集成電路設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化探討

余逸男 武昌理工學(xué)院

集成電路設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化探討

余逸男 武昌理工學(xué)院

“集成電路設(shè)計(jì)”課程具有理論教學(xué)難度大和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，在課程設(shè)計(jì)方面要采用理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的方式。本文主要從優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、針對不同的集成電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、校企合作，聯(lián)合培養(yǎng)等方面進(jìn)行改革，使學(xué)生既能深刻理解理論知識，又能提高集成電路設(shè)計(jì)能力，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮其創(chuàng)造性，強(qiáng)化其動手能力。

集成電路設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；課程優(yōu)化

引言

隨著我國的信息產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，對信息技術(shù)人才，尤其是集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)方面的人才需求急速增加。在這樣的背景下，很多高等院校都開設(shè)了微電子學(xué)專業(yè)?！都呻娐吩砼c設(shè)計(jì)》和《集成電路設(shè)計(jì)EDA實(shí)驗(yàn)》課程是微電子學(xué)專業(yè)的雞車核心課程，教學(xué)的好壞關(guān)系到辦學(xué)的質(zhì)量，尤其是《集成電路設(shè)計(jì)EDA實(shí)驗(yàn)》課程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)際動手能力，關(guān)系到學(xué)生的就業(yè)競爭力和前景。教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，次課程的教學(xué)可以通過對實(shí)驗(yàn)課程開課時間、先前理論課程的重點(diǎn)內(nèi)容、基于工業(yè)界主流電子設(shè)計(jì)自動化（EDA）工具的實(shí)驗(yàn)平臺的搭建和教學(xué)實(shí)例的選擇進(jìn)行優(yōu)化，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力，使學(xué)生從整體上掌握集成電路設(shè)計(jì)的流程，并與工業(yè)界接軌，從而提高就業(yè)競爭力。

1.原“集成電路設(shè)計(jì)”課程教學(xué)情況分析

1.1 學(xué)生方面

集成電路設(shè)計(jì)是基本的理論基礎(chǔ)知識，具有較強(qiáng)邏輯性和抽象性，并且內(nèi)容枯燥乏味，大部分學(xué)生會產(chǎn)生難學(xué)、學(xué)不懂、不會學(xué)，對各種電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特別是在電路結(jié)構(gòu)、電路工作原理分析方面，學(xué)習(xí)更加困難，沒有足夠的學(xué)習(xí)興趣，都是基于被動學(xué)習(xí)和應(yīng)付考試的，因此集成電路設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo)很難實(shí)現(xiàn)。

1.2 教師方面

目前大學(xué)很多年輕教師都是直接由學(xué)生轉(zhuǎn)變?yōu)槔蠋煹?，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)都是不足的，教學(xué)過程中更多的是簡單完成教學(xué)任務(wù)，照搬課本內(nèi)容，與當(dāng)下的科研技術(shù)聯(lián)系不大，容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)行為，對學(xué)習(xí)興趣提成起不到積極作用。這部分課程都是分為理論知識和實(shí)驗(yàn)操作的，不同老師各講各的知識，理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐融合不到一起，造成學(xué)生的學(xué)習(xí)效率相應(yīng)降低。

1.3 重傳統(tǒng)輕前沿，造成內(nèi)容片面

在實(shí)際教學(xué)中講解經(jīng)典的傳統(tǒng)案例固然是學(xué)生們打好基礎(chǔ)的有效手段，但是集成電路是一種技術(shù)更新周期非常短的行業(yè)，教學(xué)中不能緊扣行業(yè)發(fā)展前沿知識，傳統(tǒng)課程內(nèi)容不符合實(shí)際工作需要，過多的偏重于數(shù)字系統(tǒng)和模擬電路設(shè)計(jì)理論，學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣的同時，培養(yǎng)的人才也是不符合社會需求的。

2.集成電路設(shè)計(jì)教學(xué)課程優(yōu)化措施

2.1 優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容

“集成電路設(shè)計(jì)”課程主要內(nèi)容包括集成電路設(shè)計(jì)基本概念、硬件描述語言和使用EDA 工具進(jìn)行邏輯綜合、仿真、版圖設(shè)計(jì)等。以系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)流程為主線安排教學(xué)內(nèi)容，便于初次接觸該知識的學(xué)生能夠?qū)W習(xí)和掌握系統(tǒng)芯片的設(shè)計(jì)流程和方法。電子設(shè)計(jì)自動化技術(shù)（EDA技術(shù)）成為集成電路課程的必需技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)硬件和系統(tǒng)軟件為工作平臺，繼承和借鑒了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)的最新成果而研制成的電子CAD通用軟件包。集成電路系統(tǒng)整個設(shè)計(jì)都要用到EDA技術(shù)，包括集成電路系統(tǒng)的仿真、邏輯綜合、自動布局布線和版圖設(shè)計(jì)等。因此，EDA技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前高校電子類課程教學(xué)的熱點(diǎn)；（1）課程原理內(nèi)容要精選，打好學(xué)生的基礎(chǔ)應(yīng)用能力。原理部分將集成電路設(shè)計(jì)中電路與系統(tǒng)的視角統(tǒng)一起來， 在深入介紹納米尺度下半導(dǎo)體器件基本知識和最基本的門電路之后，即對復(fù)雜的門、存儲器、加法器等模塊電路做一個引入式學(xué)習(xí)，僅介紹這些模塊電路的基本結(jié)構(gòu)和基本功能，深入的討論放在實(shí)踐過程當(dāng)中，寓理論學(xué)習(xí)于實(shí)踐之中。因?yàn)樵诩{米尺寸下，集成電路設(shè)計(jì)面臨著串?dāng)_、功耗、信號完整性等更多新挑戰(zhàn)，這些都必須得到系統(tǒng)的了解，并在實(shí)踐課程中深入進(jìn)行；（2）“集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)從內(nèi)容到方法都隨著EDA工具的使用和演示發(fā)生根本性變革，實(shí)現(xiàn)了從中小規(guī)模的分立器件上升到大規(guī)?？删幊碳善骷?、從自底向上的設(shè)計(jì)方法上升到自頂向下的專用集成電路（ASIC）和系統(tǒng)芯片（SoC）設(shè)計(jì)方法的質(zhì)的飛躍；（3）引入科技前沿技術(shù)作為教學(xué)內(nèi)容，這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)要把最新科研文獻(xiàn)中的集成電路設(shè)計(jì)前沿動態(tài)及時傳遞給學(xué)生們，驅(qū)動學(xué)生的好奇心，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使實(shí)踐教學(xué)能夠體現(xiàn)前沿性、實(shí)用性和前瞻性．

2.2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要滿足不同學(xué)生的需求，可以分層次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容： 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)。針對每一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)題目，這樣學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選擇適合自己的，并且鼓勵學(xué)生多尋找和設(shè)計(jì)更多的課外實(shí)驗(yàn)課題。比如驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，要以引導(dǎo)和自主實(shí)踐為教學(xué)模式，將科研與教學(xué)貫通，形成科研、綜合實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合的體系，有助于學(xué)生真正掌握編程和動手調(diào)試程序的能力。對于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有多種多樣的，如ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換、鍵盤擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、時鐘顯示等實(shí)驗(yàn)，在熟悉關(guān)邏輯器件的功能及管腳基礎(chǔ)上，再實(shí)際操作就可以大幅度提高成功率，進(jìn)而使學(xué)生對硬件電路有一個感性認(rèn)識，同時通過觀察顯示結(jié)果激發(fā)學(xué)生的興趣。綜合性實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)電路和控制邏輯更加復(fù)雜，需要學(xué)生具有一定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力才能完成，學(xué)生可以通過 EDA 軟件對完成的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步復(fù)習(xí)和總結(jié)，以提高實(shí)驗(yàn)效果。

2.3 校企合作，聯(lián)合培養(yǎng)

學(xué)校要組織學(xué)生到企業(yè)進(jìn)行集成電路產(chǎn)業(yè)調(diào)研，通過實(shí)地了解明確學(xué)生的目標(biāo)定位，促進(jìn)學(xué)生積極學(xué)習(xí)，知道未來工作的選擇方向。青年教師也可以到企業(yè)鍛煉，學(xué)習(xí)實(shí)踐理論，使所教內(nèi)容與社會需求相聯(lián)系。要求企業(yè)專家到學(xué)校講座，并與學(xué)校教師制定適合學(xué)生的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，加強(qiáng)學(xué)校培養(yǎng)和企業(yè)用人之間的聯(lián)系。鼓勵學(xué)生參加各類電子設(shè)計(jì)比賽，在實(shí)踐中鍛煉創(chuàng)新能力和綜合能力，大大提高學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力。

3.結(jié)束語

針對集成電路設(shè)計(jì)課程的問題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在改革的課程中要求學(xué)生更多的做實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生動手能力和解決問題能力。只有這樣才能縮小高校集成電路相關(guān)專業(yè)與社會需求之間的差距，為社會培養(yǎng)合格人才。

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