基于CDIO模式的數字集成電路課程改革研究

【摘要】CDIO工程教育模式從創立以來對全世界的工程教育都起到了積極的作用。數字集成電路的課程基于CDIO模式的教學改革包含對教學方法、教學內容和評分體制三方面的內容。通過分析學生的總結報告和學生考試成績得出，基于CDIO模式的數字集成電路課程改革極大的調動了學生的學習積極性，提高了學習效率及學習成績。

【關鍵詞】CDIO 數字集成電路 課程改革

【項目來源】哈爾濱理工大學教育教學研究項目，項目編號：C201200056。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）08-0236-01

1.CDIO簡介

工程技術人才的培養直接決定工程技術的水平和發展的速度，決定國家的工業競爭力。因此，世界各國特別是工業發達國家都在大力推進工程教育的改革與發展，力爭培養出更高質量的人才，以保持在競爭中的有利地位[1]。

MIT與瑞典的查爾摩斯工業大學、林雪平大學、瑞典皇家工學院在Knut and Alice Wallenberg基金會資助下，通過共同的探索研究，創立了CDIO 工程教育模式，成立了以CDIO命名的國際合作組織[2]。

CDIO 代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）， 它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO 教育理念是美國20多年以來的工程教育大改革理念的傳承和發展，它將工程科學、工程學科知識和工程實踐能力整合為一體。

2.數字集成電路課程改革

基于CDIO教育理念的數字集成電路課程進行了教學方法、教學內容、評分體制三個方面的改革。

2.1 教學方法改革

傳統的教學方法主要側重于講解和講授，和學生的互動比較少；而CDIO理念中提出的主動學習法[3]就是對傳統教學方法的一種改進。主動學習方法[3]讓學生致力于對問題的思考和解決。該方法不將重點放在被動的信息傳遞上，而放在讓學生更多的從事操作、運用、分析和判斷概念上。在《數字集成電路設計》課程的教學中引入的主動學習的教學方法改革包括以下幾個方面：

1.講解。在進行課堂知識講解的過程中，要引入實際的范例，以加深學生對概念和知識的理解。也可以加入和實踐相關的習題，讓學生在掌握基本理論的同時，了解在實際的工程中如果遇到了類似的問題，應該如何解決或如何進行取舍。

2.分析。在課程新知識講授的過程中加入提問和分析的環節，學生經過自己的分析討論，能加深對這些知識點的理解。采用分析的方法的優點在于，分析的過程就是學生對新知識掌握理解的過程，也是調動學生主動性的過程。

3.提問。不論是新知識的講解、習題課還是總結復習，在課堂的任何時刻都可以提問，提問的主要目的在于讓學生參與、思考，并掌握相關的知識。此外，同學之間也可以互相提問，互相探討。

4.反饋。反饋是為了把主動教學法更好的應用到日常的教學活動中，不斷提高教師的教學水平。反饋表現在對教學內容的反饋和對教學方法的反饋兩個方面。反饋的形式可以是多樣化的。

2.2 教學內容改革

在理工科學生的教學過程中，必須要根據最新的研究現狀對課程內容進行修改和豐富，讓學生了解最新的行業狀況、研究熱點、難點及發展方向，同時在設計相關的作業、實驗及課程設計題目時，要充分考慮到相關的行業的現狀，向與具體的工程實踐靠近。具體的教學內容改革包括以下幾個方面：

1.講課和作業中要引入工程實例，加深學生對專業知識的理解。例如在講解集成電路的成本時，可以舉例廠房、設備都屬于固定成本，封裝和測試成本則屬于可變成本。可變成本和固定成本的最大區別在于是否和產量有關。通過對比兩者的不同并舉例，學生很容易就能區分在集成電路的成本構成因素中哪部分屬于固定成本，哪部分屬于可變成本。

2.課程設計以簡化的工程實例為載體，使學生了解理論知識在實踐中所發揮的重要作用，幫助學生扎實掌握基礎知識，熟悉相關工作流程，提高其實踐能力。例如，當把加法器作為課程設計的一個設計任務時，首先要確定加數的位數及類型（有符號數，還是無符號數）；其次進行模塊的劃分及模塊的功能定義，確定加法器的結構，實現方式；然后進行每一個子模塊的電路設計，并進行仿真驗證；最后建立頂層模塊，并進行頂層模塊的仿真驗證。當學生按照這個流程做完整個設計之后，就會對數字集成電路的設計過程有了相應的認識和理解。

2.3 評分體制改革

傳統的評分方式主要包括卷面成績和平時成績兩部分。卷面成績包括期中、期末考試成績，平時成績包括出勤、作業。從卷面成績上反應出的是學生對知識的理解和掌握情況，而平時成績則評價的是學生的的平時表現。

對平時成績的改革包括考核出勤、作業、課堂內回答問題的情況、實驗的認真程度、參與討論的情況，從多方面衡量學生的平時表現。

課程設計或畢業設計評分時，從學生中選出四個答辯委員會成員，教師和答辯委員會給出的成績各占總成績的60%和40%。

3.課程改革效果評估

在課程結束時每學生提交一份報告，寫出自己在本門課程中學到的知識、收獲和建議，還希望獲得什么樣的知識和能力，以及對評分體制的滿意程度。

通過對學習本門課程174位同學的報告進行分析總結，發現83.7%的學生可以對所學的內容進行系統總結、列出學習大綱， 9.2%的同學對教學內容、教學方法有自己的見解，98.7%的同學對教學內容滿意，99.3%的同學對新的教學方法滿意，99.8%的同學對新的評分方式滿意。采用CDIO教學理念后，本學年學生比上學年學生的平均成績提高了6分，最低分提高了12分。

4.結論

通過對數字集成電路課程的課程內容、教學方法及評分體系進行改革，引入新的教學方法，改革課程授課方式，極大的提高了學生的學習積極性、能動性，提高了學習效率和學習成績，加深了學生對知識點的掌握和理解，課程大綱中對學生的各項技能要求也得到了充分的實踐和提高。

參考文獻：

[1]張黎，沈秀，戎紅仁，喬元明，席海濤.結合CDIO 教育理念的卓越工程師教育培養計劃研究與探索[J].武漢職業技術學院學報，2011，6（10）： 21-24

[2]顧佩華，包能勝，康全禮，陸小華，熊光晶，林鵬，陳嚴.CDIO在中國（上）.高等工程教育研究， 2012，3：24-40

[3]顧佩華， 陸小華編譯.CDIO工作坊手冊.汕頭：汕頭大學出版，2008，12：2-12

作者簡介：

劉倩，女，哈爾濱理工大學電子科學與技術系，講師。

宋明歆，男，哈爾濱理工大學電子科學與技術系，系主任，副教授。

殷景華，女，哈爾濱理工大學應用科學學院書記，教授。