基于工程教育認證的“數(shù)字集成電路設(shè)計”課程教學改革

摘 ? ?要：當前我國推進集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時也面臨著人才短缺的現(xiàn)象，高等院校集成電路設(shè)計專業(yè)擔負著該領(lǐng)域人才培養(yǎng)的主要任務(wù)。“數(shù)字集成電路設(shè)計”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)計理論和實踐基礎(chǔ)。該課程緊密結(jié)合工程教育認證工作的開展，夯實專業(yè)理論的同時加強專業(yè)實踐教育，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為長遠目標，科學地調(diào)整課程設(shè)置、教學計劃和教學方式，積極探索并努力培養(yǎng)集成電路設(shè)計復(fù)合型、實用型的高水平人才。

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

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1002-4107（2021）04-0069-02

集成電路設(shè)計及制造技術(shù)是當代信息技術(shù)的基石。對集成電路設(shè)計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。黑龍江大學以優(yōu)質(zhì)的教育資源為依托，緊緊圍繞社會發(fā)展需求來培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型、創(chuàng)新型高級專業(yè)人才。黑龍江大學集成電路設(shè)計專業(yè)始終堅持育人為本、改革創(chuàng)新，以集成電路人才培養(yǎng)為目標，積極探索并建立符合人才培養(yǎng)的教學模式，全方位開展本科教育教學改革具有深刻的理論意義與重大的實踐價值。

一、“數(shù)字集成電路設(shè)計”課程教學改革的意義

“數(shù)字集成電路設(shè)計”作為集成電路專業(yè)的主干必修課，課程主要目標是通過數(shù)字集成電路設(shè)計原理的學習與設(shè)計實驗，使學生掌握設(shè)計理論與設(shè)計方法，各種基本電路結(jié)構(gòu)、原理、特性、分析方法和設(shè)計技術(shù)，培養(yǎng)學生設(shè)計能力與創(chuàng)新能力，為學生的繼續(xù)深造和就業(yè)奠定扎實基礎(chǔ)。該課程教學具有理論難度大和實踐性強的特點，如何在原有教學方法與模式下，以工程教育認證為參照標準和指南，結(jié)合當前集成電路設(shè)計技術(shù)發(fā)展趨勢，與時俱進，積極探索并實踐行之有效的教學方法，為學生提供良好的課程教學與實驗平臺，合理的考核機制促進學生學習積極性與創(chuàng)新能力，全方位提高設(shè)計人才培養(yǎng)質(zhì)量。

二、“數(shù)字集成電路設(shè)計”課程教學改革的幾點

思考

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

1.如何以工程教育認證標準中人才培養(yǎng)為依據(jù)，以評促教，通過合理細化教學內(nèi)容，解決“數(shù)字集成電路設(shè)計”課程理論教學難度大、課程涉及知識體系廣泛的問題。

2.以工程教育認證標準中本科生畢業(yè)要求的框架為目標，如何在課程教學與實驗過程中貫穿該目標，加強教學實施手段有效性，結(jié)合教學與實踐經(jīng)驗，解決學生興趣不足、知難而退等問題導(dǎo)致學習自主性與積極性差的普遍現(xiàn)象。

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

三、“數(shù)字集成電路設(shè)計”教學改革的目標與內(nèi)容

“數(shù)字集成電路設(shè)計”的學習過程中，學生對基礎(chǔ)理論、設(shè)計方法、EDA工具的使用等方面技術(shù)的掌握至關(guān)重要[3]。結(jié)合以往教學過程中的細致觀察，思考與所積累的經(jīng)驗，通過對數(shù)字集成電路設(shè)計層次、特點進行的教學方法改進，不斷總結(jié)在長期教學過程中存在的問題，努力探索數(shù)字集成電路設(shè)計人才培養(yǎng)的有效途徑。具體內(nèi)容如下。

（一）以工程教育認證標準為依據(jù)，深入剖析培養(yǎng)目標，明確并細化課程教學與實驗內(nèi)容，進一步推動符合認證標準的培養(yǎng)目標修訂

符合工程教育認證的培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求實際上也是間接對課程教學內(nèi)容的約束與規(guī)范。對于培養(yǎng)目標，主要內(nèi)容是使學生掌握數(shù)字集成電路的基本概念與理論，從電路級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)目標對創(chuàng)新能力的要求，需細化教學內(nèi)容，在基本內(nèi)容的教學過程中針對涉及的技術(shù)進一步探討深亞微米器件效應(yīng)、電路性能優(yōu)化、信號完整性和低功耗設(shè)計等設(shè)計問題。在實際研究與設(shè)計工作中，數(shù)字芯片設(shè)計的復(fù)雜性使得設(shè)計人員必須在掌握電路級原理的基礎(chǔ)上，明確數(shù)字芯片的設(shè)計方法學。

明確課程教學內(nèi)容，在授課過程中滲透設(shè)計方法學與相關(guān)技術(shù)，將原理與設(shè)計實現(xiàn)有機結(jié)合，避免空洞的傳授原理知識，脫離實際應(yīng)用。將硬件描述語言與EDA工具應(yīng)用能力的培養(yǎng)作為實驗環(huán)節(jié)的重點，結(jié)合電路機理與設(shè)計方法學進行數(shù)字芯片設(shè)計實踐。在教學與實驗兩個環(huán)節(jié)，做到內(nèi)容主次分明、設(shè)計層次概念清晰、設(shè)計方法合理，建立兩個環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性，為本科生在數(shù)字芯片設(shè)計技術(shù)方面奠定扎實基礎(chǔ)。

根據(jù)所細化的課程教學內(nèi)容，從數(shù)字集成電路設(shè)計領(lǐng)域的角度進一步剖析符合學校定位的、適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的培養(yǎng)目標，結(jié)合教改過程中的教學情況反饋與所取得的成效，明確培養(yǎng)目標，針對所反映本專業(yè)學生就業(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)目標按照認證體系進行修訂。將教學改革與工程教育認證有機結(jié)合，做到兩者相輔相成，互促共進。

（二）根據(jù)數(shù)字集成電路設(shè)計技術(shù)的要求，建立系統(tǒng)、規(guī)范、高效、實用的教學方案

在工程教育認證標準中對畢業(yè)要求所涵蓋的主要內(nèi)容為：工程知識用于解決復(fù)雜工程問題，分析復(fù)雜工程問題，設(shè)計、開發(fā)解決方案等。達到畢業(yè)要求是以課程體系中的各門課程的共同努力實現(xiàn)的。在課程教學方案設(shè)計時，充分考慮畢業(yè)要求的標準，在制定的教學內(nèi)容基礎(chǔ)上，科學地改進教學方法，突破傳統(tǒng)教學思想的束縛，激發(fā)學生的學習興趣、創(chuàng)新思維與自主學習的積極性，突出以教師為引導(dǎo)、以學生為中心的師生互動式教學模式。針對學生難以將設(shè)計機理與設(shè)計方法進行有機結(jié)合，出現(xiàn)實踐與理論脫軌，因此需要加強實例分析與討論教學方法的應(yīng)用，有效推動學生對教學內(nèi)容的理解與掌握。在該課程教學方案改革中，主要研究的內(nèi)容如下。

首先，在互動教學中如何激發(fā)學習興趣是關(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，給學生直觀的課程“效益”感受。重視“導(dǎo)課”環(huán)節(jié)，借以抓住學生的學習興趣點，教學過程中，不再將學生作為觀眾，在教師的引導(dǎo)下，學生是教學環(huán)節(jié)的主角，借助設(shè)計實例分析，由學生組成設(shè)計團隊，充分調(diào)動學生探索精神與團隊合作精神。

其次，系統(tǒng)的教學案例的設(shè)計是取得好的課程教學效果的有力保證。針對“數(shù)字集成電路設(shè)計”各章節(jié)的知識點與所細化的教學內(nèi)容，互動式教學在選題時應(yīng)精心選擇、分別設(shè)計難易不同的教學問題，在包含教學內(nèi)容涉及的數(shù)字集成電路設(shè)計理論知識點的同時，既反映采用該知識點完成芯片設(shè)計所需的方法與途徑，又能夠激發(fā)學生互動積極性，促進理論與實踐學習過程中隱性知識與顯性知識的不斷轉(zhuǎn)化、吸收。設(shè)計實例分析應(yīng)能引導(dǎo)學生深入研究、分析原因、提出方案，并結(jié)合設(shè)計模型或仿真過程驗證方案的可行性。互動式教學的開展與教學案例的科學設(shè)計，致力于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決實際問題的能力。

重視學生實踐能力的全面培養(yǎng)，當前集成電路的規(guī)模與復(fù)雜性，必須借助于EDA工具進行設(shè)計實現(xiàn)，因此在設(shè)計能力培養(yǎng)的同時強化對EDA工具的熟練應(yīng)用，全方位、系統(tǒng)地展開課程教學工作。

（三）建立行之有效的、三位一體、激勵綜合能力提升的課程考核方式

考核學生數(shù)字集成電路理論知識與實踐、設(shè)計能力的掌握程度，激勵學生綜合能力的提升。改進傳統(tǒng)卷面考核的形式，將課程考核貫穿在整個教學環(huán)節(jié)中。結(jié)合教學內(nèi)容與教學方案，將課程考核分為互動環(huán)節(jié)過程考核、實驗教學項目考核與期末卷面考核3個角度進行全程貫穿，做到三位一體，依據(jù)歷年教學分析與總結(jié)的經(jīng)驗，合理設(shè)置評分比例。用互動環(huán)節(jié)過程考核取代傳統(tǒng)的出勤率考核，促進學習的主動性與積極性。加大實驗環(huán)節(jié)考核比例，以實驗過程中設(shè)計能力、解決問題能力為考核關(guān)鍵，學生操作積極性加強，EDA工具應(yīng)用的熟練程度及設(shè)計能力有明顯的提升。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，使學生意識到課程學習的意義所在，真正做到過程決定結(jié)果。

“數(shù)字集成電路設(shè)計”課程在課程內(nèi)容、教學方法、課程體系等方面的教學改革都取得了一定的成效?；诠こ探逃J證與“卓越計劃”思想對課程進一步改革，結(jié)合培養(yǎng)目標、學習過程、畢業(yè)要求、教學管理等認證標準，對課程進行全方位分析，建立基于認證標準的課程教學內(nèi)容與方法，設(shè)計科學可行的評價方法，鼓勵優(yōu)秀學生創(chuàng)新，為社會信息技術(shù)的發(fā)展提供優(yōu)秀的集成電路設(shè)計人才。

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[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：理論與實踐，2020，（8）.

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

編輯∕丁俊玲

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

基金項目：黑龍江大學教改項目“基于工程教育認證的‘數(shù)字集成電路設(shè)計課程教學改革探索與實踐”（2018C33）