集成電路設計課程實驗教學優化探討

余逸男 武昌理工學院

集成電路設計課程實驗教學優化探討

余逸男 武昌理工學院

“集成電路設計”課程具有理論教學難度大和實踐性強的特點，在課程設計方面要采用理論教學和實驗教學相結合的方式。本文主要從優化理論教學內容、優化實驗教學內容、針對不同的集成電路設計課程設計實驗項目、校企合作，聯合培養等方面進行改革，使學生既能深刻理解理論知識，又能提高集成電路設計能力，進而激發學生的學習興趣，充分發揮其創造性，強化其動手能力。

集成電路設計；教學改革；課程優化

引言

隨著我國的信息產業迅速發展，對信息技術人才，尤其是集成電路設計專業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了微電子學專業。《集成電路原理與設計》和《集成電路設計EDA實驗》課程是微電子學專業的雞車核心課程，教學的好壞關系到辦學的質量，尤其是《集成電路設計EDA實驗》課程，強調學生的實際動手能力，關系到學生的就業競爭力和前景。教學實踐發現，次課程的教學可以通過對實驗課程開課時間、先前理論課程的重點內容、基于工業界主流電子設計自動化（EDA）工具的實驗平臺的搭建和教學實例的選擇進行優化，以調動學生學習的積極性，增強學生的動手能力，使學生從整體上掌握集成電路設計的流程，并與工業界接軌，從而提高就業競爭力。

1.原“集成電路設計”課程教學情況分析

1.1 學生方面

集成電路設計是基本的理論基礎知識，具有較強邏輯性和抽象性，并且內容枯燥乏味，大部分學生會產生難學、學不懂、不會學，對各種電子產品的結構特別是在電路結構、電路工作原理分析方面，學習更加困難，沒有足夠的學習興趣，都是基于被動學習和應付考試的，因此集成電路設計課程的教學目標很難實現。

1.2 教師方面

目前大學很多年輕教師都是直接由學生轉變為老師的，教學經驗和實踐經驗都是不足的，教學過程中更多的是簡單完成教學任務，照搬課本內容，與當下的科研技術聯系不大，容易讓學生產生厭學行為，對學習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驗操作的，不同老師各講各的知識，理論學習與實踐融合不到一起，造成學生的學習效率相應降低。

1.3 重傳統輕前沿，造成內容片面

在實際教學中講解經典的傳統案例固然是學生們打好基礎的有效手段，但是集成電路是一種技術更新周期非常短的行業，教學中不能緊扣行業發展前沿知識，傳統課程內容不符合實際工作需要，過多的偏重于數字系統和模擬電路設計理論，學生失去學習興趣的同時，培養的人才也是不符合社會需求的。

2.集成電路設計教學課程優化措施

2.1 優化理論教學內容

“集成電路設計”課程主要內容包括集成電路設計基本概念、硬件描述語言和使用EDA 工具進行邏輯綜合、仿真、版圖設計等。以系統芯片設計流程為主線安排教學內容，便于初次接觸該知識的學生能夠學習和掌握系統芯片的設計流程和方法。電子設計自動化技術（EDA技術）成為集成電路課程的必需技術，是以計算機硬件和系統軟件為工作平臺，繼承和借鑒了應用電子技術、計算機技術、智能化技術的最新成果而研制成的電子CAD通用軟件包。集成電路系統整個設計都要用到EDA技術，包括集成電路系統的仿真、邏輯綜合、自動布局布線和版圖設計等。因此，EDA技術已經成為當前高校電子類課程教學的熱點；（1）課程原理內容要精選，打好學生的基礎應用能力。原理部分將集成電路設計中電路與系統的視角統一起來， 在深入介紹納米尺度下半導體器件基本知識和最基本的門電路之后，即對復雜的門、存儲器、加法器等模塊電路做一個引入式學習，僅介紹這些模塊電路的基本結構和基本功能，深入的討論放在實踐過程當中，寓理論學習于實踐之中。因為在納米尺寸下，集成電路設計面臨著串擾、功耗、信號完整性等更多新挑戰，這些都必須得到系統的了解，并在實踐課程中深入進行；（2）“集成電路系統設計”課程教學從內容到方法都隨著EDA工具的使用和演示發生根本性變革，實現了從中小規模的分立器件上升到大規模可編程集成器件、從自底向上的設計方法上升到自頂向下的專用集成電路（ASIC）和系統芯片（SoC）設計方法的質的飛躍；（3）引入科技前沿技術作為教學內容，這樣才能激發學生的學習興趣。教學要把最新科研文獻中的集成電路設計前沿動態及時傳遞給學生們，驅動學生的好奇心，并激發學生的創新能力，使實踐教學能夠體現前沿性、實用性和前瞻性．

2.2 優化實驗教學內容

集成電路設計實驗教學要滿足不同學生的需求，可以分層次設計實驗教學內容： 驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗。針對每一種實驗設計不同的實驗題目，這樣學生可以根據自己的興趣選擇適合自己的，并且鼓勵學生多尋找和設計更多的課外實驗課題。比如驗證型實驗通過優化實驗教學內容，要以引導和自主實踐為教學模式，將科研與教學貫通，形成科研、綜合實驗和畢業設計相結合的體系，有助于學生真正掌握編程和動手調試程序的能力。對于設計性實驗有多種多樣的，如ADC模數轉換、鍵盤擴展實驗、步進電機控制實驗、時鐘顯示等實驗，在熟悉關邏輯器件的功能及管腳基礎上，再實際操作就可以大幅度提高成功率，進而使學生對硬件電路有一個感性認識，同時通過觀察顯示結果激發學生的興趣。綜合性實驗的實現電路和控制邏輯更加復雜，需要學生具有一定的系統設計能力才能完成，學生可以通過 EDA 軟件對完成的實驗進一步復習和總結，以提高實驗效果。

2.3 校企合作，聯合培養

學校要組織學生到企業進行集成電路產業調研，通過實地了解明確學生的目標定位，促進學生積極學習，知道未來工作的選擇方向。青年教師也可以到企業鍛煉，學習實踐理論，使所教內容與社會需求相聯系。要求企業專家到學校講座，并與學校教師制定適合學生的實訓項目，加強學校培養和企業用人之間的聯系。鼓勵學生參加各類電子設計比賽，在實踐中鍛煉創新能力和綜合能力，大大提高學生解決復雜問題的能力。

3.結束語

針對集成電路設計課程的問題進行優化設計，在改革的課程中要求學生更多的做實驗，增強學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專業與社會需求之間的差距，為社會培養合格人才。

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