《數(shù)字集成電路設(shè)計與分析》慕課教學(xué)模式研究與設(shè)計

陳磊 湯乃云 趙倩 劉偉景 江超

【摘要】本論文針對筆者在過去一年中精品課程課堂教學(xué)改革設(shè)計的成果，提出了一種更加符合時代要求的高校《數(shù)字集成電路設(shè)計與分析》課程的慕課教學(xué)模式，這種研究旨在改變傳統(tǒng)單向灌輸式的教學(xué)模式，建立可行度很高的以學(xué)生自主動力為導(dǎo)向，以學(xué)生為主體的交互式，個性化學(xué)習(xí)模式，最終構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂的實際框架，收獲良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】慕課 翻轉(zhuǎn)課堂 數(shù)字集成電路 課程設(shè)計

【中圖分類號】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）05-0208-02

背景和意義

目前，在我國電子科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科及下屬二級學(xué)科（如微電子學(xué)與固體電子學(xué)）的本科教學(xué)中，《數(shù)字集成電路設(shè)計與分析》都是一門非常重要的基礎(chǔ)課程。該課程在教學(xué)體系中一般安排在《數(shù)字電路線路》和《模擬電子線路》之后，由于數(shù)字集成電路相對于單純數(shù)字電路更為貼近實際應(yīng)用，在多年實際課堂教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)越來越更不上時代的發(fā)展和課程建設(shè)的要求。

《數(shù)字集成電路設(shè)計與分析》大部分的傳統(tǒng)教案主要采用單向教學(xué)方法，即講解知識點占據(jù)了大量的篇幅，一般采用PPT分章節(jié)介紹知識點，計算實例分析，計算例題講解，課堂作業(yè)等方式完成。在這個過程中，教師講解時間幾乎占據(jù)了整節(jié)課時，學(xué)生自身的獨立性和探索性嚴(yán)重不足，從而學(xué)生的獨立性和主動性能力都無法得到鍛煉和發(fā)揮，降低了學(xué)生對《數(shù)字集成電路設(shè)計與分析》課程的興趣[1]。目前多媒體的手段雖然得到了廣泛應(yīng)用，但是只有PPT一種形式，針對課程本身的性質(zhì)，這種簡單的單向傳授還是無法擺脫理論課時的藩籬，這樣的教學(xué)模式亟待改革，提升學(xué)生自主參與度，提升學(xué)生的動手實踐能力[2]。

實際研究

自2016～2017年第一學(xué)期至第二學(xué)期，筆者在自己的任課時間段內(nèi)展開實際研究。其間作為上海電力學(xué)院專職教師，連續(xù)為2013級電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2個班級和2014級電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2個班級連續(xù)開設(shè)主講《數(shù)字集成電路設(shè)計與分析（雙語）》課程。

1.前期準(zhǔn)備和課程分析

在本次研究開始的前期階段，首先通過微信調(diào)查和問卷調(diào)查等對學(xué)生針對慕課建設(shè)的意見和建議展開調(diào)查，主要了解學(xué)生喜好，通過選項和自由發(fā)揮的方式基本確定了學(xué)生對于慕課建設(shè)的一些個性化需求，后續(xù)也在具體實現(xiàn)過程中進(jìn)行了相應(yīng)的修正。

我院《數(shù)字集成電路設(shè)計與分析》采用國外原版影印教材，采用雙語教學(xué)，是我校及我院的一門精品課程，也是電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)高年級的必修課[3]。

2.慕課課程建立

本研究基于第三方平臺中國大學(xué)慕課MOOC系統(tǒng)（http：//www.icourse163.org/）作為技術(shù)平臺，基于本門課程的特點，具體的慕課課程設(shè)置如下圖1所示：

公告區(qū)（左上），課件區(qū)（右上），測試與考試區(qū)（左下），討論區(qū)（右下）

（1）公告區(qū)

針對本門課程的基本情況進(jìn)行簡要介紹，并及時更新課程的進(jìn)度，讓學(xué)生對課程體系一目了然。如圖1左上所示。

（2）課件區(qū)

分章節(jié)給出本門課程的具體課件，讓學(xué)生隨時進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，并可針對性地進(jìn)行自學(xué)，如圖1右上所示。

（3）測試與考試區(qū)

在課程進(jìn)行當(dāng)中的進(jìn)行的小練習(xí)和測試，包括課程結(jié)束后的總體考試，開出具體功能區(qū)域，如圖1左下所示。

（4）討論區(qū)

給出專門區(qū)域，包括教師答疑區(qū)，即時通訊（小組討論用）區(qū)和綜合討論區(qū)等，提升組內(nèi)合作能力，如圖1右下所示。

3.翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計

（1）教學(xué)環(huán)境設(shè)計

教學(xué)環(huán)境設(shè)計本次從兩個方面入手，一是利用學(xué)校的專業(yè)機房，具備軟硬件條件和投影儀等基本配置，每人一臺終端電腦。軟件方面電腦配置包括win7操作系統(tǒng)，瀏覽器和慕課專用軟件等。另外教師和學(xué)生的手機端也安裝了專門APP備用，進(jìn)行后續(xù)移動端研究準(zhǔn)備。

（2）教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

本研究的翻轉(zhuǎn)課堂總體目標(biāo)設(shè)計是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互動的慕課設(shè)計，并輔助以EDA軟件實際操作和指導(dǎo)，讓學(xué)生在設(shè)計過程中可以倒過來進(jìn)行溝通和交流，并投屏給所有其他同學(xué)或小組同學(xué)，真正實現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂。

課前教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

課前通過實體教室的講解，學(xué)生已經(jīng)了解了集成電路的發(fā)展簡史，數(shù)字集成電路的基本組成，計算機組成與結(jié)構(gòu)等基本概念。

課中教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

通過課中實操，學(xué)生通過平臺實際應(yīng)用EDA軟件，跟隨教師同步操作，并實時反饋結(jié)果，有問題隨時解決，并且優(yōu)秀的案例也馬上可以分享，形成良好的小組教學(xué)氛圍。

課后教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

課后通過討論區(qū)，組內(nèi)通訊工具和QQ群，微信群等分享課后習(xí)題，上交作業(yè)，交流鞏固等，培養(yǎng)學(xué)生興趣，提高解決實際問題的能力。

4.教學(xué)模式的應(yīng)用

（1）課前應(yīng)用

課前講解和視頻指導(dǎo)

在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式指導(dǎo)下，教師在課前通過網(wǎng)絡(luò)平臺，實際進(jìn)行課程講解，然后再進(jìn)行仿真應(yīng)用的實際操作。學(xué)生在這個過程中可以直接跟隨操作，這里非常重要的一點是在講授的過程中教學(xué)過程是全程視頻記錄的，這樣在平臺里面，不懂的同學(xué)就會在課后針對性地進(jìn)行學(xué)習(xí)，重復(fù)聽講。還可以擴(kuò)展到因故請假的同學(xué)，可以完整的進(jìn)行補課。該課程最終還可以保留并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)慕課分發(fā)，起到良好的后續(xù)社會效應(yīng)。

（2）課堂應(yīng)用

在慕課設(shè)計和翻轉(zhuǎn)課堂中，每個學(xué)生都是課程的主人。我們在課程設(shè)計中加入了一些模塊化的自主小練習(xí)，明確地給出了要求spec，明細(xì)到具體步驟，和最終完成的指標(biāo)。

（3）小組協(xié)作應(yīng)用

在課程進(jìn)入到比較后期時，加入小組協(xié)作聯(lián)系模塊。增進(jìn)學(xué)生的練習(xí)強度，并增加了協(xié)作設(shè)計的能力培養(yǎng)。在這個過程中，通過慕課平臺給出了一個較大設(shè)計的完整過程和具體spec，然后分解到四至五個功能模塊，組成一個小組。小組中學(xué)生要分別負(fù)責(zé)自己的功能模塊設(shè)計，并且通過局部驗證。然后在上面的top層，由小組選舉出的小組長進(jìn)行整體仿真和編譯，獲得正確結(jié)果。這其中不但鍛煉了學(xué)生的模塊化設(shè)計能力，還對他們整體協(xié)作化設(shè)計，代碼規(guī)范化，責(zé)任心，團(tuán)隊寫作能力等都提出了較高要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓錫斌，葛文觀，周潛淮.MOOC平臺與典型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的比較研究，中國電化教育，2014，01：61-68

[2]徐舜平.中國大學(xué)和教師參與MOOC的行為分析——清華大學(xué)為例，中國遠(yuǎn)程教育，2014，06：33-39

[3]新華網(wǎng)，中國集成電路產(chǎn)業(yè)人才“缺口”亟待解決，http：//news.xinhuanet.com/fortune/2016-01/25/c_1117879602.htm，2016年1月25日