《數字集成電路設計與分析》慕課教學模式研究與設計

陳磊 湯乃云 趙倩 劉偉景 江超

【摘要】本論文針對筆者在過去一年中精品課程課堂教學改革設計的成果，提出了一種更加符合時代要求的高?！稊底旨呻娐吩O計與分析》課程的慕課教學模式，這種研究旨在改變傳統單向灌輸式的教學模式，建立可行度很高的以學生自主動力為導向，以學生為主體的交互式，個性化學習模式，最終構建翻轉課堂的實際框架，收獲良好的教學效果。

【關鍵詞】慕課 翻轉課堂 數字集成電路 課程設計

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）05-0208-02

背景和意義

目前，在我國電子科學與技術一級學科及下屬二級學科（如微電子學與固體電子學）的本科教學中，《數字集成電路設計與分析》都是一門非常重要的基礎課程。該課程在教學體系中一般安排在《數字電路線路》和《模擬電子線路》之后，由于數字集成電路相對于單純數字電路更為貼近實際應用，在多年實際課堂教學中，筆者發現傳統的教學方法已經越來越更不上時代的發展和課程建設的要求。

《數字集成電路設計與分析》大部分的傳統教案主要采用單向教學方法，即講解知識點占據了大量的篇幅，一般采用PPT分章節介紹知識點，計算實例分析，計算例題講解，課堂作業等方式完成。在這個過程中，教師講解時間幾乎占據了整節課時，學生自身的獨立性和探索性嚴重不足，從而學生的獨立性和主動性能力都無法得到鍛煉和發揮，降低了學生對《數字集成電路設計與分析》課程的興趣[1]。目前多媒體的手段雖然得到了廣泛應用，但是只有PPT一種形式，針對課程本身的性質，這種簡單的單向傳授還是無法擺脫理論課時的藩籬，這樣的教學模式亟待改革，提升學生自主參與度，提升學生的動手實踐能力[2]。

實際研究

自2016～2017年第一學期至第二學期，筆者在自己的任課時間段內展開實際研究。其間作為上海電力學院專職教師，連續為2013級電子科學與技術專業2個班級和2014級電子科學與技術專業2個班級連續開設主講《數字集成電路設計與分析（雙語）》課程。

1.前期準備和課程分析

在本次研究開始的前期階段，首先通過微信調查和問卷調查等對學生針對慕課建設的意見和建議展開調查，主要了解學生喜好，通過選項和自由發揮的方式基本確定了學生對于慕課建設的一些個性化需求，后續也在具體實現過程中進行了相應的修正。

我院《數字集成電路設計與分析》采用國外原版影印教材，采用雙語教學，是我校及我院的一門精品課程，也是電子科學技術專業高年級的必修課[3]。

2.慕課課程建立

本研究基于第三方平臺中國大學慕課MOOC系統（http：//www.icourse163.org/）作為技術平臺，基于本門課程的特點，具體的慕課課程設置如下圖1所示：

公告區（左上），課件區（右上），測試與考試區（左下），討論區（右下）

（1）公告區

針對本門課程的基本情況進行簡要介紹，并及時更新課程的進度，讓學生對課程體系一目了然。如圖1左上所示。

（2）課件區

分章節給出本門課程的具體課件，讓學生隨時進行預習和復習，并可針對性地進行自學，如圖1右上所示。

（3）測試與考試區

在課程進行當中的進行的小練習和測試，包括課程結束后的總體考試，開出具體功能區域，如圖1左下所示。

（4）討論區

給出專門區域，包括教師答疑區，即時通訊（小組討論用）區和綜合討論區等，提升組內合作能力，如圖1右下所示。

3.翻轉課堂設計

（1）教學環境設計

教學環境設計本次從兩個方面入手，一是利用學校的專業機房，具備軟硬件條件和投影儀等基本配置，每人一臺終端電腦。軟件方面電腦配置包括win7操作系統，瀏覽器和慕課專用軟件等。另外教師和學生的手機端也安裝了專門APP備用，進行后續移動端研究準備。

（2）教學目標設計

本研究的翻轉課堂總體目標設計是進行網絡互動的慕課設計，并輔助以EDA軟件實際操作和指導，讓學生在設計過程中可以倒過來進行溝通和交流，并投屏給所有其他同學或小組同學，真正實現了翻轉課堂。

課前教學目標設計

課前通過實體教室的講解，學生已經了解了集成電路的發展簡史，數字集成電路的基本組成，計算機組成與結構等基本概念。

課中教學目標設計

通過課中實操，學生通過平臺實際應用EDA軟件，跟隨教師同步操作，并實時反饋結果，有問題隨時解決，并且優秀的案例也馬上可以分享，形成良好的小組教學氛圍。

課后教學目標設計

課后通過討論區，組內通訊工具和QQ群，微信群等分享課后習題，上交作業，交流鞏固等，培養學生興趣，提高解決實際問題的能力。

4.教學模式的應用

（1）課前應用

課前講解和視頻指導

在翻轉課堂教學模式指導下，教師在課前通過網絡平臺，實際進行課程講解，然后再進行仿真應用的實際操作。學生在這個過程中可以直接跟隨操作，這里非常重要的一點是在講授的過程中教學過程是全程視頻記錄的，這樣在平臺里面，不懂的同學就會在課后針對性地進行學習，重復聽講。還可以擴展到因故請假的同學，可以完整的進行補課。該課程最終還可以保留并進行網絡慕課分發，起到良好的后續社會效應。

（2）課堂應用

在慕課設計和翻轉課堂中，每個學生都是課程的主人。我們在課程設計中加入了一些模塊化的自主小練習，明確地給出了要求spec，明細到具體步驟，和最終完成的指標。

（3）小組協作應用

在課程進入到比較后期時，加入小組協作聯系模塊。增進學生的練習強度，并增加了協作設計的能力培養。在這個過程中，通過慕課平臺給出了一個較大設計的完整過程和具體spec，然后分解到四至五個功能模塊，組成一個小組。小組中學生要分別負責自己的功能模塊設計，并且通過局部驗證。然后在上面的top層，由小組選舉出的小組長進行整體仿真和編譯，獲得正確結果。這其中不但鍛煉了學生的模塊化設計能力，還對他們整體協作化設計，代碼規范化，責任心，團隊寫作能力等都提出了較高要求。

參考文獻：

[1]韓錫斌，葛文觀，周潛淮.MOOC平臺與典型網絡教學平臺的比較研究，中國電化教育，2014，01：61-68

[2]徐舜平.中國大學和教師參與MOOC的行為分析——清華大學為例，中國遠程教育，2014，06：33-39

[3]新華網，中國集成電路產業人才“缺口”亟待解決，http：//news.xinhuanet.com/fortune/2016-01/25/c_1117879602.htm，2016年1月25日