基于線上教學(xué)模式的《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程教學(xué)探究

向靜 楊文耀 李杰 徐永剛

（重慶文理學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院，重慶 400000）

一、引言

《集成電路版設(shè)計(jì)》課程是電子信息類的專業(yè)技術(shù)課，本課程是集成電路設(shè)計(jì)、工藝中必不可少的環(huán)節(jié)。該課程以CMOS 工藝技術(shù)和其基本邏輯門為基礎(chǔ)，借助tanner 軟件，詳細(xì)介紹了版圖設(shè)計(jì)的定義、設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)規(guī)則，使學(xué)生掌握L-edit繪制反相器、與非門、或非門等邏輯電路的版圖，能夠通過LVS 對(duì)比版圖和集成電路的一致性關(guān)系，并熟練使用T-Spice、W-Edit 進(jìn)行后仿真。

本課程包括理論講授32 學(xué)時(shí)/學(xué)期、實(shí)驗(yàn)探索16 學(xué)時(shí)／學(xué)期。相關(guān)專業(yè)的學(xué)生在大三下期開設(shè)了該門課程。本課程對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)課程起到承前啟后的作用，具有提高學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)理論的認(rèn)知能力、增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)技術(shù)學(xué)生對(duì)專業(yè)技術(shù)工作適應(yīng)能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的作用。

二、《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程線上教學(xué)存在的問題

（一）學(xué)生環(huán)境變化

重慶文理學(xué)院微電子科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生主要分布在四川和重慶一代，本班一共有34 名學(xué)生。基于學(xué)生環(huán)境的變化，主要存在以下幾個(gè)問題。首先，網(wǎng)絡(luò)的問題。由于是線上教學(xué)模式，依靠的是網(wǎng)絡(luò)交流，34 個(gè)同學(xué)中有8 位同學(xué)家中無WIFI。更嚴(yán)重的是其中一名學(xué)生家住在偏遠(yuǎn)山區(qū)，連4G 信號(hào)都不穩(wěn)定，因此直播課程，該學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)一直不穩(wěn)定，故單一的直播教學(xué)嚴(yán)重影響該生的學(xué)習(xí)效果。其次，設(shè)備的問題。本門課講解關(guān)于tanner 軟件相關(guān)知識(shí)，需要電腦才能完成該內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)，由于寒假放假，有八名同學(xué)未帶電腦回家，無形中對(duì)本門課的實(shí)施增加了難度。最后，脫離學(xué)校管理，學(xué)生在家沒有學(xué)習(xí)氛圍，部分學(xué)生出現(xiàn)了遲到或者缺陷的現(xiàn)象。綜上所述，學(xué)生教學(xué)環(huán)境由學(xué)校教室轉(zhuǎn)化為家庭，學(xué)生上課的積極性和主動(dòng)性都受到了影響。此外，由于學(xué)生家中網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的不齊全，也增加了教學(xué)難度。

（二）教師常識(shí)全新教學(xué)模式

全新的教學(xué)模式，依然面臨著諸多問題。第一，新的教學(xué)模式缺乏經(jīng)驗(yàn)。作為一個(gè)剛剛工作一年的教師，線下教學(xué)正處于摸索階段，全方位的線上教學(xué)的出現(xiàn)，帶來了更大的挑戰(zhàn)。第二，教學(xué)內(nèi)容框架的設(shè)計(jì)缺乏經(jīng)驗(yàn)。由于有過一年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于教學(xué)內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)較為熟悉，但是線上課程教學(xué)內(nèi)容框架和線下模式是有區(qū)別的，所以教師對(duì)于線上教學(xué)的內(nèi)容框架需要重新構(gòu)思。第三，與學(xué)生缺乏直接的互動(dòng)關(guān)系。由于教師教學(xué)面對(duì)的是電腦，學(xué)生也是在手機(jī)或者電腦端，所以教師很難直觀的把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

（三）其他問題

由于疫情的影響，全國(guó)各個(gè)高校基本都是實(shí)行的線上教學(xué)。但是，沒有出現(xiàn)過如此大規(guī)模的集中的對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用，學(xué)習(xí)通、QQ 直播和釘釘直播等常用軟件均出現(xiàn)了信號(hào)不穩(wěn)定，或者教師和學(xué)生無法正常登陸的情況，極大程度地限制了正常課程的有序進(jìn)行。此外，教師每一個(gè)問題提出，需要等待1-5 秒才能得到學(xué)生的反饋，問題越復(fù)雜，學(xué)生要通過打字花費(fèi)的時(shí)間越多，教師等待反饋的時(shí)間變長(zhǎng)，一定程度上影響了教師上課邏輯思維和連續(xù)性。

綜上所述，新的教學(xué)模式的被迫選擇，學(xué)生學(xué)習(xí)氛圍缺失、學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)備不完整、教師授課不連續(xù)、教師新模式的不熟悉都嚴(yán)重影響了《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程的正常進(jìn)行。

三、解決問題的方法

（一）多種教學(xué)方式相結(jié)合

除了直播課教師的講解，借助錄屏工具，實(shí)現(xiàn)將教學(xué)直播過程轉(zhuǎn)化為視頻，并上傳視頻到學(xué)習(xí)通，將集中的教學(xué)改為分散教學(xué)，避免了由于集中使用網(wǎng)絡(luò)引起的卡頓和系統(tǒng)崩潰的問題。首先，將教學(xué)資料上傳到學(xué)習(xí)通中，并設(shè)置每節(jié)課學(xué)習(xí)任務(wù)，給予1 天的時(shí)間進(jìn)行分散學(xué)習(xí)，只有完成相對(duì)于的任務(wù)，才能獲取相應(yīng)的積分，教師通過教師端完成對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)視頻的監(jiān)督。其次，由于學(xué)生在家學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)氛圍不濃厚，教師在設(shè)置簽到時(shí)間段，保證學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)入學(xué)習(xí)通中學(xué)習(xí)。再次，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容教師可以進(jìn)行教學(xué)提問，學(xué)生回答問題，學(xué)生不僅可以看見自己回答情況，同時(shí)也可以看見其他同學(xué)的回答情況，有助于學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)。第四，基于課程內(nèi)容，教師布置作業(yè)，規(guī)定時(shí)間完成，以避免部分同學(xué)推遲交作業(yè)的現(xiàn)象。第五，針對(duì)教學(xué)交作業(yè)情況和課程重難點(diǎn)，采用問題引導(dǎo)式和學(xué)習(xí)通搶答模塊，教師抽一節(jié)課時(shí)間對(duì)學(xué)生遇到的問題進(jìn)行有針對(duì)性的講解。最后，每個(gè)一周，教師將學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和成績(jī)公布在學(xué)生群中，以督促學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。值得注意的是，每次公布學(xué)習(xí)進(jìn)度和成績(jī)后，未完成作業(yè)或者任務(wù)的同學(xué)會(huì)積極地完成。

（二）問卷調(diào)查了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況

遠(yuǎn)程線上教學(xué)使得教師難以掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和對(duì)教學(xué)內(nèi)容實(shí)際掌握情況。通過問卷調(diào)查的形式，可以更好的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，同時(shí)也能幫助教師更好的提升線上教學(xué)能力。對(duì)于問卷調(diào)查的制作，主要采用不記名方式進(jìn)行，以避免學(xué)生因?yàn)閷?shí)名制引起的一些擔(dān)心。通過問卷調(diào)查不僅可以為教師提供完成《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程教學(xué)指導(dǎo)，同時(shí)也使學(xué)生參與進(jìn)入教學(xué)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

問卷的內(nèi)容主要集中在：（1）對(duì)教師上課內(nèi)容安排方面的建議；（2）對(duì)于教師作業(yè)安排方面的建議；（3）對(duì)于多久進(jìn)行一次直播講解方面的建議；（4）對(duì)于教師內(nèi)容講解是否詳細(xì)，通俗易懂方面的建議。

（三）分小組形式教學(xué)形式

《集成電路版圖設(shè)計(jì)》包括版圖設(shè)計(jì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和Tanner 系列軟件軟件。單純的講解理論知識(shí)不進(jìn)行Tanner 系列軟件學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)過程就會(huì)變得很枯燥。但受限于部分學(xué)生沒有電腦，很難進(jìn)行一對(duì)一的自主軟件學(xué)習(xí)，因此實(shí)行分組的形式進(jìn)行學(xué)習(xí)。引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的分組教學(xué)模式實(shí)施Tanner 系列軟件教學(xué)，具體步驟如下。

1.以4-6 人為一組，學(xué)生自行進(jìn)行分組；

2.教師根據(jù)課程內(nèi)容提供項(xiàng)目和部分參考資料，由學(xué)生組內(nèi)討論后，自行決定選擇實(shí)操項(xiàng)目，項(xiàng)目先選先得；

3.由小組學(xué)生自學(xué)項(xiàng)目相關(guān)資料后，討論完成項(xiàng)目；

4.通過抽簽方法選取1 名學(xué)生，該1 名學(xué)生通過錄屏，如果該學(xué)生沒有電腦，由該學(xué)生作為講解員，請(qǐng)另外一個(gè)同學(xué)進(jìn)行電腦實(shí)操，將學(xué)習(xí)項(xiàng)目視頻轉(zhuǎn)發(fā)給教師，由教師將學(xué)生視頻上傳學(xué)習(xí)通，供全班學(xué)生學(xué)習(xí)；

5.教師提供1 個(gè)類似的項(xiàng)目，由同學(xué)單獨(dú)完成項(xiàng)目，規(guī)定時(shí)間上交程序，對(duì)于沒有電腦的同學(xué)，由該學(xué)生作為講解員，請(qǐng)另外一個(gè)同學(xué)進(jìn)行電腦實(shí)操；

6.教師檢查學(xué)生項(xiàng)目視頻完成情況，通過直播集中講解。

通過基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的分小組形式教學(xué)，鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力、分析和解決問題的能力。采用學(xué)生自主抽簽的方式?jīng)Q定講解學(xué)生代表，保證小組中每位學(xué)生都能夠參與到資料學(xué)習(xí)和項(xiàng)目完成的過程中去，避免由教師直接點(diǎn)名引起的學(xué)生逆反情緒。

四、結(jié)束語

2020 年特殊情況下，基于線上教學(xué)的《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程是實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)程教學(xué)的最佳選擇。基于學(xué)習(xí)通視頻任務(wù)學(xué)習(xí)和qq 視頻直播教學(xué)，制定教學(xué)任務(wù)和通關(guān)的積分的方式，實(shí)現(xiàn)理論部分的學(xué)習(xí)，結(jié)合基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的分組教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)《集成電路版圖設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)部分的學(xué)習(xí)，完成線上教學(xué)過程，使學(xué)生能夠熟練地掌握《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程內(nèi)容。此外，通過本次線上教學(xué)活動(dòng)，完成集成電路版圖設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)課程數(shù)字資源的建設(shè)工作，為后續(xù)進(jìn)行線上線下混合教學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。