模擬集成電路的工程實(shí)踐教學(xué)改革

電子科技大學(xué)成都學(xué)院 高大偉

本文的模擬集成電路專業(yè)方向的改革與實(shí)踐，是基于新型CDIO工程教育理念，在電子科技大學(xué)成都學(xué)院建立一流應(yīng)用型高校的背景下，采取提升基礎(chǔ)課程的設(shè)計(jì)，完善應(yīng)用工程項(xiàng)目建設(shè)，構(gòu)建師生間新型的“師徒關(guān)系”等措施，從根本上幫助學(xué)生完成工程能力的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn) 創(chuàng)新思維、理論知識(shí)、團(tuán)隊(duì)能力的綜合實(shí)踐。

在目前全國(guó)各應(yīng)用型高校的模擬集成電路教學(xué)中，低年級(jí)課程主要講授專業(yè)理論的基礎(chǔ)內(nèi)容，重點(diǎn)包含基本物理原理，器件原理，和原始單元電路的形成機(jī)理。而高年級(jí)則進(jìn)入了預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。就教學(xué)現(xiàn)狀而言，低年級(jí)學(xué)生在學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)時(shí)，缺乏工程體驗(yàn)。微電子電路本身具有內(nèi)容抽象、理論計(jì)算公式繁瑣、圖示復(fù)雜等特點(diǎn)，這導(dǎo)致學(xué)生聽課質(zhì)量不高，隨著內(nèi)容深度增加，許多同學(xué)出現(xiàn)厭學(xué)棄學(xué)的現(xiàn)象。而高年級(jí)同學(xué)面對(duì)實(shí)驗(yàn)課程，不習(xí)慣于將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)練習(xí)思考結(jié)合，實(shí)驗(yàn)完成機(jī)械空洞，工程能力提升不高。為滿足學(xué)生在工程教育方面的實(shí)際需求，切實(shí)帶動(dòng)同學(xué)邊思考邊實(shí)踐，我們提出在微電子電路課程中采用新型工程實(shí)踐教學(xué)改革。

在學(xué)習(xí)CDIO工程教育理念的基礎(chǔ)上，模擬集成電路教學(xué)團(tuán)隊(duì)提出集構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與運(yùn)作于一體的新型教育模式。引導(dǎo)學(xué)生從產(chǎn)品研發(fā)的角度，讓學(xué)生采用主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式來(lái)學(xué)習(xí)知識(shí)。通過(guò)體驗(yàn)式的工程過(guò)程，系統(tǒng)的養(yǎng)成同學(xué)從知識(shí)的吸收、團(tuán)隊(duì)能力的協(xié)作、項(xiàng)目運(yùn)作等方面的成長(zhǎng)。在具體實(shí)施中，我們著重從基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，教學(xué)項(xiàng)目開發(fā)，“師徒型”技術(shù)培養(yǎng)等方面展開。

1.基礎(chǔ)課程的設(shè)計(jì)

在課程建設(shè)方面，我們秉持基礎(chǔ)課程建設(shè)要體現(xiàn)整體性，實(shí)踐課程的建設(shè)要貼近工程性。基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)要藉著工程體驗(yàn)來(lái)加深，而工程實(shí)踐的學(xué)習(xí)要扎根基礎(chǔ)知識(shí)思考。目前模擬集成電路方向的基礎(chǔ)課程有《模擬電路基礎(chǔ)》、《微電子器件》、《微電子電路》和《模擬集成電路設(shè)計(jì)》等，這些課程知識(shí)環(huán)環(huán)相扣，是復(fù)雜電路學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。但同學(xué)在學(xué)習(xí)中卻常常迷茫，缺乏直觀體驗(yàn)。所以我們提出基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)需要結(jié)合工程實(shí)際來(lái)完成，使知識(shí)點(diǎn)可以在實(shí)踐中被重構(gòu)，叫學(xué)生對(duì)電路的掌握是直觀性的，實(shí)踐性的。

比如在單級(jí)放大器的學(xué)習(xí)中，我們之前的模式是將基礎(chǔ)知識(shí)按微電子理論、電路分析、軟件仿真體現(xiàn)出來(lái)。但在我們工程系統(tǒng)課程的改革之后，一種基本電路完成理論分析后，將立即進(jìn)入工程仿真體驗(yàn)，同時(shí)習(xí)題和討論也集中在該時(shí)段，形成在短時(shí)間內(nèi)對(duì)核心知識(shí)點(diǎn)的聚焦，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中形成多方位的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)核心知識(shí)的融透式的掌握（見(jiàn)圖1）。

圖1

2.教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目的開發(fā)

教改的第二個(gè)核心是教學(xué)項(xiàng)目的開發(fā)，當(dāng)我們?cè)谑崂砦覀兊慕虒W(xué)目標(biāo)時(shí)，提出電路理論是基礎(chǔ),電路實(shí)踐為手段, 電路的分析設(shè)計(jì)能力是最終目標(biāo)。所以高年級(jí)的模擬電路的教學(xué)方式就隨之改革，要突出以項(xiàng)目任務(wù)為導(dǎo)向的工程教學(xué)，強(qiáng)調(diào)從工程電路的角度而不是知識(shí)體系的角度來(lái)認(rèn)識(shí)和解決問(wèn)題。自學(xué)方式成為主要的學(xué)習(xí)方式，課程著重考核學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

從目前高年級(jí)的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置來(lái)看，已展開了如《集成電路反向分析實(shí)驗(yàn)》、《集成電路版圖設(shè)計(jì)》、《原理圖設(shè)計(jì)與Hspice電路仿真實(shí)驗(yàn)》、《數(shù)字芯片驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)》等工程性較強(qiáng)的技能知識(shí)課程。但我們也同時(shí)增加了《工程系統(tǒng)Ⅰ》、《工程系統(tǒng)Ⅱ》、《工程系統(tǒng)Ⅲ》、《集成電路實(shí)訓(xùn)》等工程課程。這些課程的開發(fā)內(nèi)容分為兩個(gè)方面，一方面是采用以賽促學(xué)的方式，通過(guò)指導(dǎo)同學(xué)們參加國(guó)內(nèi)各項(xiàng)工程技術(shù)類大賽，達(dá)到對(duì)知識(shí)技能的提升。另一方面是通過(guò)校企合作，貼近企業(yè)工程一線來(lái)提升同學(xué)們的工程能力。

以工程《工程系統(tǒng)Ⅱ》為例，該課程目的是通過(guò)工程教育，指導(dǎo)同學(xué)們完成全國(guó)大學(xué)生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，該項(xiàng)賽事于每年12月份會(huì)由企業(yè)擬定的杯賽題目，參加賽事可以讓同學(xué)們體驗(yàn)芯片構(gòu)思、整體架構(gòu)設(shè)計(jì)、電路前仿、版圖繪制、電路后仿等每一步芯片設(shè)計(jì)流程。相較于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程著重于教授學(xué)生仿真軟件的學(xué)習(xí)和固定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完成。提升新的開放型、任務(wù)型的工程課程、會(huì)推動(dòng)學(xué)生從思維上由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向自我責(zé)任激勵(lì)，給學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐創(chuàng)造條件。

3.建立新型師徒關(guān)系

教改第三個(gè)焦點(diǎn)是建立新型師生關(guān)系，形成“師徒型”教學(xué)模式。目前大學(xué)教育的學(xué)生工作是由輔導(dǎo)員為主要抓手，關(guān)注點(diǎn)以學(xué)生日常生活、思想教育為主。貼近學(xué)生的工程技術(shù)培育成為學(xué)生工作的盲區(qū)，“以學(xué)生為本”就要求教師必須建立與學(xué)生深入的關(guān)系。目前從教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)看，我校80%以上教師都有豐富的企業(yè)工程經(jīng)歷，兼?zhèn)洹敖處煛焙汀肮こ處煛彪p師雙能型能力；如何將工程能力全方位的傳遞給同學(xué)，這是我們目前思考的焦點(diǎn)。新型“師徒型”師生關(guān)系不單單是技術(shù)的指導(dǎo)，更肩負(fù)著科學(xué)精神、人格傳遞等全人培育的使命。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文的模擬集成電路改革與實(shí)踐，基于CDIO工程教育理念，目的在于引導(dǎo)學(xué)生從工程應(yīng)用的角度完成創(chuàng)新思維、理論知識(shí)、團(tuán)隊(duì)能力的綜合實(shí)踐。借助基礎(chǔ)課程的設(shè)計(jì)，實(shí)際工程項(xiàng)目的開發(fā)，建立師生間新型的“師徒關(guān)系”等措施，我們從根本上建立學(xué)生在實(shí)踐應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的工程能力。