對CMOS集成電路課程項目教學模式的探討

黃卓冕　左新娥

【摘 要】CMOS集成電路課程是電子科學與技術專業一門比較重要的課程，主要涉及CMOS集成電路的分析和設計原理。文章主要介紹了如何將項目教學法應用于CMOS集成電路課程教學，讓教師和學生在整個課程學時的過程當中實現雙贏的局面。

【關鍵詞】CMOS集成電路；項目教學；分工合作

【中圖分類號】TN432-4；G642【文獻標識碼】A【文章編號】1674-0688（2017）03-0069-03

0 引言

由于集成技術和大規模系統設計的飛速進步，電子工業在過去的幾十年里得到了驚人的發展。集成電路在高性能計算、通信及消費類電子等領域中的應用一直在飛速發展，已成為各行各業實現信息化、智能化的基礎。因為具有低功耗、大噪聲容限及易于設計等固有特點，CMOS集成電路在RAM、CPU、DSP及ASIC等方面得到了廣泛應用。隨著在筆記本電腦、個人數字助理PDA、便攜式電話和多媒體代理等芯片開發方面對于低功耗、低噪聲電子系統日益增長的需要，CMOS集成電路的廣泛應用將持續增長[1-2]。在這樣的大環境下，大部分高校電子類專業都開設了關于CMOS集成電路的專業課程，隨著現代科學技術的迅猛發展，其知識內容也不斷地更新發展，日益豐富。因此，在教學環節中既要重視知識的介紹，又要重視對學生能力的培養。而常規的教學方法無法使學生真正理解和掌握CMOS集成電路的精髓，更難以學以致用。

1 傳統教學存在的問題

CMOS集成電路課程是湖南工業大學電子科學與技術專業的一門重要的專業課，通過該課程的學習，使學生了解集成電路的發展動態，掌握CMOS集成電路的基本原理及分析和設計方法，初步熟悉集成電路的設計流程。這門課程不僅要為今后學生學習有關的后續課程打下基礎，而且該課程本身涉及一些基本原理和基本分析及設計方法對于培養學生的分析問題和解決問題的能力也十分重要。

而目前湖南工業大學對于該課程采用的教學方式過分強調理論教學，不能有效地培養學生對CMOS集成電路的分析和設計的能力。主要表現如下。

（1）教學手段比較單一，缺乏靈活性。雖然目前課程早已經采用多媒體教學，但是其本質仍然是以教師課堂授課為主，學生被動地聽課。而且本課程涉及很多CMOS集成電路的功能演示和性能分析，但是缺乏相應的電子仿真軟件來輔助教學。CMOS集成電路課程的專業性較強，因此只能面向高年級的學生開課，由于受找工作、考研等方面的影響，學生本來就沒有什么心思上課，單一的課堂授課方式、枯燥無味理論性教學內容無疑更加影響了課程的授課效果。

（2）缺乏實踐教學環節，一味地重視理論教學而忽視了設計的實踐性。作為專業課，本課程的課時本來就不多，要將大量的理論內容在較短的時間里灌輸給學生，而又沒有相應的實踐手段加以輔助，根本不能使學生接受和消化課程知識，更不能讓學生體會到CMOS集成電路的原理和性能在實際設計過程中所起作用的重要性。

（3）考試方法單一，不能全面體現學生的綜合思維和創造能力。目前，湖南工業大學對該課程所采用的考試方法仍然是理論考試，學生只能通過對書本知識的死記硬背來達到考核的目的，對該課程的認識是只知其然而不知其所以然，就算考試通過了，在面對具體問題時無從下手，即使能下手也方寸大亂，這樣的結果更加打擊了學生對本專業知識學習的積極性，也使得學生對自己所學專業的就業前途感到茫然。

2 引入項目教學法的教學模式

引入項目教學模式的目的是為了讓學生能夠積極主動地參與CMOS集成電路的課堂學習，激發學生學習的熱情和興趣，進一步提高課堂教學效果，提高學生的實踐能力，以期培養高素質、高能力的電子專業人才。

本文提出的項目教學模式在實施流程上主要分為以下幾個步驟：確定項目選題、課堂案例分析、項目分組及分工合作、項目驗收及考核。由于項目教學是以學生自主學習為主的教學模式，所以要想保證該課程項目教學的質量，關鍵是如何有效地激發并持續保持學生自主學習的積極性和主動性。

2.1 確定項目選題

在確定項目選題的過程中，首先必須以該專業的人才培養目標、教學大綱及教學內容為選題依據，項目理論基礎應包含課程核心知識點，確保能與所學內容緊密結合，而且項目比較簡單、具體，具有可操作性，學生容易理解，這樣才能讓學生在自主學習的過程當中完成項目內容。而在確定選題并論證的過程中，教師需要不斷地查閱相關專業書籍和文獻，以及進行實驗實踐操作等，不斷地提升教師的專業能力和學習能力。同時，項目在經過充分的論證選取后，可以加入到項目庫中，并逐年更新。這樣在以后每年該課程的開始階段，教師就可以向學生安排項目。

2.2 課堂案例分析

項目選題確定以后，由于學生剛開始對課程內容不了解，對項目內容也不了解，所以教師可以先選取一個選題，以該項目為例，安排一定的課時在課堂講授包括課程核心知識點、項目的具體操作方法及需要得到什么樣的結果。例如，可以以74HC138集成譯碼器芯片為例，利用自頂向下的分析方法，從芯片級到電路級，從功能到性能，從輸入級到輸出級，掌握CMOS電路的構成原理和規則，了解如何實現電路功能和達到對應的性能，并采用Hspice軟件設計具體電路，并對電路進行仿真，通過分析仿真結果，達到掌握靜態CMOS邏輯電路直流和瞬態特性的目的。然后再根據動態CMOS電路的構成特點，再次重復上述過程，并再次分析設計結果，并與靜態CMOS電路對比，從而達到真正理解和掌握CMOS集成電路的目的。

2.3 項目分組及分工合作

學生可以根據自己的實際情況和興趣及教師指導相結合的方式選擇題目，同時按照項目分析、設計、測試的角色組成5～6人的團隊，選舉1人作為項目負責人，明確各自的分工和職責，并與同學協作完成，以培養學生的團隊合作精神、溝通能力和團隊管理能力等。這樣將學生分為多個小組，在實際操作過程中可避免相同題目過多，防止發生相互抄襲的情況，便于完成對學生的考核。

在分工合作的過程中，教師與各組成員各司其職。教師除了要在最開始講授案例和課程核心知識點以外，還要在整個項目完成過程當中充當技術顧問，為學生提供相應的學習資源和解決問題的方法及手段的建議，引導學生獨立思考和討論。而小組成員除了組長要分配工作外，所有成員還要完成項目分析、設計、測試等工作，主要安排如下。

（1）分析項目。根據項目選題，分析項目要求，確定需要完成的CMOS電路功能，然后分析直流特性和瞬態特性的性能要求，確定可以完成該功能和性能的靜態CMOS電路和動態CMOS電路的構成，給設計人員提出滿足要求的可行性的思路。分析人員在根據要求分析電路的同時，可以查閱相關文獻資料，比如所需元器件型號、功能、性能等，這樣既培養了學生查閱文獻資料的能力，又可以將查詢的相關結果交付給設計人員，以便設計人員更好地構建電路。

（2）設計項目。按照分析人員給出的分析思路，選取適當型號的CMOS電路元器件，自底向上地設計具體的電路，包括靜態CMOS電路和動態CMOS電路及各自的輸入和輸出級的設計，并將電路圖樣交給測試人員。設計人員在設計電路的過程中不僅可以掌握CMOS電路的構成原理和規則，還能了解一些實際電路的制作過程和工序，這有利于半導體工藝課程的學習。

（3）測試項目。將設計人員設計的電路圖樣利用Hspice軟件繪制出來，然后通過軟件仿真功能對電路進行仿真，根據最終仿真數據和波形判斷是否達到項目要求。測試人員在進行電路測試之前，必須先掌握測試軟件Hspice的具體操作，包括如何制圖、如何運行電路及如何仿真等，此軟件也可以應用于其他課程設計或者畢業設計。

2.4 項目驗收及考核

2.4.1 項目驗收

在完成項目任務要求后，由教師組織學生召開項目驗收會，學生按照分組各自進行項目答辯，首先介紹項目內容及任務要求，然后演示項目成果，匯報包括設計思路、元器件選取依據、采用的技術、電路的優勢及存在的問題等，同時接受教師和其他同學的提問，以團隊形式提交項目任務書、分析過程、設計過程及測試過程和結果資料，包括元器件清單，以及每周工作報告和任務跟蹤表等材料，統一建檔交給任課教師保管。

2.4.2 考核

課程考核主要分為3個部分，其中理論考核占40%，以期末開卷考試形式完成，主要考核學生在規定時間內對具體案例進行思考、分析和解決問題的能力；實踐考核占40%，主要由各組驗收材料及答辯結果構成，此部分由答辯時回答提問情況及項目成果完成情況綜合評分；平時成績占20%，主要根據每周工作報告和任務跟蹤表由任課教師綜合評價。

教師要及時進行總結，在教學過程中逐一分析，并提出解決方案，撰寫相關書面材料，與學生項目材料一并存檔，以便下次開課使用。

3 結語

作為一門電子科學與技術專業的專業課程，CMOS集成電路課程具有相當重要的承前啟后的作用，但是傳統教學方式只會讓學生在眾多的專業課程的轟炸中變得茫然而乏味，不利于學生主動有效地學習專業知識，而且教師花費大量時間備課并講授而得不到足夠的回應，也會打擊教師授課的積極性。因此，通過引入項目教學模式，不僅可以讓教師在論證項目選題和解答學生問題的過程中得到教學能力和專業素質的提升和肯定，還可以讓學生轉變被動的學習觀念，樹立自主學習的理念，不斷增強主體意識和自我構建意識，主動參與教學、積極思考、大膽探究，從而能夠讓教師和學生在整個課程學時的過程當中實現雙贏的局面。

參 考 文 獻

[1]Sung Mo Kang.CMOS數字集成電路——分析與設計[M].第3版.北京：電子工業出版社，2009.

[2]甘學溫.集成電路原理與設計[M].北京：北京大學出版社，2006.

[3]郁書好，蘇守寶，劉正余.基于項目驅動的軟件工程教學模式研究[J].皖西學院學報，2009（5）：60-62.

[4]周前能，李紅娟，吳貴能.模擬CMOS集成電路課程教學改革探索[J].素質教育論壇，2011（1）：46-47.

[5]范會聯，仲元昌.基于項目驅動的軟件工程課程教學改革探索[J].教育與職業，2013（5）：147-148.

[責任編輯：鐘聲賢]