微電子專業(yè)中模擬領域課程群的CDIO教學建設

陳鋮穎

摘要：微電子模擬領域課程群主要包括模擬/射頻/混合信號集成電路設計、模擬集成電路版圖設計、模擬EDA設計等數(shù)門專業(yè)課程，是設計方向課程中的核心部分。本文基于CDIO教學模式，對現(xiàn)有課程群存在的問題進行分析，從教學、項目制內(nèi)容等方面進行研究。旨在以項目制為中心的模擬課程群中，激發(fā)學生主觀能動性，加強理論與實踐之間的聯(lián)系，最終提高學生分析、查找、解決工程問題的綜合能力。

關鍵詞：微電子；CDIO；課程群；項目制

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）32-0261-02

一、引言

CDIO（構思—Conceive、設計—Design、實現(xiàn)—Implement和運作—Operate）始創(chuàng)于21世紀初，是一種以產(chǎn)品生命周期為載體，項目制為核心的自頂向下的工程教育模式，適用于以工程培養(yǎng)為主的工科專業(yè)。自創(chuàng)始之日起，隨著以麻省理工學院為代表的國際一流院校開始實施，國內(nèi)高校近年來也逐漸將CDIO教育理念引入計算機、自動化等工程類專業(yè)中，促進了教學方法和人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新，取得了一系列的成果。

自2014年我國發(fā)布《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》以來，微電子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)上升為國家重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)。而國內(nèi)高校則肩負著微電子人才培養(yǎng)的重任。由于微電子專業(yè)是一門交叉性很強的系統(tǒng)學科，理論性、工程性都很強。而其中的模擬集成電路作為設計類的核心課程群，對學生運用理論知識、解決實際工程問題、總結經(jīng)驗、提出創(chuàng)新都有非常高的要求。因此結合CDIO理念，研究和實踐該課程群的人才培養(yǎng)模式，是實現(xiàn)我校微電子專業(yè)升級和發(fā)展的重中之重[1]。

二、模擬領域課程群面臨的問題

首先，在目前模擬領域?qū)I(yè)課的教授過程中，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學生掌握的知識和擁有的能力與培養(yǎng)目標中的工程能力要求相距甚遠，直接影響是學生在畢業(yè)后無法勝任直接的生產(chǎn)和設計工作。典型情況表現(xiàn)為在工程實踐性較強的設計中，學生的知識網(wǎng)絡碎片化，即使在單門課程掌握較好的學生群體中，也出現(xiàn)交叉知識無法融會貫通的現(xiàn)象，從而導致在實踐過程中，對項目規(guī)劃、進展、細節(jié)調(diào)整、團隊分工等工作無從入手，進展艱難。

而通過對各層次實踐受眾面的分析發(fā)現(xiàn)，在課堂實驗—工程實驗—開放實驗—競賽項目—創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的發(fā)展路線中，學生參與度急劇下降。其原因在于：在原設計的知識內(nèi)容與多種類型、多層次實踐活動結合的過程中，學生只關注了單一課程內(nèi)的知識細節(jié)，只從有限的知識邏輯角度出發(fā)，而忽視了多門課程理論對實踐的指導意義。在此情況下，教學活動過程中缺乏從項目（應用）邏輯出發(fā)的角度。在以知識邏輯為主的教學過程中，學生的思維容易蜷縮在狹小的知識空間，而對課程內(nèi)部知識點之間的聯(lián)系、與其他專業(yè)課之間的聯(lián)系、知識網(wǎng)絡架構、知識與實踐的相關性缺乏認知。而具有一定規(guī)模的實踐項目是從應用角度入手，例如，一個小規(guī)模的濾波器電路也涉及模擬電路、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等多門課的知識點。因此，如果大部分學生僅局限在某一專業(yè)課的范圍內(nèi)探索，那么專業(yè)知識內(nèi)容與多層次實踐活動就會存在較大鴻溝，無法對項目進行指導。

因此，我們應注意到從知識邏輯（課程講授）角度出發(fā)與從項目（應用）角度出發(fā)的學習方法和教學方法具有較大不同，從而在課程環(huán)節(jié)中，需要從知識邏輯（課程講授）角度和項目（應用）角度這兩個視角，為學生提供相應的講授和實踐化鍛煉。只有這兩個角度交互印證，夯實教學基礎，并緊密結合理論知識內(nèi)容，才可以有力支撐學生進行深化的融會貫通式學習。這也是在模擬領域課程群中引入CDIO理念的本質(zhì)目的[2]。

三、模擬領域課程群CDIO實施內(nèi)容

從知識邏輯和項目實踐二者并重的角度考慮，在教學環(huán)節(jié)設計中，以CDIO工程教育理念為指導，教師必須提供合理的資源和環(huán)境，并制定進階式的項目導向工程環(huán)節(jié)，使學生從易到難，逐步提升自身能力。同時，在此過程中，能夠逐漸從單一課程知識向外延伸，隨著項目難度增加，融合多門相關專業(yè)課內(nèi)容，從而達到鍛煉自主能力的目的。從教師角度考慮，以CDIO為核心的課程建設主要應該包含以下幾方面內(nèi)容。

（一）課程環(huán)節(jié)設計

課程環(huán)節(jié)設計需要考慮多門專業(yè)課的交叉融合，既要抓住本門課的重點，又要關注交叉知識點的拓展，做到各環(huán)節(jié)內(nèi)容、環(huán)節(jié)步驟、環(huán)節(jié)交織上的邏輯關系無縫連接。主要環(huán)節(jié)包括如下內(nèi)容。

1.課堂講授。課堂講授環(huán)節(jié)分為教師講授和學生互動講授兩部分內(nèi)容。教師講授中，重點對本門課的知識架構內(nèi)容進行解讀和傳授，并適當配合一定的工程案例進行簡要介紹。案例應該包含相關課程的專業(yè)知識。教師在講授該知識點時，拓展到相關課程進行適當回顧，同時對交叉知識點進行歸納、總結。之后，教師引導學生組成討論組，在對本門課理解的基礎上，重點對交叉知識點進行細節(jié)討論，并及時向教師反饋尚未理解的內(nèi)容，在最短時間內(nèi)形成交互討論的環(huán)節(jié)，夯實復雜知識點內(nèi)容，從而完成整個知識體系的建立。

2.課后知識內(nèi)容自學梳理。在課后，教師需要引導學生在完整的知識架構下進行自學和理解。這是一個逐步深化的環(huán)節(jié)，這部分內(nèi)容進一步從教師講授為主轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生自學為主。同時指導學生對重要交叉知識點進行調(diào)研、查找文獻、分析等工作，拓展知識維度，并定期組織交互討論會，與同一項目組成員共同解決重要問題、分享知識點。

3.調(diào)研與總結。將本門課重點與交叉知識點“打包”，根據(jù)項目實踐需求，劃定一定的調(diào)研范圍，具體實施內(nèi)容包括論文查閱、前修課程、后續(xù)課程相關知識點的匯總，最終形成調(diào)研報告。調(diào)研報告必須涵蓋本知識群的研究現(xiàn)狀、存在問題以及發(fā)展趨勢和改進措施，同時引導學生形成自己的思路，提出新方法。

4.實驗實踐。在模擬領域課程群中，實驗實踐是重點環(huán)節(jié)。需要采用進階式設計的方式，可細分為基礎實驗和進階式實驗兩個層面?；A實驗包括基本理論運用、軟件使用、基本電路仿真等。在該階段，學生根據(jù)教師提供的實驗指導書和輔助材料，進行基本的實驗操作，完成實驗報告。在進階式實驗環(huán)節(jié)，教師選擇難度適中的實驗項目框架，學生從中細化實驗內(nèi)容，提出實驗設想、制定策略、實施解決方案、分析結果、總結經(jīng)驗，全自主完成實驗[3]。

（二）工程項目規(guī)劃和實施

項目制實踐是CDIO工程教育理念中的核心部分。教師選取具有一定規(guī)模的工程性項目，如可編程增益放大器、傳感器模擬前端、基準源等規(guī)模和難易程度適中的電路，明確各個項目的參數(shù)指標和實現(xiàn)目標，由2—3名學生組成項目組實施。其中一名學生作為組長，細分項目責任，逐步完成文獻調(diào)研、方案制訂、電路設計、報告總結等各項工作，充分鍛煉學生文獻獲取、重要信息提取、溝通交流、規(guī)劃、自學提高等重要能力。由于項目組長是項目制實踐的發(fā)起人，他的能力很大程度上決定了項目實施的成敗。因此，教師和項目組成員在項目初始階段，需要對項目組長人選進行合理評估，確保其能夠保證后續(xù)項目的順利進行。

（三）評價體系

在CDIO實踐中，評價體系的建立也是重要內(nèi)容。評價體系包含了考試內(nèi)容和實踐內(nèi)容兩大部分，并且實踐內(nèi)容的評價是主要矛盾[4]?？荚噧?nèi)容遵循傳統(tǒng)的考查方式，只是更為強調(diào)交叉知識點的考查，主要關注學生對交叉理論的掌握程度。實踐內(nèi)容中，除了實踐結果評估，學生的互動講授和項目制中的總結陳述也是評價重點。學生分組互動講述部分中，教師根據(jù)學生理解的知識點及邏輯關系進行評價；而項目制實驗中，教師則根據(jù)項目實施過程、項目結題展示等過程進行評價，最終綜合二者結果給出合理的評價結論。

參考文獻：

[1]馬俊成，張佳芬.基于CDIO的微電子學導論課程改革與教學研究[J].科技視界，2014，（36）.

[2]徐慧芳，涂德鳳.淺談基于CDIO理念的集成電路CAD教學改革[J].科技風，2015，（20）.

[3]孫麗莉.引入CDIO模式的《集成電路版圖設計》課程開發(fā)實踐[J].職業(yè)教育研究，2012，（4）.

[4]徐慧芳，于玉亭.基于CDIO理念的集成電路CAD考核方式改革探索[J].科技視界，2016，（11）.