產(chǎn)學(xué)研背景下集成電路原理與設(shè)計(jì)課程改革

李莎 魯瑩 董建娥 西南林業(yè)大學(xué) 大數(shù)據(jù)與智能工程學(xué)院

集成電路原理與設(shè)計(jì)是微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課程，通過(guò)學(xué)習(xí)半導(dǎo)體集成電路的基本組成單元及構(gòu)成、設(shè)計(jì)思想、電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件描述語(yǔ)言CAD設(shè)計(jì)概況、版圖設(shè)計(jì)等，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握半導(dǎo)體集成電路的分析和設(shè)計(jì)方法，提高專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐能力，為日后的繼續(xù)學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。此門(mén)課程的理論性和實(shí)踐性均很強(qiáng)，本文在近幾年的課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)并總結(jié)了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題，并基于這些問(wèn)題，在產(chǎn)學(xué)研模式視角下提出改進(jìn)方案。

一、教學(xué)中存在的問(wèn)題

(1）理論教學(xué)中存在的問(wèn)題

集成電路原理與設(shè)計(jì)課程的理論性較強(qiáng)，其先導(dǎo)課程包括微電子學(xué)導(dǎo)論、模擬電子技術(shù)、半導(dǎo)體物理等，涉及的知識(shí)包含器件物理、典型電路、設(shè)計(jì)方法、EDA軟件等，知識(shí)覆蓋廣、難度較大，傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師多采用“主教授，輕互動(dòng)”的方式，學(xué)生普遍反映課程難度高，所學(xué)到的知識(shí)沒(méi)有完全理解，并且興趣不高。

(2）實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題

該課程的實(shí)踐教學(xué)在目前人才培養(yǎng)模式上存在“重理論，輕實(shí)踐”的問(wèn)題，課程教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)安排比例一般大于2：1。實(shí)驗(yàn)較少的學(xué)時(shí)安排下，集成電路的典型模塊和結(jié)構(gòu)很難被覆蓋，且實(shí)驗(yàn)所涉及的結(jié)構(gòu)、器件尺寸和參數(shù)涉及等無(wú)法保證學(xué)生自主探索。目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重操作訓(xùn)練，采用“講授+操作”單一方式，忽視學(xué)生素質(zhì)和能力培養(yǎng)，教學(xué)手段單一；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容滯后于技術(shù)的發(fā)展，與產(chǎn)業(yè)聯(lián)系不夠緊密；實(shí)習(xí)條件落后，沒(méi)有深入到產(chǎn)業(yè)等。

(3）考核方式上的問(wèn)題

專(zhuān)業(yè)課程考核是高校實(shí)施人才培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，不僅能突出學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，更能體現(xiàn)出對(duì)學(xué)生專(zhuān)業(yè)應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)。集成電路原理與設(shè)計(jì)現(xiàn)今的考核方式為平時(shí)成績(jī)+期末考試成績(jī)綜合折算而定，存在如考核方式單一、考核內(nèi)容缺乏實(shí)踐性、考核評(píng)價(jià)功能欠缺等問(wèn)題，學(xué)生普遍缺乏主動(dòng)性，存在“人在心不在”的上課狀態(tài)，僅為了平時(shí)成績(jī)而來(lái)，有部分學(xué)生需要依靠期末的突擊式復(fù)習(xí)才能獲得合格的成績(jī)，過(guò)程考核較為缺乏，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不理想。

二、改進(jìn)的方法

結(jié)合產(chǎn)學(xué)研模式研究集成電路原理與設(shè)計(jì)課程的教學(xué)方法、教學(xué)思路、實(shí)踐實(shí)習(xí)的內(nèi)容改革、設(shè)計(jì)合理的產(chǎn)學(xué)研模式下的課程評(píng)價(jià)體系等。

1.教學(xué)思路的轉(zhuǎn)變

教師教學(xué)思路的轉(zhuǎn)變，要從注重理論教學(xué)到理論與實(shí)踐相并重的教學(xué)轉(zhuǎn)變，在教學(xué)中，引入產(chǎn)學(xué)研模式思想，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐思維。改變傳統(tǒng)以教師為主導(dǎo)的思維方式，同學(xué)們參與到教學(xué)方法中來(lái)，采取互動(dòng)教學(xué)法?；?dòng)式教學(xué)模式主要分為以下幾個(gè)層次：理論指導(dǎo)、實(shí)現(xiàn)策略、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。理論指導(dǎo)為：結(jié)合理論講授與創(chuàng)業(yè)實(shí)踐、結(jié)合知識(shí)傳輸與技能提升、結(jié)合課堂教學(xué)與課外活動(dòng)；實(shí)現(xiàn)策略有如下幾點(diǎn)：緊密結(jié)合過(guò)程，以過(guò)程為導(dǎo)向；學(xué)生為教學(xué)中心，定期與學(xué)生有效交流；課程項(xiàng)目是教學(xué)的基礎(chǔ)，建立學(xué)生項(xiàng)目思維；課程教學(xué)中設(shè)計(jì)層次性的任務(wù)，激勵(lì)學(xué)生探索；實(shí)現(xiàn)目標(biāo)為：創(chuàng)新教案設(shè)計(jì)、創(chuàng)新課堂管理、創(chuàng)新教學(xué)方法。通過(guò)這一教學(xué)改革操作思路，依據(jù)互動(dòng)式教學(xué)模式層次改革，達(dá)到良好教學(xué)效果。

2.教學(xué)方法的改革

多年教學(xué)實(shí)踐表明，要取得好的教學(xué)效果，除了教師的精彩講授外，還需要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在教學(xué)改革中采用了比如：師生討論、學(xué)生提問(wèn)和教師答疑等環(huán)節(jié)。然而傳統(tǒng)教學(xué)模式在這些環(huán)節(jié)存在明顯不足，學(xué)生不能很好地掌握所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，隨著時(shí)間的推移，學(xué)生將失去進(jìn)一步學(xué)習(xí)新知識(shí)的興趣。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的不足，改革中還增加了“互連網(wǎng)+”“微課”、“翻轉(zhuǎn)課堂”等教學(xué)方法，讓學(xué)生參與到課堂中來(lái)，提高學(xué)生的積極性，加強(qiáng)師生之間的聯(lián)系。

課堂教學(xué)作為課程教學(xué)中非常重要的環(huán)節(jié)，采取多樣化、個(gè)性化的教學(xué)方法非常重要。教師在課堂教學(xué)中，可以結(jié)合專(zhuān)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究熱點(diǎn)與及應(yīng)用等，將課程內(nèi)容總結(jié)為不同的項(xiàng)目專(zhuān)題，學(xué)生根據(jù)專(zhuān)業(yè)技術(shù)的興趣愛(ài)好，選擇分組，增加課堂討論時(shí)間，以增強(qiáng)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)和對(duì)課程前言的探索。項(xiàng)目專(zhuān)題的內(nèi)容各組成員可以自主查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，以報(bào)告的形式在課堂與師生進(jìn)行交流，此改進(jìn)方法充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，并培養(yǎng)了學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的思維方法，為以后工作或者繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)；同時(shí)此課堂教學(xué)改革方法豐富了課堂教學(xué)，營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

3.實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教學(xué)的改革

現(xiàn)針對(duì)以上問(wèn)題，采取以下改革辦法：

(1）加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將原有的16學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課時(shí)增加到32學(xué)時(shí)。在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解，進(jìn)一步掌握幾種典型器件的工作原理、典型電路的分析和涉及、綜合運(yùn)用典型電路來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

(2）實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容上引入模塊化思想，將實(shí)驗(yàn)分為三大類(lèi)型：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、模塊化實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)驗(yàn)，如圖所示。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)包含：一階RC濾波器、單管NMOS仿真、單管PMOS仿真，學(xué)生通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的操作，熟練掌握相關(guān)設(shè)計(jì)軟件、熟悉集成電路的設(shè)計(jì)方法的思想，為后續(xù)更高難度的實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)；單元電路實(shí)驗(yàn)包括反相器的設(shè)計(jì)、共源級(jí)放大電路設(shè)計(jì)和差分放大電路的設(shè)計(jì)，這部分的實(shí)驗(yàn)的能力要求在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上更提升了一步，能夠初步培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)的能力，明確設(shè)計(jì)過(guò)程中重要參數(shù)對(duì)電路性能的影響，掌握設(shè)計(jì)的規(guī)范流程，掌握典型電路結(jié)構(gòu)的應(yīng)用；綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)包括振蕩器的設(shè)計(jì)和運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)合產(chǎn)學(xué)研模式，引入項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)方案 ，前期學(xué)生項(xiàng)目調(diào)研、方案分析再電路實(shí)現(xiàn)。學(xué)生在這個(gè)環(huán)節(jié)了時(shí)間中能夠掌握比較成熟的項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力，為后續(xù)進(jìn)一步深造或工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖.實(shí)驗(yàn)層次模塊圖

(3）積極與相關(guān)產(chǎn)業(yè)企業(yè)、研究所學(xué)習(xí)合作，使學(xué)生能深入產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中，提高自身的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)；搭建實(shí)踐平臺(tái)，制定出適應(yīng)產(chǎn)學(xué)研模式的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)的軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

4.考核評(píng)價(jià)體系的改革

集成電路原理與設(shè)計(jì)課程的考核方式轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的“平時(shí)成績(jī)+期末考試成績(jī)”的評(píng)價(jià)體系，增加了過(guò)程考核、階段考核、研究報(bào)告、課程設(shè)計(jì)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)分模塊考核等，更加科學(xué)化的考核學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的知識(shí)和能力的掌握程度，同時(shí)也通過(guò)多樣化、多層次的考核內(nèi)容，有效地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，更加合理地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在這些創(chuàng)新改革的考核內(nèi)容中，研究報(bào)告、課程設(shè)計(jì)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)?zāi)K考核這三個(gè)內(nèi)容充分結(jié)合了產(chǎn)學(xué)研模式。借鑒成功的產(chǎn)學(xué)研合作評(píng)價(jià)體系，再結(jié)合本專(zhuān)業(yè)實(shí)際情況，提出合理的評(píng)價(jià)體系，能有效地考核學(xué)生的創(chuàng)新和工程應(yīng)用的能力。

三、小結(jié)

“產(chǎn)學(xué)研”協(xié)同創(chuàng)新能進(jìn)一步提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的狀態(tài)和效果。在集成電路原理與設(shè)計(jì)課程中引入產(chǎn)學(xué)研模式改革，優(yōu)化理論教學(xué)思想和方法；結(jié)合項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提升學(xué)生的創(chuàng)新和工程實(shí)踐能力；制定合理的產(chǎn)學(xué)研模式評(píng)價(jià)體系，正確評(píng)估學(xué)生的課程學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程能力，提高學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)研究集成電路設(shè)計(jì)的能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。