從大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽談本科教學(xué)改革

集美大學(xué)信息工程學(xué)院 吳一亮 袁占生 楊光松

從大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽談本科教學(xué)改革

集美大學(xué)信息工程學(xué)院 吳一亮 袁占生 楊光松

從我校組織學(xué)生參加大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽的情況出發(fā)，分析了大賽對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作用及意義。探討了我校本科教學(xué)方面存在的不足，以及我們準(zhǔn)備采取的設(shè)置實(shí)踐配合的引導(dǎo)性新課程、合理安排課程路徑和參加科技競(jìng)賽等改進(jìn)措施。

集成電路設(shè)計(jì)大賽；教學(xué)改革；本科教育

0. 引言

集美大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)（電科）專業(yè)是集美大學(xué)信息工程學(xué)院在“十一五”期間，根據(jù)學(xué)科專業(yè)發(fā)展的需要以及海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展對(duì)集成電路人才的大量需求，綜合學(xué)院電子、通信兩專業(yè)幾十年的本科教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)力， 2007年學(xué)院決定啟動(dòng)電科專業(yè)申報(bào)工作，并于2008年正式提交申請(qǐng)書，2009年獲教育部批準(zhǔn)招生，2010年9月開始招收四年制本科學(xué)生，計(jì)劃招生人數(shù)兩個(gè)班60人。電子科學(xué)與技術(shù)教研室成立于2010年，隸屬于集美大學(xué)信息工程學(xué)院。在學(xué)校的大力支持下，專業(yè)招生伊始，共計(jì)投入200多萬(wàn)元人民幣的經(jīng)費(fèi)建設(shè)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，在已有省電工電子中心示范中心的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增建了3間該專業(yè)的專用機(jī)房，添置的設(shè)備覆蓋了專業(yè)方面的所有實(shí)驗(yàn)和教師研發(fā)平臺(tái)：有集成電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的大部分專業(yè)實(shí)驗(yàn)，有專業(yè)EDA開發(fā)與應(yīng)用平臺(tái)。

我們組織學(xué)生參加了2014年的集成電路設(shè)計(jì)大賽取得了三等獎(jiǎng)，2015年沒有參加，今年參加大賽取得了二等獎(jiǎng)。大賽為提升大學(xué)生的集成電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用能力提供了重要平臺(tái)，適應(yīng)高校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。從命題看大賽由企業(yè)結(jié)合產(chǎn)業(yè)界實(shí)際需求提出大賽題目，考核內(nèi)容的難度逐年增加，對(duì)參賽隊(duì)伍的專業(yè)素質(zhì)要求也越來越高。為學(xué)生將所學(xué)的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問題提供了實(shí)踐平臺(tái)。因集美大學(xué)電科專業(yè)建立不久，還沒有碩士點(diǎn)，針對(duì)大賽對(duì)參賽學(xué)生能力的要求，我們對(duì)本科教學(xué)做了相應(yīng)的教學(xué)研究與改革。

1. 目前我校本科教學(xué)存在的問題

自集美大學(xué)電科專業(yè)建立以來，集成電路教學(xué)投入成本大，學(xué)生實(shí)踐教學(xué)成效不足一直困擾著我們。學(xué)生也對(duì)本專業(yè)就業(yè)等問題感到困惑，甚至不少學(xué)生畢業(yè)后放棄本專業(yè)就業(yè)。而我國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)正面臨著人才數(shù)量和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足發(fā)展需求的矛盾[1]。結(jié)合我們今年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，目前本科教學(xué)主要存在以下問題。

1.1 課程設(shè)置順序不合理

課程設(shè)置順序不合理，在大一大二安排了大量的理論基礎(chǔ)課程卻缺乏專業(yè)技能相關(guān)知識(shí)的教育。比如學(xué)生在大一第一學(xué)期學(xué)習(xí)了C語(yǔ)言之后，一直要到大三第二學(xué)期才會(huì)涉及到用C語(yǔ)言編程的課程如單片機(jī)應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)等課程。使得理論和實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重，除了少數(shù)參加科技競(jìng)賽的學(xué)生外，其他學(xué)生到大三基本將C語(yǔ)言的內(nèi)容忘得一干二凈了。許多學(xué)生即使在大一時(shí)對(duì)C語(yǔ)言教材的內(nèi)容掌握的比較透徹，考試也能得到一個(gè)比較理想的分?jǐn)?shù)。但結(jié)合具體項(xiàng)目來真正編程卻一籌莫展。

1.2 教學(xué)實(shí)踐缺乏系統(tǒng)性

對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)來說要學(xué)習(xí)的東西實(shí)在是太多了，且數(shù)字設(shè)計(jì)和模擬設(shè)計(jì)就是兩條完全不同的學(xué)習(xí)路徑。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于初學(xué)者來說，要學(xué)的知識(shí)點(diǎn)很多。學(xué)生必須從大一開始學(xué)習(xí)好C語(yǔ)言，之后需要學(xué)習(xí)邏輯電路設(shè)計(jì)、硬件描述語(yǔ)言和操作系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)才能順利的進(jìn)行SOC的開發(fā)。但目前普通高校開設(shè)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程大多數(shù)都有相應(yīng)的課堂教學(xué)，其主要內(nèi)容都是涉及教師在課堂上所要求的重點(diǎn)內(nèi)容，無(wú)法從系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)上進(jìn)行考慮。 學(xué)生一開始根本不明白為什么要學(xué)習(xí)這些。

1.3 學(xué)生沒有學(xué)習(xí)熱情

學(xué)校一般在大三才開始專業(yè)課教學(xué)，學(xué)生在前兩年的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)中，熱情基本消耗殆盡。對(duì)于工科學(xué)生來說很多理論課程學(xué)生根本不知道學(xué)的能干什么。而大三開始的專業(yè)課程配套項(xiàng)目深度不夠，學(xué)生學(xué)了之后沒法用到實(shí)際項(xiàng)目中去，而學(xué)校由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的時(shí)間場(chǎng)地等條件限制，也無(wú)法開出很多有深度的項(xiàng)目[2]。導(dǎo)致最終很多學(xué)生整日昏昏噩噩，到大四找工作才開始慌張。

2. 改革的措施

集成電路設(shè)計(jì)涵蓋知識(shí)面廣、較為抽象。學(xué)習(xí)過程中學(xué)生很容易迷失，從而失去學(xué)習(xí)的熱情。我們探索提出了以下的措施。

2.1 設(shè)置實(shí)踐配合的引導(dǎo)性新課程

我院學(xué)生常反映入學(xué)前兩年較少涉及到本學(xué)科知識(shí)，普遍感到迷茫。如何讓大一新生較早接觸到專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，且能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)本學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。我們提出了《基于機(jī)器人實(shí)踐的信息科學(xué)導(dǎo)論》課程。早期的機(jī)器人硬件價(jià)格高，涉及到硬件軟件，編程復(fù)雜，不宜作為入門課程內(nèi)容。近年來機(jī)器人硬件價(jià)格大幅下降，面向服務(wù)的軟件技術(shù)和可視化編程技術(shù)的發(fā)展使機(jī)器人的編程應(yīng)用在大學(xué)一年級(jí)，甚至高中教學(xué)成為可能。本課程和美國(guó)亞利桑那大學(xué)合作利用其開發(fā)的可視化機(jī)器人編程環(huán)境VIPLE（Visual IOT/Robtics Programming Language Environment），來編程控制智能小車。學(xué)生通過繪制應(yīng)用程序的流程圖實(shí)現(xiàn)編程，開發(fā)環(huán)境中的編譯軟件將其轉(zhuǎn)換為可以執(zhí)行的程序，就算是沒有程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的人員也可以在幾分鐘內(nèi)完成自己的機(jī)器人應(yīng)用程序。經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)和動(dòng)手，大一學(xué)生可以自己完成智能小車的安裝并編寫出較復(fù)雜的智能程序，指導(dǎo)機(jī)器人探索未知迷宮并走出迷宮。作為入門課程，本課程不單講授原理更重要的是指導(dǎo)學(xué)生理解原理后將其應(yīng)用到實(shí)踐中，讓學(xué)生知道本學(xué)科的知識(shí)能用到哪里，從激發(fā)學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)熱情。

2.2 合理安排課程路徑

為了彌補(bǔ)前兩年實(shí)踐專業(yè)課不足的情況，我們探索將數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程順序提前到大一大二完成。學(xué)生在學(xué)習(xí)了編程應(yīng)用后，到大三就可以開始深入了解信息技術(shù)背后的集成電路設(shè)計(jì)了。這時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生按自己愛好向模擬、數(shù)字或器件方向發(fā)展。

2.3 參加科技競(jìng)賽，激發(fā)學(xué)生熱情

通過參加基礎(chǔ)電路設(shè)計(jì)大賽這個(gè)平臺(tái)可以最大程度的將所學(xué)應(yīng)用到實(shí)踐中。企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出競(jìng)賽題目的技術(shù)指標(biāo)，緊貼工程實(shí)際，為學(xué)生工程和創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了保障。

3. 結(jié)束語(yǔ)

十三五期間，集美大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)將承擔(dān)4個(gè)本科班的人才培養(yǎng)任務(wù)。招生人數(shù)的增加和專業(yè)人才的需求對(duì)實(shí)踐教學(xué)提出了更高的要求。通過大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽這個(gè)平臺(tái)鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)精神，為今后從事集成電路設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)也對(duì)教學(xué)改革產(chǎn)生重大影響。希望大賽越辦越好。

[1]卜丹.集成電路設(shè)計(jì)本科教學(xué)改革探索[J].黑龍江教育,2015(10):31-32.

[2]吳一亮.如何開展ARM與FPGA綜合設(shè)計(jì)的教學(xué)探索[J].電子世界,2015(12上):61-63.

吳一亮（1979-），男，福建廈門人，集美大學(xué)信息工程學(xué)院講師，博士。