基于工程教育認證的“數(shù)字集成電路設計”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計專業(yè)擔負著該領域人才培養(yǎng)的主要任務。“數(shù)字集成電路設計”課程作為專業(yè)人才培養(yǎng)的主干課程，是人才培養(yǎng)所必須具備的設計理論和實踐基礎。該課程緊密結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，科學地調整課程設置、教學計劃和教學方式，積極探索并努力培養(yǎng)集成電路設計復合型、實用型的高水平人才。

關鍵詞：數(shù)字集成電路設計;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

集成電路設計及制造技術是當代信息技術的基石。對集成電路設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、復合型、創(chuàng)新型高級專業(yè)人才。黑龍江大學集成電路設計專業(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)字集成電路設計”課程教學改革的意義

“數(shù)字集成電路設計”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)字集成電路設計原理的學習與設計實驗，使學生掌握設計理論與設計方法，各種基本電路結構、原理、特性、分析方法和設計技術，培養(yǎng)學生設計能力與創(chuàng)新能力，為學生的繼續(xù)深造和就業(yè)奠定扎實基礎。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，結合當前集成電路設計技術發(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，全方位提高設計人才培養(yǎng)質量。

二、“數(shù)字集成電路設計”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，是工程教育質量的保障制度[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上，有機結合工程教育認證，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)字集成電路設計”課程進行改革，使課程的內容、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容，解決“數(shù)字集成電路設計”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、知難而退等問題導致學習自主性與積極性差的普遍現(xiàn)象。

3.如何設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)字集成電路設計”教學改革的目標與內容

“數(shù)字集成電路設計”的學習過程中，學生對基礎理論、設計方法、EDA工具的使用等方面技術的掌握至關重要[3]。結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)字集成電路設計層次、特點進行的教學方法改進，不斷總結在長期教學過程中存在的問題，努力探索數(shù)字集成電路設計人才培養(yǎng)的有效途徑。具體內容如下。

（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容的約束與規(guī)范。對于培養(yǎng)目標，主要內容是使學生掌握數(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構、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，需細化教學內容，在基本內容的教學過程中針對涉及的技術進一步探討深亞微米器件效應、電路性能優(yōu)化、信號完整性和低功耗設計等設計問題。在實際研究與設計工作中，數(shù)字芯片設計的復雜性使得設計人員必須在掌握電路級原理的基礎上，明確數(shù)字芯片的設計方法學。

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

根據(jù)所細化的課程教學內容，從數(shù)字集成電路設計領域的角度進一步剖析符合學校定位的、適應行業(yè)發(fā)展的培養(yǎng)目標，結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)領域預期能夠取得的成就，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)字集成電路設計技術的要求，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容為：工程知識用于解決復雜工程問題，分析復雜工程問題，設計、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。在課程教學方案設計時，充分考慮畢業(yè)要求的標準，在制定的教學內容基礎上，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、以學生為中心的師生互動式教學模式。針對學生難以將設計機理與設計方法進行有機結合，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用，有效推動學生對教學內容的理解與掌握。在該課程教學方案改革中，主要研究的內容如下。

首先，在互動教學中如何激發(fā)學習興趣是關鍵。做好行業(yè)發(fā)展與就業(yè)的前景調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，在教師的引導下，學生是教學環(huán)節(jié)的主角，借助設計實例分析，由學生組成設計團隊，充分調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)字集成電路設計”各章節(jié)的知識點與所細化的教學內容，互動式教學在選題時應精心選擇、分別設計難易不同的教學問題，在包含教學內容涉及的數(shù)字集成電路設計理論知識點的同時，既反映采用該知識點完成芯片設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化、吸收。設計實例分析應能引導學生深入研究、分析原因、提出方案，并結合設計模型或仿真過程驗證方案的可行性?；邮浇虒W的開展與教學案例的科學設計，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)模與復雜性，必須借助于EDA工具進行設計實現(xiàn)，因此在設計能力培養(yǎng)的同時強化對EDA工具的熟練應用，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。結合教學內容與教學方案，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的經(jīng)驗，合理設置評分比例。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，以實驗過程中設計能力、解決問題能力為考核關鍵，學生操作積極性加強，EDA工具應用的熟練程度及設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果。

“數(shù)字集成電路設計”課程在課程內容、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容與方法，設計科學可行的評價方法，鼓勵優(yōu)秀學生創(chuàng)新，為社會信息技術的發(fā)展提供優(yōu)秀的集成電路設計人才。

參考文獻：

[1]劉文武，侯國安，劉宏新.面向工程教育認證的“機械設計基礎”課程教學改革研究[J].黑龍江教育：理論與實踐，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：理論與實踐，2020，（8）.

[3]粟濤，龐志勇，陳暉.“數(shù)字集成電路設計”課程教學內容的探討[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)字集成電路設計、可測性設計領域的研究與教學。

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