基于工程教育認(rèn)證的“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革

摘 ? ?要：當(dāng)前我國推進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)也面臨著人才短缺的現(xiàn)象，高等院校集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)擔(dān)負(fù)著該領(lǐng)域人才培養(yǎng)的主要任務(wù)?！皵?shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程作為專業(yè)人才培養(yǎng)的主干課程，是人才培養(yǎng)所必須具備的設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。該課程緊密結(jié)合工程教育認(rèn)證工作的開展，夯實(shí)專業(yè)理論的同時(shí)加強(qiáng)專業(yè)實(shí)踐教育，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，科學(xué)地調(diào)整課程設(shè)置、教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)方式，積極探索并努力培養(yǎng)集成電路設(shè)計(jì)復(fù)合型、實(shí)用型的高水平人才。

關(guān)鍵詞：數(shù)字集成電路設(shè)計(jì);工程教育認(rèn)證;人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1002-4107（2021）04-0069-02

集成電路設(shè)計(jì)及制造技術(shù)是當(dāng)代信息技術(shù)的基石。對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求與人才所具備的創(chuàng)新能力要求，成為集成電路產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定、快速發(fā)展的重要保障。黑龍江大學(xué)以優(yōu)質(zhì)的教育資源為依托，緊緊圍繞社會(huì)發(fā)展需求來培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型、創(chuàng)新型高級(jí)專業(yè)人才。黑龍江大學(xué)集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)始終堅(jiān)持育人為本、改革創(chuàng)新，以集成電路人才培養(yǎng)為目標(biāo)，積極探索并建立符合人才培養(yǎng)的教學(xué)模式，全方位開展本科教育教學(xué)改革具有深刻的理論意義與重大的實(shí)踐價(jià)值。

一、“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的意義

“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”作為集成電路專業(yè)的主干必修課，課程主要目標(biāo)是通過數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理的學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法，各種基本電路結(jié)構(gòu)、原理、特性、分析方法和設(shè)計(jì)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力與創(chuàng)新能力，為學(xué)生的繼續(xù)深造和就業(yè)奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。該課程教學(xué)具有理論難度大和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，如何在原有教學(xué)方法與模式下，以工程教育認(rèn)證為參照標(biāo)準(zhǔn)和指南，結(jié)合當(dāng)前集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，與時(shí)俱進(jìn)，積極探索并實(shí)踐行之有效的教學(xué)方法，為學(xué)生提供良好的課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，合理的考核機(jī)制促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與創(chuàng)新能力，全方位提高設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

二、“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)

思考

工程教育專業(yè)認(rèn)證作為國際和工程師資格互認(rèn)的基礎(chǔ)，是工程教育質(zhì)量的保障制度[1]。隨著黑龍江大學(xué)對(duì)工程教育認(rèn)證工作的積極開展，在課程教學(xué)與改革工作的基礎(chǔ)上，有機(jī)結(jié)合工程教育認(rèn)證，工程實(shí)踐能力為工科人才核心素養(yǎng)[2]，以專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和符合人才培養(yǎng)的要求為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程進(jìn)行改革，使課程的內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐能力等方面的改進(jìn)效果具有一定的規(guī)范和依據(jù)。在基于工程教育認(rèn)證思想的“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程改革的工作開展中，有以下幾點(diǎn)思考。

1.如何以工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中人才培養(yǎng)為依據(jù)，以評(píng)促教，通過合理細(xì)化教學(xué)內(nèi)容，解決“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程理論教學(xué)難度大、課程涉及知識(shí)體系廣泛的問題。

2.以工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中本科生畢業(yè)要求的框架為目標(biāo)，如何在課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)過程中貫穿該目標(biāo)，加強(qiáng)教學(xué)實(shí)施手段有效性，結(jié)合教學(xué)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，解決學(xué)生興趣不足、知難而退等問題導(dǎo)致學(xué)習(xí)自主性與積極性差的普遍現(xiàn)象。

3.如何設(shè)計(jì)新的課程考核評(píng)分制度，以解決學(xué)生易在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)敷衍和考前死記硬背現(xiàn)象的發(fā)生，建立學(xué)習(xí)效果與培養(yǎng)方案和畢業(yè)要求相一致的目標(biāo)。真正提高學(xué)生分析問題、解決問題和創(chuàng)新思維的能力。

三、“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”教學(xué)改革的目標(biāo)與內(nèi)容

“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)方法、EDA工具的使用等方面技術(shù)的掌握至關(guān)重要[3]。結(jié)合以往教學(xué)過程中的細(xì)致觀察，思考與所積累的經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)層次、特點(diǎn)進(jìn)行的教學(xué)方法改進(jìn)，不斷總結(jié)在長(zhǎng)期教學(xué)過程中存在的問題，努力探索數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)的有效途徑。具體內(nèi)容如下。

（一）以工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，深入剖析培養(yǎng)目標(biāo)，明確并細(xì)化課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)一步推動(dòng)符合認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的培養(yǎng)目標(biāo)修訂

符合工程教育認(rèn)證的培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求實(shí)際上也是間接對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的約束與規(guī)范。對(duì)于培養(yǎng)目標(biāo)，主要內(nèi)容是使學(xué)生掌握數(shù)字集成電路的基本概念與理論，從電路級(jí)掌握各種基本電路結(jié)構(gòu)、特性、基本原理和分析方法。按照培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)創(chuàng)新能力的要求，需細(xì)化教學(xué)內(nèi)容，在基本內(nèi)容的教學(xué)過程中針對(duì)涉及的技術(shù)進(jìn)一步探討深亞微米器件效應(yīng)、電路性能優(yōu)化、信號(hào)完整性和低功耗設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)問題。在實(shí)際研究與設(shè)計(jì)工作中，數(shù)字芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜性使得設(shè)計(jì)人員必須在掌握電路級(jí)原理的基礎(chǔ)上，明確數(shù)字芯片的設(shè)計(jì)方法學(xué)。

明確課程教學(xué)內(nèi)容，在授課過程中滲透設(shè)計(jì)方法學(xué)與相關(guān)技術(shù)，將原理與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，避免空洞的傳授原理知識(shí)，脫離實(shí)際應(yīng)用。將硬件描述語言與EDA工具應(yīng)用能力的培養(yǎng)作為實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)，結(jié)合電路機(jī)理與設(shè)計(jì)方法學(xué)進(jìn)行數(shù)字芯片設(shè)計(jì)實(shí)踐。在教學(xué)與實(shí)驗(yàn)兩個(gè)環(huán)節(jié)，做到內(nèi)容主次分明、設(shè)計(jì)層次概念清晰、設(shè)計(jì)方法合理，建立兩個(gè)環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性，為本科生在數(shù)字芯片設(shè)計(jì)技術(shù)方面奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。

根據(jù)所細(xì)化的課程教學(xué)內(nèi)容，從數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的角度進(jìn)一步剖析符合學(xué)校定位的、適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合教改過程中的教學(xué)情況反饋與所取得的成效，明確培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)所反映本專業(yè)學(xué)生就業(yè)后在課程所涉及的專業(yè)領(lǐng)域預(yù)期能夠取得的成就，有助于培養(yǎng)目標(biāo)按照認(rèn)證體系進(jìn)行修訂。將教學(xué)改革與工程教育認(rèn)證有機(jī)結(jié)合，做到兩者相輔相成，互促共進(jìn)。

（二）根據(jù)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的要求，建立系統(tǒng)、規(guī)范、高效、實(shí)用的教學(xué)方案

在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)畢業(yè)要求所涵蓋的主要內(nèi)容為：工程知識(shí)用于解決復(fù)雜工程問題，分析復(fù)雜工程問題，設(shè)計(jì)、開發(fā)解決方案等。達(dá)到畢業(yè)要求是以課程體系中的各門課程的共同努力實(shí)現(xiàn)的。在課程教學(xué)方案設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮畢業(yè)要求的標(biāo)準(zhǔn)，在制定的教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上，科學(xué)地改進(jìn)教學(xué)方法，突破傳統(tǒng)教學(xué)思想的束縛，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新思維與自主學(xué)習(xí)的積極性，突出以教師為引導(dǎo)、以學(xué)生為中心的師生互動(dòng)式教學(xué)模式。針對(duì)學(xué)生難以將設(shè)計(jì)機(jī)理與設(shè)計(jì)方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，出現(xiàn)實(shí)踐與理論脫軌，因此需要加強(qiáng)實(shí)例分析與討論教學(xué)方法的應(yīng)用，有效推動(dòng)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解與掌握。在該課程教學(xué)方案改革中，主要研究的內(nèi)容如下。

首先，在互動(dòng)教學(xué)中如何激發(fā)學(xué)習(xí)興趣是關(guān)鍵。做好行業(yè)發(fā)展與就業(yè)的前景調(diào)研是開課前的重中之重，在課程初始，給學(xué)生直觀的課程“效益”感受。重視“導(dǎo)課”環(huán)節(jié)，借以抓住學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣點(diǎn)，教學(xué)過程中，不再將學(xué)生作為觀眾，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生是教學(xué)環(huán)節(jié)的主角，借助設(shè)計(jì)實(shí)例分析，由學(xué)生組成設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生探索精神與團(tuán)隊(duì)合作精神。

其次，系統(tǒng)的教學(xué)案例的設(shè)計(jì)是取得好的課程教學(xué)效果的有力保證。針對(duì)“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)與所細(xì)化的教學(xué)內(nèi)容，互動(dòng)式教學(xué)在選題時(shí)應(yīng)精心選擇、分別設(shè)計(jì)難易不同的教學(xué)問題，在包含教學(xué)內(nèi)容涉及的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)理論知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，既反映采用該知識(shí)點(diǎn)完成芯片設(shè)計(jì)所需的方法與途徑，又能夠激發(fā)學(xué)生互動(dòng)積極性，促進(jìn)理論與實(shí)踐學(xué)習(xí)過程中隱性知識(shí)與顯性知識(shí)的不斷轉(zhuǎn)化、吸收。設(shè)計(jì)實(shí)例分析應(yīng)能引導(dǎo)學(xué)生深入研究、分析原因、提出方案，并結(jié)合設(shè)計(jì)模型或仿真過程驗(yàn)證方案的可行性。互動(dòng)式教學(xué)的開展與教學(xué)案例的科學(xué)設(shè)計(jì)，致力于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決實(shí)際問題的能力。

重視學(xué)生實(shí)踐能力的全面培養(yǎng)，當(dāng)前集成電路的規(guī)模與復(fù)雜性，必須借助于EDA工具進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，因此在設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的同時(shí)強(qiáng)化對(duì)EDA工具的熟練應(yīng)用，全方位、系統(tǒng)地展開課程教學(xué)工作。

（三）建立行之有效的、三位一體、激勵(lì)綜合能力提升的課程考核方式

考核學(xué)生數(shù)字集成電路理論知識(shí)與實(shí)踐、設(shè)計(jì)能力的掌握程度，激勵(lì)學(xué)生綜合能力的提升。改進(jìn)傳統(tǒng)卷面考核的形式，將課程考核貫穿在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方案，將課程考核分為互動(dòng)環(huán)節(jié)過程考核、實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目考核與期末卷面考核3個(gè)角度進(jìn)行全程貫穿，做到三位一體，依據(jù)歷年教學(xué)分析與總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，合理設(shè)置評(píng)分比例。用互動(dòng)環(huán)節(jié)過程考核取代傳統(tǒng)的出勤率考核，促進(jìn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性。加大實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)考核比例，以實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)計(jì)能力、解決問題能力為考核關(guān)鍵，學(xué)生操作積極性加強(qiáng)，EDA工具應(yīng)用的熟練程度及設(shè)計(jì)能力有明顯的提升。卷面考核比例的弱化，避免了以往“臨陣磨槍”的死記硬背應(yīng)付考試的局面，使學(xué)生意識(shí)到課程學(xué)習(xí)的意義所在，真正做到過程決定結(jié)果。

“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程在課程內(nèi)容、教學(xué)方法、課程體系等方面的教學(xué)改革都取得了一定的成效?；诠こ探逃J(rèn)證與“卓越計(jì)劃”思想對(duì)課程進(jìn)一步改革，結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)習(xí)過程、畢業(yè)要求、教學(xué)管理等認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)課程進(jìn)行全方位分析，建立基于認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的課程教學(xué)內(nèi)容與方法，設(shè)計(jì)科學(xué)可行的評(píng)價(jià)方法，鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生創(chuàng)新，為社會(huì)信息技術(shù)的發(fā)展提供優(yōu)秀的集成電路設(shè)計(jì)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉文武，侯國安，劉宏新.面向工程教育認(rèn)證的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革研究[J].黑龍江教育：理論與實(shí)踐，2020，（2）.

[2]陳國杰，謝嘉寧，陳偉成.地方本科高校光電類專業(yè)新工科人才培養(yǎng)路徑探析[J].黑龍江教育：理論與實(shí)踐，2020，（8）.

[3]粟濤，龐志勇，陳暉.“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程教學(xué)內(nèi)容的探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2016，（4）.

編輯∕丁俊玲

作者簡(jiǎn)介：曹貝（1975—），女，山東泰安人，黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院講師，博士，研究方向：數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、可測(cè)性設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究與教學(xué)。

基金項(xiàng)目：黑龍江大學(xué)教改項(xiàng)目“基于工程教育認(rèn)證的‘?dāng)?shù)字集成電路設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐”（2018C33）