基于線上教學模式的《集成電路版圖設計》課程教學探究

向靜 楊文耀 李杰 徐永剛

（重慶文理學院電子信息與電氣工程學院，重慶 400000）

一、引言

《集成電路版設計》課程是電子信息類的專業技術課，本課程是集成電路設計、工藝中必不可少的環節。該課程以CMOS 工藝技術和其基本邏輯門為基礎，借助tanner 軟件，詳細介紹了版圖設計的定義、設計流程、設計規則，使學生掌握L-edit繪制反相器、與非門、或非門等邏輯電路的版圖，能夠通過LVS 對比版圖和集成電路的一致性關系，并熟練使用T-Spice、W-Edit 進行后仿真。

本課程包括理論講授32 學時/學期、實驗探索16 學時／學期。相關專業的學生在大三下期開設了該門課程。本課程對學生學習技術基礎和專業課程起到承前啟后的作用，具有提高學生學習相關專業理論的認知能力、增強學生對專業技術學生對專業技術工作適應能力和開發創新能力的作用。

二、《集成電路版圖設計》課程線上教學存在的問題

（一）學生環境變化

重慶文理學院微電子科學與工程專業的學生主要分布在四川和重慶一代，本班一共有34 名學生。基于學生環境的變化，主要存在以下幾個問題。首先，網絡的問題。由于是線上教學模式，依靠的是網絡交流，34 個同學中有8 位同學家中無WIFI。更嚴重的是其中一名學生家住在偏遠山區，連4G 信號都不穩定，因此直播課程，該學生的網絡信號一直不穩定，故單一的直播教學嚴重影響該生的學習效果。其次，設備的問題。本門課講解關于tanner 軟件相關知識，需要電腦才能完成該內容的實現，由于寒假放假，有八名同學未帶電腦回家，無形中對本門課的實施增加了難度。最后，脫離學校管理，學生在家沒有學習氛圍，部分學生出現了遲到或者缺陷的現象。綜上所述，學生教學環境由學校教室轉化為家庭，學生上課的積極性和主動性都受到了影響。此外，由于學生家中網絡和設備的不齊全，也增加了教學難度。

（二）教師常識全新教學模式

全新的教學模式，依然面臨著諸多問題。第一，新的教學模式缺乏經驗。作為一個剛剛工作一年的教師，線下教學正處于摸索階段，全方位的線上教學的出現，帶來了更大的挑戰。第二，教學內容框架的設計缺乏經驗。由于有過一年的教學經驗，對于教學內容、知識點較為熟悉，但是線上課程教學內容框架和線下模式是有區別的，所以教師對于線上教學的內容框架需要重新構思。第三，與學生缺乏直接的互動關系。由于教師教學面對的是電腦，學生也是在手機或者電腦端，所以教師很難直觀的把握學生的學習情況。

（三）其他問題

由于疫情的影響，全國各個高校基本都是實行的線上教學。但是，沒有出現過如此大規模的集中的對網絡的使用，學習通、QQ 直播和釘釘直播等常用軟件均出現了信號不穩定，或者教師和學生無法正常登陸的情況，極大程度地限制了正常課程的有序進行。此外，教師每一個問題提出，需要等待1-5 秒才能得到學生的反饋，問題越復雜，學生要通過打字花費的時間越多，教師等待反饋的時間變長，一定程度上影響了教師上課邏輯思維和連續性。

綜上所述，新的教學模式的被迫選擇，學生學習氛圍缺失、學生學習設備不完整、教師授課不連續、教師新模式的不熟悉都嚴重影響了《集成電路版圖設計》課程的正常進行。

三、解決問題的方法

（一）多種教學方式相結合

除了直播課教師的講解，借助錄屏工具，實現將教學直播過程轉化為視頻，并上傳視頻到學習通，將集中的教學改為分散教學，避免了由于集中使用網絡引起的卡頓和系統崩潰的問題。首先，將教學資料上傳到學習通中，并設置每節課學習任務，給予1 天的時間進行分散學習，只有完成相對于的任務，才能獲取相應的積分，教師通過教師端完成對學生學習視頻的監督。其次，由于學生在家學習效率和學習氛圍不濃厚，教師在設置簽到時間段，保證學生在規定時間內進入學習通中學習。再次，針對教學內容教師可以進行教學提問，學生回答問題，學生不僅可以看見自己回答情況，同時也可以看見其他同學的回答情況，有助于學生之間相互學習。第四，基于課程內容，教師布置作業，規定時間完成，以避免部分同學推遲交作業的現象。第五，針對教學交作業情況和課程重難點，采用問題引導式和學習通搶答模塊，教師抽一節課時間對學生遇到的問題進行有針對性的講解。最后，每個一周，教師將學生的學習進度和成績公布在學生群中，以督促學生進行學習。值得注意的是，每次公布學習進度和成績后，未完成作業或者任務的同學會積極地完成。

（二）問卷調查了解學生學習情況

遠程線上教學使得教師難以掌握學生的學習情況和對教學內容實際掌握情況。通過問卷調查的形式，可以更好的了解學生的學習狀態，同時也能幫助教師更好的提升線上教學能力。對于問卷調查的制作，主要采用不記名方式進行，以避免學生因為實名制引起的一些擔心。通過問卷調查不僅可以為教師提供完成《集成電路版圖設計》課程教學指導，同時也使學生參與進入教學設計，提高學生學習的積極性。

問卷的內容主要集中在：（1）對教師上課內容安排方面的建議；（2）對于教師作業安排方面的建議；（3）對于多久進行一次直播講解方面的建議；（4）對于教師內容講解是否詳細，通俗易懂方面的建議。

（三）分小組形式教學形式

《集成電路版圖設計》包括版圖設計理論知識的學習和Tanner 系列軟件軟件。單純的講解理論知識不進行Tanner 系列軟件學習，學習過程就會變得很枯燥。但受限于部分學生沒有電腦，很難進行一對一的自主軟件學習，因此實行分組的形式進行學習。引入項目驅動式的分組教學模式實施Tanner 系列軟件教學，具體步驟如下。

1.以4-6 人為一組，學生自行進行分組；

2.教師根據課程內容提供項目和部分參考資料，由學生組內討論后，自行決定選擇實操項目，項目先選先得；

3.由小組學生自學項目相關資料后，討論完成項目；

4.通過抽簽方法選取1 名學生，該1 名學生通過錄屏，如果該學生沒有電腦，由該學生作為講解員，請另外一個同學進行電腦實操，將學習項目視頻轉發給教師，由教師將學生視頻上傳學習通，供全班學生學習；

5.教師提供1 個類似的項目，由同學單獨完成項目，規定時間上交程序，對于沒有電腦的同學，由該學生作為講解員，請另外一個同學進行電腦實操；

6.教師檢查學生項目視頻完成情況，通過直播集中講解。

通過基于項目驅動的分小組形式教學，鍛煉學生團隊合作能力、分析和解決問題的能力。采用學生自主抽簽的方式決定講解學生代表，保證小組中每位學生都能夠參與到資料學習和項目完成的過程中去，避免由教師直接點名引起的學生逆反情緒。

四、結束語

2020 年特殊情況下，基于線上教學的《集成電路版圖設計》課程是實現無接觸遠程教學的最佳選擇。基于學習通視頻任務學習和qq 視頻直播教學，制定教學任務和通關的積分的方式，實現理論部分的學習，結合基于項目驅動式的分組教學模式，實現《集成電路版圖設計》實驗部分的學習，完成線上教學過程，使學生能夠熟練地掌握《集成電路版圖設計》課程內容。此外，通過本次線上教學活動，完成集成電路版圖設計網絡課程數字資源的建設工作，為后續進行線上線下混合教學奠定了堅實的基礎。