啟發式教學在《半導體集成電路原理與實踐》中的應用

黃瑋

摘 要： 啟發式教學是注重提高學生思考能力的一種教學方法，有助于培養學生獨立思考和分析解決問題的能力。在《半導體集成電路原理與實踐》課中開展啟發式教學，有利于學生更好地掌握該專業課程。

關鍵詞： 啟發式教學 學習能力 《半導體集體電路原理與實踐》課程教學

《半導體集成電路原理與實踐》是微電子技術專業的一門重要的專業課程，與前后課程聯系緊密。學好這門課程對于學生掌握專業知識來說非常重要。

從學生的情況來說，有些學生的專業基礎比較薄弱，特別是理科方面的基礎。對于基礎的數學計算和電路分析方法有一定的了解，卻不能熟練掌握應用。

從課程來說，這門課程本身有一定的難度，理論性比較強，包含了很多分析。這就使得學生在理解和掌握上往往存在困難。傳統教學方法是教師單向地講授，這種單向的講授只是枯燥地向學生灌輸，重點在于老師而不是學生，缺乏讓學生自己思考研究的過程，最終獲得的學習效果肯定不是很理想。

因此在目前的授課過程中，普遍采用啟發式的教學方法，這種教學方法更注重教與學的雙向溝通，重點在于學生。在教學中，通過老師開其意，實現學生達其辭的目的，重視學生受啟而發的過程。教學中，通過啟發讓學生展開研討，使學生在教學的過程中能更多地發表自己的觀點，更多地提出疑問。讓學生能夠主動思考，反復思考，加深理解。

課程中每個單元的教學過程都可以分為以下幾個步驟。

（1）明確教學目的。

（2）教師講授（啟）。

（3）學生討論，并自己完成相應的練習。（發）

（4）總結練習過程中存在的問題，并讓學生再次通過討論完成更深入的練習。（加深）

（5）最終由學生自己得出相應的結論，總結出適合自己的分析方法。

如在講授COMS邏輯門電路這個單元的時候，首先明確這個單元的學習目標：掌握CMOS邏輯門電路的一般電路結構和設計分析方法。然后教師先講授關于CMOS邏輯門電路的一些理論知識。如復習已經學過的關于CMOS互補對的知識，并根據CMOS互補對的特點提出CMOS邏輯門設計的一般方法。

圖1 MOS邏輯規則

*對每個輸入使用一個NMOS/PMOS互補對

*將輸出節點通過PMOS與電源VDD相連

*將輸出節點通過NMOS與地（0V）相連

*確保輸出總是一個正確定義的高電平或低電平

根據這個方法，給學生演示常用的二輸入與非門電路基本結構是如何得到的，并根據電路中器件的工作狀態分析電路的功能與器件間連接方式之間的關系，進行驗證。

圖2 CMOS與非門

針對CMOS與非門電路，除了討論其電路工作原理外，另外還在簡單地討論其開關特性。結合已經學過的CMOS反相器，引導學生發現為了保證良好的開關特性，二輸入與非門中NMOS的尺寸應該對應CMOS反相器中NMOS尺寸的兩倍。并進一步得到結論：為保證開關特性，多個晶體管串聯時，晶體管的尺寸變大，芯片占用面積增加，因此電路設計中應盡量避免多個晶體管串聯，特別是多個PMOS管串聯。

教師對二輸入與非門電路進行設計，分析過程的演示，讓學生自己設計分析一些其他的CMOS邏輯門。

圖3 CMOS或非門

這個可讓學生自己畫圖得到，可以叫一個同學在黑板上演示，并讓大家一起分析得到的電路有沒有錯誤。并根據巡查的結果，由教師總結存在的問題。

為了加深印象和理解，另外再給出相對更復雜一些的例子，如，讓學生首先討論如何實現這個邏輯，是否需要進行一些簡單的邏輯轉換，其次讓學生自己嘗試設計，檢查學生的設計結果，最后請同學根據設計的電路圖分析電路的工作過程，并分析電路的開關特性。

通過采用啟發式的教學方法，在教師講授分析的基礎上，引導學生獨立思考問題、解決問題，將講和學結合在一起，改善學生對重點專業課程的學習情況。