課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、課程論文、閉卷考試相結(jié)合的手段來檢查學(xué)生對(duì)該門課程的掌握。

三、射頻課程教學(xué)改革的效果

在對(duì)三屆本科生進(jìn)行了“CMOS射頻集成電路設(shè)

計(jì)”課程的授課以來，積累了一定的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)了待解決的現(xiàn)實(shí)問題。本科生電路基礎(chǔ)相對(duì)較差，知識(shí)涵蓋面較窄，所以本科生對(duì)課程的理解相對(duì)較弱，而且也很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。開始采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，以講授教材內(nèi)容為主，期末采取閉卷考試的形式。這種教學(xué)方法很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課堂仍然以教師講授為主，學(xué)生最后仍然是為了考試而突擊復(fù)習(xí)部分內(nèi)容，對(duì)課程的內(nèi)容沒有整體把握。后來改變了教學(xué)思路，具體表現(xiàn)為：（1）保證課程內(nèi)容的時(shí)效性與先進(jìn)性；（2）讓學(xué)生做一個(gè)主動(dòng) “探索者”，成為課程學(xué)習(xí)的主人；（3）根據(jù)學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)和能力來綜合評(píng)定成績。以一次討論課為例，我們以“物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)：等待破繭的蝴蝶”為主題，讓學(xué)生事先查找資料，形成報(bào)告形式，然后在課堂進(jìn)行討論。物聯(lián)網(wǎng)這一新興技術(shù)在課堂的引入激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，最后學(xué)生分別就物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)在家居生活、智能交通、無線通信及圖書管理等方面的應(yīng)用展開討論。通過討論，學(xué)生深切感受到了所學(xué)的知識(shí)其實(shí)和自己的生活密切相關(guān)，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，取得了很好的教學(xué)效果。

上述教學(xué)思路的探討，已經(jīng)取得了一定的效果。在以后的教學(xué)過程中將進(jìn)一步完善和提高，使學(xué)生可以及時(shí)有效地吸取更具時(shí)代特色的新內(nèi)容，成為適應(yīng)時(shí)代需求的創(chuàng)新一代。

參考文獻(xiàn)：

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[3]http：//www.rfidinfo.com.cn/Info/html/n14730_1.htm.

[4]http：//news.cecb2b.com/info/20121026/227691.shtml.

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[8]張銀蒲.基于射頻方向課程群的教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].唐山學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，（1）.

[9]王立華.虛擬網(wǎng)絡(luò)分析儀在射頻電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].電子測量技術(shù)，2012，（4）.

收稿日期：2013-09-10

作者簡介：李志遠(yuǎn)（1975—），女，遼寧昌圖人，黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院講師，主要從事集成電路設(shè)計(jì)研究。

基金項(xiàng)目：黑龍江大學(xué)新世紀(jì)教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目“基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的‘CMOS射頻集成電路設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革探索”（2012B49）

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