ISW培訓(xùn)及VLSI設(shè)計(jì)與驗(yàn)證教學(xué)實(shí)踐體會(huì)

劉勝 陳海燕 馬馳遠(yuǎn)

文章編號(hào)：1672-5913（2015）11-0021-04

中圖分類(lèi)號(hào)：G642

摘要：介紹ISW的概念，以講授研究生課程VLSI設(shè)計(jì)與驗(yàn)證為背景，介紹參加ISW培訓(xùn)班的體會(huì)和收獲，闡述ISW在課堂內(nèi)容傳授方法等方面的改進(jìn)和啟發(fā)，給出相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，指出按照ISW培訓(xùn)的方式改進(jìn)授課方法，任課教員能夠在短時(shí)期內(nèi)提高自己的授課水平。

關(guān)鍵詞：ISW；教學(xué)技能；VLSI設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

0 引 言

從1979年加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)開(kāi)始開(kāi)展ISW（ instructional skills workshop， http：//is-wnetwork.ca.）培訓(xùn)至今，該項(xiàng)目已累計(jì)為美國(guó)、加拿大及其他國(guó)家培訓(xùn)數(shù)千名大學(xué)助教和新人職人員。與傳統(tǒng)的教學(xué)上崗培訓(xùn)方式不同，ISW具有教學(xué)流程獨(dú)特、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)方式密集、理論講授與多輪mini-lesson相結(jié)合、指導(dǎo)教師比例高、更具人性化等特點(diǎn)。參訓(xùn)人員普遍反映在培訓(xùn)的幾天中很累但很充實(shí)，在教學(xué)技能方面收獲很大。我國(guó)目前的大學(xué)教學(xué)崗前培訓(xùn)多采用傳統(tǒng)方式，存在重過(guò)程、輕效果、流于形式等問(wèn)題，在參與度和實(shí)際效果方面均與ISW培訓(xùn)有較大差距。國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)通過(guò)出國(guó)參與ISW培訓(xùn)獲取一定的經(jīng)驗(yàn)，并在保留ISW核心流程、精神和主旨的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)國(guó)情率先在本校范圍內(nèi)開(kāi)辦了ISW培訓(xùn)班。

VLSI設(shè)計(jì)與驗(yàn)證是國(guó)防科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)專(zhuān)業(yè)碩士生的基礎(chǔ)核心課，側(cè)重于講述以微控制器為代表的大規(guī)模數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證技術(shù)。該課程具有概念多、實(shí)踐性和操作性強(qiáng)等特點(diǎn)，即使是用近幾年流行的MOOC方式也較難獲得良好的效果。課程既需要授課人員講述清晰，將枯燥的內(nèi)容生動(dòng)形象化，同時(shí)也需要教員調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的熱情，將知識(shí)融會(huì)貫通，因而教員的授課水平將對(duì)授課質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。

1 ISW簡(jiǎn)介

ISW的培訓(xùn)實(shí)踐共3天，共計(jì)24-30個(gè)小時(shí)，強(qiáng)調(diào)全程參與。培訓(xùn)包含理論講述和實(shí)踐兩部分，兩者的時(shí)間比例大約為4：6。理論講授采用集體授課，實(shí)踐部分分組進(jìn)行，每組包含4-6名被培訓(xùn)者和2名培訓(xùn)者。

1.1 ISW的原則

ISW本身包含五大原則，這些原則既是對(duì)被培訓(xùn)者的基本要求，也是ISW期望達(dá)到的目標(biāo)（見(jiàn)表1），表中第1列為ISW培訓(xùn)手冊(cè)原文，第2列給出了這些原則的具體解釋。

1.2 BOPPPS六要素

ISW推薦授課時(shí)考慮BOPPPS六要素，強(qiáng)調(diào)每個(gè)要素都必不可少，部分要素可能與課堂內(nèi)容關(guān)聯(lián)不大，但實(shí)際上對(duì)授課效果有很大影響。

（1） Bridge_in：引入。在課程初采用合適的方法將學(xué)生調(diào)整為上課狀態(tài)。

（2） Objective：目標(biāo)。闡述本節(jié)課的目標(biāo)或通過(guò)本節(jié)課學(xué)生應(yīng)該具備什么能力。

（3） Pre-assessment：預(yù)測(cè)試。通過(guò)預(yù)測(cè)試了解學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的掌握程度，便于有的放矢，同時(shí)進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生的聽(tīng)課積極性。

（4） Participatory learning：交互式學(xué)習(xí)。課程的主體部分，講授課程的主要內(nèi)容，注重學(xué)生參與。

（5） Post-assessment：后測(cè)試。通過(guò)后測(cè)試了解學(xué)生對(duì)講授內(nèi)容的接收程度，便于后續(xù)調(diào)整授課方法。

（6）Summary：總結(jié)。對(duì)本節(jié)點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。

在實(shí)踐中作者發(fā)現(xiàn)BOPPPS六要素分別占5%、l0%、10%、55%、15%和5%的課時(shí)比較合適，如圖1所示。

1.3 Mini-Iesson及其流程

每個(gè)被培訓(xùn)者需要講授3個(gè)10分鐘的mlm-lesson，并參與組內(nèi)所有人的mini-lesson。ISW將所有的參與者分為learner（學(xué)習(xí)者）、instructor（講授者）和facilitator（服務(wù)者）3個(gè)角色。其中講授mini-lesson的被培訓(xùn)者擔(dān)任instructor，其他被培訓(xùn)者則為learner，ISW的組織者部分擔(dān)任facilitator，部分擔(dān)任learner。10分鐘的講授過(guò)程是全程錄像的，便于授課者課后總結(jié)自己的授課風(fēng)格。雖然mini-lesson講課部分只有10分鐘時(shí)間，但完整的mini-lesson周期總計(jì)40分鐘（如圖2所示），課前準(zhǔn)備和課后討論的時(shí)間更長(zhǎng)，主要是組內(nèi)成員通過(guò)口頭或書(shū)面方式討論。

2 ISW與傳統(tǒng)教學(xué)崗前培訓(xùn)的區(qū)別

筆者既參加過(guò)傳統(tǒng)的教學(xué)崗前培訓(xùn)，也參加過(guò)ISW培訓(xùn)。兩者的理論來(lái)源基本相同，均為西方近現(xiàn)代教育理論，如認(rèn)知學(xué)習(xí)論、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)論等，但兩者在培訓(xùn)具體方式上的差異造成了學(xué)員參與熱情度和培訓(xùn)效果的不同，這些差異主要包含以下3個(gè)方面。

1）自我吻合性。

教學(xué)崗前培訓(xùn)本身也是一門(mén)課程，培訓(xùn)者也應(yīng)該遵守其教學(xué)規(guī)范，這稱(chēng)之為自我吻合性。然而，傳統(tǒng)教學(xué)崗前培訓(xùn)的子課程經(jīng)常存在自我不吻合的現(xiàn)象，如前一名老師強(qiáng)調(diào)精準(zhǔn)把握授課時(shí)間很重要，后一名老師在培訓(xùn)其他內(nèi)容時(shí)卻大肆拖堂；前一名老師強(qiáng)調(diào)PPT文字太多會(huì)影響授課效果，后一名老師在培訓(xùn)時(shí)PPT中可能會(huì)包含大段的文字。這種不吻合現(xiàn)象會(huì)使被培訓(xùn)者很困惑，同時(shí)也影響培訓(xùn)效果。而ISW非常強(qiáng)調(diào)這種吻合性，如在第一天培訓(xùn)時(shí)，花費(fèi)一個(gè)小時(shí)的時(shí)間讓學(xué)員通過(guò)游戲、面對(duì)面講話等方式互相了解，實(shí)際上就是bridge in的過(guò)程；此外每一個(gè)老師在理論授課時(shí)也確實(shí)按照BOPPPS六要素進(jìn)行。這種自我吻合性對(duì)其講授內(nèi)容具有明顯的增強(qiáng)效果。

2）人文關(guān)懷。

ISW的人文關(guān)懷是多方面的，主要體現(xiàn)在：①游戲環(huán)節(jié)讓學(xué)員互相熟悉；②Mini-Iesson的組織者也作為learner參與交互式學(xué)習(xí)，師生之間交流更密切；③整個(gè)培訓(xùn)過(guò)程不評(píng)分，沒(méi)有批評(píng)，只有鼓勵(lì)和要求；④Mini-lesson中大家對(duì)講授者的評(píng)價(jià)、鼓勵(lì)、期望都寫(xiě)在一張漂亮的紙上便于收藏；⑤ISW培訓(xùn)結(jié)束前組內(nèi)成員互贈(zèng)寄語(yǔ)、賀卡。這些不經(jīng)意的細(xì)節(jié)，也可以認(rèn)為是participatory leaming的一部分。然而傳統(tǒng)的教學(xué)崗前培訓(xùn)在人文關(guān)懷方面比較欠缺，參訓(xùn)學(xué)員和培訓(xùn)老師之間的關(guān)系比較遠(yuǎn)，這既影響學(xué)員的參與熱情，也影響培訓(xùn)效果。

3）密集體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。

ISW沒(méi)有最終的考核，但必須全程參與，強(qiáng)調(diào)密集體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①M(fèi)ini-Iesson的次數(shù)多；②課后討論的時(shí)間更多。每名學(xué)員自己主講的mini-lesson次數(shù)和參與討論其他人員的mini-lesson的次數(shù)可達(dá)12-15次，這種密集體驗(yàn)式的學(xué)習(xí)比較符合接收、嘗試和強(qiáng)化新技能的一般規(guī)律。傳統(tǒng)的教學(xué)崗前培訓(xùn)一般采用理論考試和試講的方式，但其試講時(shí)間通常較長(zhǎng)（30分鐘左右），次數(shù)只有1次，并且課后討論不夠充分，缺少?gòu)摹氨┞秵?wèn)題”到“討論發(fā)現(xiàn)問(wèn)題”再到“改進(jìn)提高”的過(guò)程。

3 教學(xué)實(shí)踐啟發(fā)

筆者參與了所在大學(xué)VLSI設(shè)計(jì)與驗(yàn)證部分內(nèi)容的授課，該課程為本校微電子與固體電子學(xué)專(zhuān)業(yè)碩士生的基礎(chǔ)核心課，每年選修該門(mén)課的學(xué)生為40名左右。筆者通過(guò)在ISW培訓(xùn)前和培訓(xùn)后講授該門(mén)課的對(duì)比實(shí)踐，得到了如下啟發(fā)。

1）重視基本的教學(xué)元素。

正如BOPPPS模型強(qiáng)調(diào)的，某些授課環(huán)節(jié)可能與課程本身內(nèi)容關(guān)聯(lián)不大，但實(shí)際上對(duì)授課效果有很大影響。在VLSI設(shè)計(jì)與驗(yàn)證講授過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，上課初花一點(diǎn)時(shí)間講述一下IC業(yè)界的新聞趣聞，下課前花一點(diǎn)時(shí)間復(fù)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容，課堂中間提問(wèn)等，對(duì)整課堂的節(jié)奏和聽(tīng)課效果起著非常大的作用。

2） Pre-assessment階段能夠有效考查學(xué)生在某些知識(shí)點(diǎn)的欠缺，從而更加有針對(duì)性進(jìn)行教學(xué)。

如在講述“設(shè)置輸入/輸出延時(shí)綜合約束”知識(shí)點(diǎn)時(shí)，通過(guò)pre-assessment我們發(fā)現(xiàn)，由于課程體系的調(diào)整，學(xué)生還沒(méi)有學(xué)到“flip-flop的建立時(shí)間和保持時(shí)間”的概念，因而教師果斷增加了該知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容，否則根本無(wú)法將setinput_delay -max/-min講清楚，學(xué)生們自然也就無(wú)法充分理解和掌握相關(guān)內(nèi)容。

3）注重participatory learning，充分考慮學(xué)生因素，使師生之間更有共同語(yǔ)言。

VLSI設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的授課對(duì)象包含兩類(lèi)：一類(lèi)為本校直上研究生的學(xué)生，專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)較好，本科時(shí)期一般接觸過(guò)Verilog語(yǔ)言，今后可能考博或畢業(yè)分配，不存在就業(yè)壓力；另一類(lèi)學(xué)生的人數(shù)稍多，專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)跨度較大，要參加企業(yè)的招聘。授課時(shí)，可充分關(guān)注這兩類(lèi)學(xué)生的潛在需求，在講述某些知識(shí)點(diǎn)時(shí)強(qiáng)調(diào)某公司的面試題以調(diào)動(dòng)后一類(lèi)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；同時(shí)不能厚此薄彼，也要強(qiáng)調(diào)該知識(shí)點(diǎn)在工程實(shí)踐中也會(huì)用到。由于后一類(lèi)學(xué)生略多，在授課時(shí)應(yīng)采用中速節(jié)奏。通過(guò)這樣的改進(jìn)，學(xué)生上課的積極性被調(diào)動(dòng)了起來(lái)，上課睡覺(jué)、玩手機(jī)的現(xiàn)象幾乎消失。

4）注重participatory learning，努力讓課程生動(dòng)形象，以引起學(xué)生的興趣。

在VLSI設(shè)計(jì)與驗(yàn)證課程中會(huì)講述designcomplier工具定義的8類(lèi)對(duì)象，之前不管如何講述學(xué)生都無(wú)法輕松記憶。在ISW培訓(xùn)后，筆者對(duì)該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析，研究如何講述能使學(xué)生更易接受，發(fā)現(xiàn)8類(lèi)對(duì)象的英文名稱(chēng)分別是design、cell、net、clock、reference、pin、port、library，其首字母分為4組為DC+NC+RP+PL。因而教師可以在授課時(shí)強(qiáng)調(diào)：DC和NC是IC前端人員必須會(huì)使用的兩個(gè)EDA工具，RP（人品）和PL（漂亮）是年輕人找“對(duì)象”要考慮的要素。這樣，該知識(shí)點(diǎn)就變得簡(jiǎn)單、易記，而且生動(dòng)了起來(lái)。通過(guò)這樣的改進(jìn)，課程內(nèi)容自然生動(dòng)形象了許多，學(xué)生的聽(tīng)課熱情也得到了提高。

4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

筆者統(tǒng)計(jì)了在ISW培訓(xùn)前后講授VLSI設(shè)計(jì)與驗(yàn)證時(shí)課上及課后學(xué)生與老師的交互程度及交互內(nèi)容，從側(cè)面反映出授課效果的差異。前后兩年選修這門(mén)課的學(xué)生總?cè)藬?shù)基本持平（均為40人左右），筆者在前后兩年每節(jié)課的時(shí)間相等的情況下選取了“平均課上交互次數(shù)”“平均課后交互次數(shù)”和“平均每節(jié)課交互時(shí)間”這3個(gè)參數(shù)來(lái)衡量學(xué)生與老師的交互程度，分別定義為：

平均課上交互次數(shù)=（課堂內(nèi)經(jīng)老師提問(wèn)學(xué)生發(fā)言總次數(shù)×1+課堂內(nèi)學(xué)生自發(fā)發(fā)言總次數(shù)×2）/上課次數(shù)

平均課后交互次數(shù)=課間及課后學(xué)生主動(dòng)發(fā)言的總次數(shù)/上課次數(shù)

平均每節(jié)課交互時(shí)間=除老師講述課程內(nèi)容外學(xué)生與老師的總對(duì)話時(shí)間/上課次數(shù)

由圖3可以看出，經(jīng)過(guò)ISW培訓(xùn)改進(jìn)授課方法后，學(xué)生平均課上交互次數(shù)由0.8次增加到4.0次，平均課后交互次數(shù)由2.0次增加到5.0次，平均每節(jié)課交互時(shí)間由2.0分鐘上升為8.0分鐘，分別為原來(lái)的5倍、2.5倍和4倍。這說(shuō)明在ISW培訓(xùn)后，通過(guò)改進(jìn)授課方法，跟上老師思路的學(xué)生人數(shù)增多了，提問(wèn)的次數(shù)明顯增加。另外交互式的授課方法使師生間的距離拉近了，學(xué)生發(fā)言和表達(dá)觀點(diǎn)的意愿得到了增強(qiáng)。

圖4對(duì)比了在ISW培訓(xùn)前后，講授VLSI設(shè)計(jì)與驗(yàn)證之后學(xué)生與老師交流內(nèi)容的具體情況。在ISW培訓(xùn)前沒(méi)有改進(jìn)授課方法時(shí)，每次授課后學(xué)生和老師主要就課堂上的知識(shí)點(diǎn)和課程實(shí)踐大作業(yè)的內(nèi)容進(jìn)行少量交互；在ISW培訓(xùn)后，作者改進(jìn)了授課方法，授課時(shí)學(xué)生和老師的交流內(nèi)容從數(shù)量和種類(lèi)上都有所增加，如對(duì)于課堂上的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生提問(wèn)的次數(shù)增加了3倍，從側(cè)面反映了學(xué)生的聽(tīng)課效果得到了改善。此外，沒(méi)有改進(jìn)授課方法前，學(xué)生和老師基本上沒(méi)有關(guān)于之前課程知識(shí)點(diǎn)、今后工作情況和學(xué)習(xí)方法方面的討論和交互，而在改進(jìn)授課方法后，學(xué)生和老師的交流內(nèi)容在這些方面增加了很多。這主要得益于交互式的授課方法使老師的親和力得到了改善，師生的交互渠道更加通暢。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，按照ISW培訓(xùn)推薦的方式改進(jìn)授課方法，任課教員和學(xué)員的交互程度將會(huì)得到顯著提高，授課效果也會(huì)得到相應(yīng)的改善，因而ISW培訓(xùn)方法值得廣泛推廣。在未來(lái)VLSI設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的趨勢(shì)下，如何運(yùn)用新的教學(xué)方法和技巧進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量是我們接下來(lái)需要關(guān)注的重點(diǎn)。