探究研究生教學(xué)中實踐能力提升方法

張麗+沈劍良+宋克+呂平

摘 要 研究生教育肩負(fù)著培養(yǎng)科研人才的重任，但是目前的研究生教學(xué)中存在部分研究生實踐能力低，無法滿足國家對于科研人才需求的標(biāo)準(zhǔn)。因此，采取有效措施提高研究生實踐能力是亟待解決的問題。以現(xiàn)代SoC設(shè)計課程為例，從四個方面論述提高研究生實踐能力的方法，該方法實施多年，取得顯著成效。

關(guān)鍵詞 實踐能力；研究生教學(xué)；現(xiàn)代SoC設(shè)計課程；仿真工具

中圖分類號：G643.2 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）23-0146-02

1 研究生教學(xué)中存在的問題

研究生教育肩負(fù)著培養(yǎng)科研人才的重任，是高層次人才的搖籃，國家需要大批具備扎實科學(xué)研究能力和實踐能力的研究生從事科技工作研究。如何提高研究生科研實踐能力，如何提高研究生教育質(zhì)量，成為廣大教育工作者亟待解決的難題。

研究生教學(xué)中存在一種普遍現(xiàn)象，即研究生在修完課程后，進入實習(xí)階段或者進入公司、企業(yè)后，往往會發(fā)現(xiàn)所學(xué)非所用，大量的科研知識和實踐技能需要重新學(xué)習(xí)，這也從側(cè)面反映出高校的課程設(shè)置明顯滯后于科技發(fā)展[1]。另外，有些高校雖然開設(shè)了實踐課程，但是時間短，實踐時間得不到有效保障，實踐能力得不到有效培養(yǎng)，甚至有些學(xué)校為了避免麻煩，減少了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)[2]。這樣就造成研究生教學(xué)內(nèi)容與就業(yè)實際的矛盾，也造成教育資源的浪費。因此，非常有必要在研究生教學(xué)中加入并加大實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容，避免研究生只有理論知識而無實踐能力，且為研究生后續(xù)進入工作單位打下基礎(chǔ)。

以現(xiàn)代SoC設(shè)計課程為例，前期該門課程教學(xué)中存在諸多問題[3]：

1）教材理論性強，對設(shè)計流程知識簡單羅列，不夠直觀形象，且很少或者根本沒有配套的實驗，缺乏與實踐教學(xué)的聯(lián)系，造成理論課程和實踐能力脫節(jié)，不能直接與SoC系統(tǒng)設(shè)計相對應(yīng)；

2）課程涉及知識面很廣，從底層的半導(dǎo)體物理器件，到芯片設(shè)計與驗證，以及封裝測試，橫向與縱向的知識關(guān)聯(lián)性強，如果學(xué)員沒有很好地掌握這些知識，勢必影響其對于現(xiàn)代SoC設(shè)計課程的整體學(xué)習(xí)與掌握，同時增加了教員講授的難度，制約了課程教學(xué)的立體化展開；

3）實踐環(huán)節(jié)過分單一，不能與理論教學(xué)有效結(jié)合，造成理論教學(xué)與實踐的嚴(yán)重脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)員感慨地說上課的時候內(nèi)容很多，實踐上機環(huán)節(jié)卻跟理論教學(xué)關(guān)聯(lián)度很小，像是上兩門課程。

諸如此類問題一一暴露出實踐教學(xué)環(huán)節(jié)迫切需要提升教學(xué)品質(zhì)，增加學(xué)員的認(rèn)同度與可執(zhí)行性，需要積極采取措施提高現(xiàn)代SoC設(shè)計實踐課的比重與品質(zhì)，于是進行一系列改革，連續(xù)多年，該門課程在教學(xué)中取得非常不錯的效果，在學(xué)員中反響熱烈，教學(xué)成效顯著。

2 積極采取措施，提高研究生動手實踐能力

以現(xiàn)代SoC設(shè)計課程為例，進行改進和完善：首先以興趣為導(dǎo)向，增加學(xué)員感興趣的前沿知識點；并為此設(shè)置相應(yīng)的實驗課程，為提高學(xué)員學(xué)習(xí)的自主性，減少課堂上“滿堂灌”式的課程講授，加大上機實踐課程的比例（目前課程授課與上機實踐的比重達到2：3，實踐課程比重明顯提高）；為避免學(xué)員就業(yè)后出現(xiàn)所學(xué)非所用的尷尬，引入公司的培訓(xùn)內(nèi)容，讓學(xué)員變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，同時提高其實踐能力；最后引導(dǎo)學(xué)員充分利用課余時間做自己感興趣的課題和實驗，實現(xiàn)延伸教學(xué)。

以興趣為導(dǎo)向，增加前沿知識結(jié)構(gòu) 要想提高學(xué)員的動手實踐能力，首先需要引起其興趣，興趣是最好的老師。以現(xiàn)代SoC設(shè)計課程為例，為提高學(xué)員對該門課程的興趣和關(guān)注度，課程組根據(jù)最新的前沿技術(shù)特點，對課程內(nèi)容進行更新和優(yōu)化。如實驗課內(nèi)容就根據(jù)最新的工具使用情況，添加了Cadence公司的Incisive Enterprise Simulator仿真工具的使用實驗。該仿真工具在很多IC設(shè)計公司都會使用到，這樣就比較容易引起學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，使他們明白該實驗課不會出現(xiàn)所學(xué)非所用的狀況，學(xué)習(xí)的內(nèi)容和工具，畢業(yè)進入公司后一樣可以使用其來完成工作任務(wù)，另外還可以在公司無縫對接、順利上手。

另外，根據(jù)最新的驗證方法學(xué)的發(fā)展趨勢，添加基于UVM驗證平臺的實驗內(nèi)容，UVM驗證方法學(xué)也是目前比較前沿的驗證方法學(xué)，在大型IC設(shè)計公司都很風(fēng)靡，尤其是對于比較大型的項目，很多都采取UVM驗證平臺進行驗證工作的開展?；诖耍瑢W(xué)員就有興趣學(xué)習(xí)該項內(nèi)容。

另外，在每次授課之前會對該次課程涉及的書籍和相關(guān)參考文獻進行推薦，方便學(xué)員在課余時間了解相關(guān)行業(yè)內(nèi)容。俗話說：授人以魚不如授人以漁。使研究生學(xué)會查閱相關(guān)行業(yè)的文檔書籍是他們最應(yīng)該學(xué)習(xí)的技能。

加大上機實踐課程比例，提高學(xué)員自主性 為培養(yǎng)符合社會需要的研究生，努力提高研究生的科研能力和實踐能力，必須采取一系列切實有效的方法。以現(xiàn)代SoC設(shè)計研究生課程為例，該門課程的教學(xué)形式就采取課堂授課與上機實驗相結(jié)合的模式，并且側(cè)重上機實驗，理論講授與上機實驗比重為2：3，上機實驗比重明顯增大，目的就在于使學(xué)員具體了解并掌握SoC設(shè)計流程及主要的EDA工具的使用，并且通過上機實踐，切切實實做一些SoC設(shè)計，編寫若干RTL代碼，仿真并驗證所寫的RTL代碼，并通過邏輯綜合將其變成網(wǎng)表文件，最終完成布局布線實現(xiàn)tape out。以此一方面使學(xué)員對于理論講授課堂上的相關(guān)知識點有更為直觀形象的理解，另一方面培養(yǎng)其動手實踐能力。

現(xiàn)代SoC設(shè)計課程最大的特點就是沒有固定的教材，講授的內(nèi)容根據(jù)當(dāng)前集成電路行業(yè)最前沿的知識點為基礎(chǔ)擴展開來，打破傳統(tǒng)教學(xué)中“以教師為中心，以教材為中心”的“接受式學(xué)習(xí)”，避免壓制學(xué)員學(xué)習(xí)的自主性，有效地提高學(xué)員自主學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)的能力。上機實踐課程主要由學(xué)員根據(jù)一定的實驗內(nèi)容，自主進行實驗練習(xí)，遇到問題首先是自行解決，解決不了的可以通過學(xué)生之間相互討論、交流，或者上網(wǎng)查詢來解決，最后才是由教師進行指導(dǎo)。實驗的結(jié)果也沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。學(xué)員可以在課上課下進行課程實驗，實現(xiàn)以學(xué)員主動式學(xué)習(xí)為主、教員配合指導(dǎo)為輔的教學(xué)模式。這一模式在現(xiàn)代SoC設(shè)計課程中實施的效果非常明顯，學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情普遍高昂，他們常常在一起討論實驗內(nèi)容，并進行有效的問題解決，這是非常樂于看到的場景，也從側(cè)面印證了學(xué)員主動學(xué)習(xí)的強大效果。endprint

引入公司培訓(xùn)內(nèi)容，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí) 一般的集成電路公司都會對剛?cè)肼殕T工進行入職培訓(xùn)，使得他們能夠快速融入團隊的研發(fā)環(huán)境，熟悉各種EDA工具的使用，以及熟悉公司的研發(fā)流程等。有鑒于此，嘗試將集成電路公司的培訓(xùn)內(nèi)容引入研究生教學(xué)中，以此來提高他們的動手實踐能力。

以現(xiàn)代SoC設(shè)計課程為例，就將一般IC設(shè)計公司的基礎(chǔ)培訓(xùn)引入實驗課程中。如Synopsys公司的仿真工具VCS就作為學(xué)員進行RTL代碼驗證的仿真工具，學(xué)員需要熟悉并掌握該仿真工具的使用方法，并能用其進行代碼的仿真驗證。又如綜合工具Design Compiler的學(xué)員實驗指南作為實驗課章節(jié)，要求學(xué)員能夠使用該綜合工具完成從RTL代碼到門級網(wǎng)表的轉(zhuǎn)換，并能獨立進行相應(yīng)的約束文件的編寫、庫的準(zhǔn)備工作等實驗內(nèi)容。這些內(nèi)容也是理論授課中提到的知識點，便于他們進行相關(guān)對照。如邏輯綜合位于IC設(shè)計流程中的哪個位置，需要哪些輸入數(shù)據(jù)，會輸出哪些數(shù)據(jù)，這些內(nèi)容在實驗課上就非常直觀了。最后告知學(xué)員在IC設(shè)計公司也是采用此套實驗作為入職培訓(xùn)內(nèi)容，讓學(xué)員更大限度對實驗有一個清晰的認(rèn)知，認(rèn)識到此實驗課不是那種所學(xué)非所用的課程，而是實實在在研發(fā)一線的培訓(xùn)，更大地激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。

另外，與單位研發(fā)項目結(jié)合起來，通過上機實驗，鍛煉學(xué)員的動手實踐能力，使他們可以更快更好地融入單位的項目研發(fā)中，既提高了學(xué)員自身的動手實踐能力，也對項目研發(fā)提供了一定的人力幫助，達到教學(xué)和科研相互促進和發(fā)展。

引導(dǎo)學(xué)員充分利用課堂外的時間，實現(xiàn)延伸教學(xué) 現(xiàn)代SoC設(shè)計課程是集成電路設(shè)計及相關(guān)專業(yè)學(xué)員的一門核心基礎(chǔ)課程，涉及數(shù)字集成電路設(shè)計、數(shù)字邏輯和硬件描述語言，可重構(gòu)設(shè)計方法學(xué)等，所以課程涉及的知識面較寬，信息量較大，僅僅依靠課堂上的時間是遠遠不夠的，需要學(xué)員結(jié)合自身能力，充分利用課堂外的時間進行延伸教學(xué)。

延伸教學(xué)必須與第一條中的“以興趣為導(dǎo)向，增加前沿知識結(jié)構(gòu)”結(jié)合起來，要設(shè)置一些學(xué)員感興趣的實驗題目，使學(xué)員主動學(xué)習(xí)，并且延伸到課堂外去攻克一個個實驗難題。以現(xiàn)代SoC設(shè)計課程為例，結(jié)合該門課程的實踐特點，就增加了一個個小實驗，如讓學(xué)員去自主設(shè)計一個同步FIFO，完成相關(guān)的驗證與邏輯綜合工作，最后開發(fā)出一個相應(yīng)的IP核，除去設(shè)計數(shù)據(jù)外，還要增加相應(yīng)的文檔。通過此實驗，讓學(xué)員去真正理解SoC設(shè)計的精髓，調(diào)用其學(xué)習(xí)的積極性、主動性。

3 結(jié)論

研究生教育肩負(fù)著培養(yǎng)科研人才的重任，如何提高研究生的科研實踐能力和教育質(zhì)量，始終是需要重點關(guān)注的問題。本文重點探討有效提高研究生實踐能力的積極措施，包括：以興趣為導(dǎo)向，增加研究生感興趣的前沿知識點；加大上機實踐課程的比例，提高學(xué)員的自主性；通過將公司培訓(xùn)內(nèi)容引入課堂，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)；引導(dǎo)學(xué)員充分利用課余時間，實現(xiàn)延伸教學(xué)。該方法在信息工程大學(xué)實施多年，成效顯著，畢業(yè)的學(xué)員入職工作單位后較其他單位入職人員能較快上手，及早融入工作環(huán)境，并取得比較理想的成績。

總之，后續(xù)還需要持續(xù)不斷地去跟蹤了解學(xué)員，增加一些切實有效的措施，幫助學(xué)員多練習(xí)多動手，切實提高研究生的科研實踐能力。

參考文獻

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