《ASIC課程設(shè)計》教學(xué)模式改革與研究

陳光輝

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《ASIC課程設(shè)計》教學(xué)模式改革與研究

陳光輝

（湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖南 永州 425199）

ASIC設(shè)計是一門實踐性很強的課程，在理論基礎(chǔ)上需要安排ASIC課程設(shè)計。由于ASIC設(shè)計流程工序多且復(fù)雜，不能再按照以往的課程設(shè)計安排。本文就ASIC課程設(shè)計題目的選定，以及課程設(shè)計完成的節(jié)點，課程設(shè)計完成的提交都與傳統(tǒng)的教學(xué)模式有所改變，講授了三屆學(xué)生取得很好的效果，受到學(xué)生的好評。

ASIC課程設(shè)計；教學(xué)改革；

1　引　言

21世紀已經(jīng)邁入芯時代，目前每個行業(yè)都離不開芯片。比如現(xiàn)在的工業(yè)、服務(wù)業(yè)、通訊行業(yè)、國防等等。沒有芯片那么工業(yè)機器將無法控制運轉(zhuǎn)，沒有通訊芯片，手機、網(wǎng)絡(luò)無法工作，大家仿佛又回到了19世紀。沒有軍用芯片，我們的飛機不能升空，戰(zhàn)艦不能下海，現(xiàn)代化信息戰(zhàn)更是無從談起。然而中國至今沒有幾款是自主知識產(chǎn)權(quán)的芯片，隨著打造中國芯在業(yè)界越來越高的呼吁[1,2]，并且國家十三五規(guī)劃也把發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)提高到國家層面上來，中國集成電路行業(yè)將迎來它的春天。集成電路產(chǎn)業(yè)要發(fā)展，就需要大量的集成電路方面的人才。高校承接著如何培養(yǎng)人才的重任，但是如何培養(yǎng)可用人才能與企業(yè)接軌是現(xiàn)在高校普遍面臨著的困局?，F(xiàn)階段我國急需集成電路設(shè)計和集成電路制造專業(yè)人才。據(jù)集成電路行業(yè)協(xié)會不完全統(tǒng)計，以人均20萬美元銷售計算，到2020年，設(shè)計業(yè)從業(yè)人員總數(shù)將達到26萬人，其中設(shè)計工程師按35%計算，需要培養(yǎng)9萬人。目前設(shè)計工程師總數(shù)約3萬人，缺口大約6萬人。集成電路制造業(yè)到2020年，工藝研發(fā)工程師的需求總量約為7000人，目前僅有不到1000人，缺口大約6000人?？梢钥闯鑫覈呻娐凡徽撌窃O(shè)計專業(yè)人員，還是工藝研發(fā)專業(yè)人員缺口都很大。

2　教學(xué)模式改革與研究

2.1 ASIC設(shè)計課程現(xiàn)狀

在20世紀末，我國許多高校開設(shè)了微電子專業(yè)，有些學(xué)校甚至辦了微電子學(xué)院，但是教材陳舊匱乏。比如現(xiàn)在集成電路工藝已經(jīng)發(fā)展到了最新的16nm，目前大部分高校所用電子工業(yè)出版社出版的《數(shù)字集成電路—電路、系統(tǒng)與設(shè)計》全是用0.25微米的工藝。設(shè)計方法學(xué)也涉及太少，20世紀末集成電路還主要是從down—top的設(shè)計方法，目前主要是top—down的設(shè)計方法，而且基本上是模塊化的應(yīng)用。模塊化的應(yīng)用就催生了驗證的需求，都有現(xiàn)成的IP模塊，系統(tǒng)架構(gòu)工程師把各個IP搭建起來，設(shè)計工程師設(shè)計適當?shù)恼澈想娐?，驗證工程師就需要全面的驗證整個芯片系統(tǒng)。驗證工程師的作用越來越重要，現(xiàn)在公司主流的驗證方法是基于UMM或者VMM驗證平臺，但是高校很少涉及到驗證的知識，更談不上驗證方法學(xué)了。再者集成電路行業(yè)專業(yè)人才薪資待遇較普遍行業(yè)都高，高校微電子學(xué)專業(yè)的本科、研究生就業(yè)形勢樂觀，導(dǎo)致攻讀博士學(xué)位的人數(shù)較少，有公司工程項目經(jīng)驗的人才回到學(xué)校的人才更少。就出現(xiàn)了當前高校普遍的現(xiàn)象，學(xué)生學(xué)不到公司所需要的專業(yè)知識，公司招到合適的人才。

2.2 ASIC課程設(shè)計教學(xué)模式改革的必要性

ASIC課程設(shè)計是學(xué)習(xí)集成電路理論知識后開設(shè)的一個實踐性課程。開設(shè)的目的就是希望學(xué)習(xí)在掌握理論知識后能通過實驗實踐來提升集成電路設(shè)計技能[3,4]。由于ASIC設(shè)計是一門工程性課程，純理論講解，學(xué)生普遍反應(yīng)枯燥，并且達不到理論升華的效果。并且ASIC設(shè)計流程復(fù)雜，工序繁瑣[5,6]。目前ASIC課程設(shè)計的教學(xué)模式仍然是，第一，小實驗?zāi)Ｊ剑?-4課時不等的開展幾個小實驗），不能完全按照設(shè)計流程完成一個設(shè)計實驗；第二，實驗內(nèi)容單一，所有學(xué)生都做同一個實驗內(nèi)容，這樣不能很好的防止學(xué)生抄襲，達到獨立完成的效果；第三，實驗報告形勢不靈活，學(xué)生做完實驗后統(tǒng)一提交一份實驗報告后，錯誤與否學(xué)生再也不用關(guān)心，沒有形成問題反饋以及反饋后的解決。按照以往小實驗?zāi)Ｊ缴狭艘荒暾n，期末所做問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，90%以上學(xué)生反應(yīng)說還是沒有明白集成電路設(shè)計的流程，也不熟練設(shè)計的EDA工具。在以往小實驗的教學(xué)模式學(xué)生反應(yīng)較差的情況下，ASIC課程設(shè)計的教學(xué)改革就提上日程。

2.3 ASIC課程設(shè)計教學(xué)模式改革的可行性

既然，按以往小實驗的模式開設(shè)ASIC課程設(shè)計反應(yīng)較差，那么如何開展新的教學(xué)模式，能不能開展下去呢？探索ASIC課程設(shè)計教學(xué)模式改革的可行性就必須要先考慮。

2.3.1提前溝通。本校ASIC課程設(shè)計總課時有32個課時，理論8個學(xué)時，實驗24課時。在上第一節(jié)理論課的時候，就提出由于上一年級同學(xué)反應(yīng)以往的教學(xué)模式對掌握本門課程內(nèi)容較差，此門課程老師打算課程改革。把教學(xué)改革的內(nèi)容，方式方法一一給學(xué)生解釋清楚，并征求學(xué)生的意見和建議。這樣不僅讓學(xué)生能主動的參與教學(xué)改革計劃的制定，也讓學(xué)生認為老師是充分尊重他們的，而且還提前讓學(xué)生了解了課程的步驟和基本內(nèi)容，從課堂氛圍看出學(xué)生興致很高，討論很積極。課程改革就到了具體實施階段。

2.3.2分組。此次教學(xué)改革中也牽扯到分組，以往的分組是把若干個實驗分次，一個班的學(xué)生每次做其中一個實驗?；蛘甙岩粋€大的實驗分成若干個小實驗，學(xué)生每次完成一個小實驗?，F(xiàn)在，班上42個學(xué)生每組3人，形成一個團隊，共14組。具體分組本著自愿原則，但是不能完全放開，適當?shù)母深A(yù)。不能讓成績都差的學(xué)生在一組，也不能讓成績都好的同學(xué)在一組，要分開。成績好的團隊中帶一個成績差點的，并在后續(xù)實驗中重點觀察成績差的同學(xué)，督促他完成實驗。

2.3.3選題。選題在整個教學(xué)改革中非常重要，所有的實驗題目不能太難，也不能太簡單，而且哪些團隊選擇什么題目都是要考慮的。首先選擇ASIC課程設(shè)計題目，教學(xué)改革后總共選定17個ASIC課程設(shè)計題目，其中難度各異，有3個難度大的，10個難度適中的，4個難度相對小些的。教師確定好總題目后，由教師分配課程設(shè)計題目，也留有幾個題目供學(xué)生自行選擇。幾個較難的題目要指定分配到成績較好的組去。這樣既能保證課程設(shè)計的進度，也能關(guān)照到質(zhì)量。

2.3.4開放式答疑。答疑是整個課程設(shè)計中的關(guān)鍵，答疑模式要改變過去那種教師對學(xué)生一對一的模式，采用開放式答疑[7,8]。在整個答疑過程中老師只是指引，學(xué)生才是答疑環(huán)節(jié)中的主體。分為課程設(shè)計中的不定時答疑，和課程設(shè)計提交前的總答疑。學(xué)生可以向老師提問，也可以上網(wǎng)自行查找，也可以請教同學(xué)，上網(wǎng)查資料和問同學(xué)不再是舞弊行為。以往答疑模式總是學(xué)生一遇到問題，立即舉手示意，老師給學(xué)生解答，普遍是一對一的模式。開放式答疑就是學(xué)生遇到的某些有代表性的問題，我會組織全班一起討論，并給定一個時間先自行解決，后再補充說明，這樣增加學(xué)生自己動手解決問題的能力。再則，可以指定做得快，做得好的同學(xué)給進度較慢的同學(xué)解答，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，并讓進度慢的同學(xué)有危機感。

2.3.5成績評定。成績的評定要考慮多方面因素，不再是以往教學(xué)模式最后唯實驗報告定論。應(yīng)該綜合考慮學(xué)生在整個課程設(shè)計中的表現(xiàn)來給分。本次教學(xué)改革成績評定主要包括，實驗出勤20%，實驗中答疑表現(xiàn)20%，實驗答辯40%，實驗報告提交20%。其中答辯部分為公開答辯，以小組學(xué)生為單位進行實驗原理、實驗操作、實驗結(jié)論等進行陳述。并由老師和全體學(xué)生現(xiàn)場公開提問。這種公開答辯形式有利于師生之間思想的交流，展示能力水平，增強師生之間的互動，提高學(xué)生的積極性。

3　總　結(jié)

運用改革后的教學(xué)模式，已經(jīng)應(yīng)用在11級、12級、13級的《ASIC課程設(shè)計》課程中，通過課程設(shè)計結(jié)束后每個同學(xué)關(guān)于ASIC課程設(shè)計教學(xué)改革意見反饋表統(tǒng)計得到。教學(xué)模式改革課前溝通認可度93%，課程設(shè)計難度能接受度95%，課程答疑方式方法接受度97%，成績評定接受度90%。從反饋統(tǒng)計可以看出，課程設(shè)計教學(xué)改革得到了絕大多數(shù)學(xué)生的認可，此教學(xué)改革可以延續(xù)下去。

[1]雷瑾亮,張劍,馬曉輝.集成電路產(chǎn)業(yè)形態(tài)的演變和發(fā)展機遇[J].中國科技論壇,2013,(7):34-39.

[2]2015年中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)十大趨勢[J].電子技術(shù)與軟件工程,2015,(4):3-5.

[3]鄧開野,劉長海.食品工程原理課程設(shè)計教學(xué)模式改革與實踐[J].輕工科技,2010,(5):129-130.

[4]牛小燕,李蕓,馬學(xué)條."數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計”的教學(xué)模式改革與實踐[J].高校實驗室工作研究,2015,(2):19-20.

[5]湯智林,韓龍君.課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)的有效控制[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報,2008,(3):28-30.

[6]魏連江,王德明,陳開巖.《礦井通風與安全》課程設(shè)計教學(xué)模式研究與改革[J].中國安全生產(chǎn)學(xué)技術(shù),2011,(7):163- 167.

[7]徐少瑩,任愛鋒.數(shù)字電路與FPGA設(shè)計實驗教程[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2012.

[8]李曉會.SQL Server數(shù)據(jù)庫設(shè)計與實現(xiàn)課程教學(xué)模式改革探索與實踐[J].哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2011(1):54-56.

（責任編校：宮彥軍）

2016－09－01

湖南科技學(xué)院教學(xué)改革研究項目（項目編號XKYJ2015038）；湖南科技學(xué)院科研項目（項目編號 13XKY103）；湖南科技學(xué)院重點學(xué)科建設(shè)項目 (電路與系統(tǒng))。

陳光輝（1983－），男，四川資陽人，講師，碩士研究生，研究方向為集成電路設(shè)計與驗證、系統(tǒng)設(shè)計與數(shù)字信號處理。

G642.0

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1673-2219（2016）10-0047-02