集成電路版圖課程設計*

南京理工大學紫金學院電子工程與光電技術學院 王立娟 申繼偉 孫敦艷

針對傳統教學中存在學生學習積極性低，教學效果差等問題，提出“線上線下”混合式教學改革，并應用于集成電路版圖設計課程中。教學實踐表明，通過建設實施“線上線下”混合式的教學體系，提高了學生學習積極性和課堂效率，達成教學改革目的。

隨著信息技術和互聯網技術的快速發展，信息化技術被廣泛地應用于各個領域。在疫情防控期間，傳統教學已不適用目前高校教學，為保證“停課不停教，停課不停學”，教育部鼓勵各地高校充分利用信息技術和互聯網技術為學生提供學習支持，有序地開展高校相關教學工作。越來越多教學工作者開始關注“線上線下”混合式教學，對單一的傳統教學進行改革。線上教學最初源于網絡上公開的教學視頻，可以實現教學資源的共享，但是缺乏師生間的互動。為了加強師生間的互動，中國大學MOOC誕生了，該線上平臺不僅實現教學資源的共享，還能隨時進行課堂測試，實現教師與學生間的互動。中國大學MOOC的興起，有效地推動了其他線上教學平臺發展，例如對分易平臺、雨課堂平臺、超星平臺、智慧樹平臺、騰訊課堂等。如果采取純線上教學，學生學習缺乏積極性，需要對學生提出較高的自我管理要求，而大學生自我管理能力較差，因此不能采取純線上教學。王艷等人通過案例結合對分易課堂傳感器技術課程進行教學改革，充分調動了學生的學習主動性，有效地提高教學質量。申繼偉等人提出數字化教學資源建設，將建立的數字化資源運用于模擬電子線路課程中，進而推動移動式教學改革。邊心田等人提出基于OBE理念的教學模式，并運用于應用光學課程中，取得了較好的教學成果。如何有效地將線上教學與線下教學相結合，提高教學質量，這是每位高校教師值得認真思考的問題。本文以集成電路版圖設計課程為例，對“線上線下”混合式教學進行相應改革，并取得一定的教學成果。

1 學情分析

1.1 集成電路版圖設計課程特點

集成電路版圖設計課程是我校電子科學與技術專業的一門具有較強實踐性的專業課。課程考核方式為百分制，實踐成績占50%，理論成績占30%，平時成績占20%。其中，實踐成績主要依據工程案例完成情況，理論成績依據理論知識掌握情況，平時成績依據課堂到課率及課堂表現。該課程堅持“以學生發展為中心”的理念，要求學生掌握集成電路版圖層次、圖例，熟悉集成電路工藝，熟練應用版圖設計規則和匹配原則進行IC版圖的布局和連線，讀懂IC行業的PDK標準，掌握DRC規則，能利用IC行業工具繪制版圖，進行DRC、LVC等驗證，培養學生求真務實、嚴謹堅卓的工程觀、工程素養。課程內容較多，如何在有限的時間內讓學生掌握知識，熟練繪制版圖，對教師提出較高的要求。

1.2 學生學情分析

集成電路版圖設計課程面向我校電科專業大三學生，學生學習主動性比較差。通過校企合作引入Cadence的Virtuoso設計平臺，該平臺與企業集成設計平臺完全一樣，將與課程相關的實際工程案例、學科前沿知識融入課堂中。而對于實際工程案例，學生很難入門，為開展與企業設計類似的項目實訓增加了難度。其次，大學生學習方式發生了轉變，學生更希望自主的安排和管理學習時間，學習場所不受空間限制，可以隨時隨地進行學習。為了了解本專業學生傾向哪種教學模式，開展了相關調研工作，調查結果如圖1所示。從圖1可以看出，8.33%的學生傾向于純線下教學模式，28.33%的學生傾向純線上教學，大部分學生更傾向于線上線下混合式教學，認為這種教學模式更有利于他們掌握、吸收教學內容。

圖1 教學模式調查表Fig.1 Teaching mode questionnaire

1.3 教師學情分析

高校教師作為知識傳播者，在教學環節中應采用改進的教學模式。如果只采用傳統的教學模式，不能實時掌握學生對知識的掌握情況，會忽略學生對課程的興趣，導致課堂效率低。如果過多依賴線上教學模式，師生間缺乏互動，出現學生不認真聽課現象。因此，教師要合理分配線上、線下教學內容及時間。

2 “線上線下”混合教學

為了兼顧教師的教學效果和學生的學習效果，結合大量線上教學經驗，集成電路版圖設計采取線上與線下相結合的教學，課程教學措施如下。

2.1 建立線上教學資源

目前網絡平臺有大量優質的關于集成電路方面的教學資源，要充分利用高質量的網絡教學資源。線上資源建設采取“引用+自建”結合的方式，夯實基礎、強化應用性、體現高階性。建設中，引用中國大學MOOC課程資源，在引入課程時，仔細查閱課程內容，結合本校學情與本人前期準備的教學資源，有取有舍、優勢互補，建設適合本校學生學習的課程資源。

2.2 線上教學

2.2.1 課前預習

教師課前向學生發布課程內容及要求，并將相應的教學資源上傳至“對分易”平臺的資源模塊中。學生可以提前預習內容，知道接下來要講的知識點及難易點，這樣能夠保證教學質量。例如Bandgap LDO、保護電路，在教學前發布預習任務，學生通過線上平臺學習，對版圖設計的基本規則、基本步驟有個大概的了解。

2.2.2 線上授課

學生可以通過課前預習環節進行預學習，但仍存在對基礎知識不解的困惑，如果不及時答疑，會阻礙學生學習進程。教師采取線上直播的形式，以班級為單位組織線上授課（釘釘直播），實現師生雙向互動。線上課堂，教師講授相應的課程內容。另外，在線上教學過程中，教師發布一些互動內容，讓學生積極參與到課堂教學中。對于自主學習遇到的問題，學生可以與教師進行討論，激發學生學習的積極性和主動性。教師根據討論的內容，對教學做出相應的調整，同時教師可以針對學生遇到的共性問題，錄制相關解答視頻。例如，大部分學生會遇到“打開Cadence軟件時發現Library Manager里沒有m1815庫文件”問題，如果一一解答，效率太低，教師可以針對性的錄制答疑視頻，及時解決學生遇到的問題。此外，如果學生再次遇到類似的問題或者忘記了相應問題的解決方法，學生可以隨時隨地觀看回放視頻和錄播視頻。

2.3 線下教學

2.3.1 課堂教學

教學中學以致用，將實際工程案例引入線下課堂，從版圖設計到仿真，進行了系統的學習。例如，引入 “同步降壓式單片DC-DC電源芯片”工程案例，學生從原理圖設計到仿真、從版圖設計到仿真，進行了系統的學習。將工程案例進入課程中，理論與實際相聯系，利用理論知識解決實際工程問題，有利于激發學生的學習熱情，積累更多集成電路方面的經驗，對集成電路方面有了更深入了解，能夠更好地適應集成電路相關工作。

此外，拓展與延伸課堂教學，教學內容與當前熱點話題相結合，增強學生從事名族產業的信心。基于IC智庫為學生介紹國內外、長三角地區IC產業的各種動態，比如“中興事件”“華為手機的麒麟芯片”“北斗導航”等，介紹國家政策、介紹IC產業對人才的需求等，不斷刷新學生對IC行業的認知，提升學生對專業的認同感。這樣，一方面讓學生看清差距；另一方面讓學生看到我們國家IC產業的快速的發展和良好前景，增加從事IC產業的信心。

2.3.2 豐富教學形式，提升學生綜合能力

充分認識實踐教學的重要性，在教學活動中除了按教學計劃設置基本教學任務外，還安排具有難度梯度的實踐活動，這樣既照顧整體又兼顧個體。根據學生認識規律，由易到難，由淺入深，發揮學生主觀能動性，啟發學生創新思維。實踐教學安排上，減少緊隨理論課開設的驗證性實驗內容，增加綜合設計型和研究創新型實驗的內容。在此基礎上，鼓勵學生積極參加各類學科競賽和創新實踐活動，部分同學參加全國集成電路創新創業大賽、大學生課外科技活動，并獲得相應獎項。通過參與競賽活動，能夠發現教學不足，促進課程的優化，提升教學質量，并有利于提升學校知名度。

2.4 線上測試

教師為了實時了解學生對知識點的掌握情況，把握學生學習效果，在教學過程中開展測試環節是十分必要的。在實際大學教學過程中，線下開展測試是不大現實的，一方面很難統一學生的課后時間，另一方面給教師增加了一定的批改作業任務量。因此，在線下教學環節后開展線上測試環節，教師在線上“對分易”平臺布置具有一定難度的隨堂測試，測試題目以客觀題為主，這樣能夠快速掌握學生的學習情況。隨堂測試不是目的，只是教師的一種教學手段。一方面，隨堂測試結果可以作為教學分析依據，通過知識點的正確率可以判斷學生是否真正的掌握課堂知識，對于錯誤率比較高的知識點，教師還需要再次講解。同時，教師需要進行教學反思“是自身講解不夠透徹還是學生沒認真聽？”，進而做出相應改進。另一方面，學生間可以做個橫向的比較，了解自己與其他同學間的差異，學生之間形成一種良好的競爭氛圍。

3 效果

目前，基于“線上線下”混合式教學的集成電路版圖設計已面向我校18級電子科學與技術專業學生（60人），并取得一定教學效果。整體來看，學生易接受“引用+自建”教學視頻。通過后臺直播相關數據分析發現：在觀看時長方面，學生觀看總時長約為752min；在觀看設備方面，大部分學生選擇電腦端觀看視頻，少部分學生選擇手機觀看視頻，這反映互聯網設備在廣泛運用于學生學習領域中，學生學習不受時間、空間方面的限制。“線上線下”混合式教學取得的教學效果主要如下三方面。

3.1 提高學生學習動力

“線上線下”混合式教學過程中加入師生互動環節，激發學生學習的積極性和主動性，學生積極參與課堂教學中，與教師展開討論。教師根據討論的內容，能夠及時掌握學生學習效果，并對教學做出相應的調整。

3.2 提高課堂效率

課前向學生發布課程內容及要求，學生可以提前預習內容，知道接下來要講的知識點及難易點，這樣課堂上有針對性地聽教師講課。在線下教學環節后開展線上測試環節，隨堂測試結果可以作為教學分析依據，及時對教學做出改進，提高課堂效率。

3.3 提高學生實踐能力

將工程案例貫穿于課程的理論、實踐和作業中，利用理論知識解決實際工程問題，提高學生實踐能力。鼓勵學生積極參加各類學科競賽和創新實踐活動，提升學生綜合能力。

4 總結

為了兼顧教師的教學效果和學生的學習效果，在集成電路版圖設計課程中采取“線上線下”混合式教學模式，該教學模式分為4個環節：資源建設（引建+自建）、線上教學（預習+直播）、線下教學（結合工程案例+綜合能力提升）、線上測試（測試+反饋）。實踐證明，“線上線下”混合式教學模式是一種有效的教學模式，這樣的教學模式能夠促進師生間的交流，同時有利于調動學生的學習積極性和主動性，提高學生的綜合實踐能力。