射頻集成電路設計課程在本科生教學中的應用探討

基金項目：2023年度無錫學院校級重點教改研究課題“新工科背景下智能制造創新型人才‘全人教育’培養模式改革與時實踐”（XYJG2023013）

作者簡介：湯思達（1987—），男，江蘇淮安人，博士，無錫學院集成電路科學與工程學院副教授，主要研究方向為集成電路設計、半導體新型材料、機器學習。

摘 要：聚焦無錫學院射頻集成電路設計課程在本科生教學中的創新應用與深化改革，提出并實施了項目導向學習法，鼓勵學生參與實際工程項目，提升其解決復雜問題的能力；引入小組合作與競爭機制，增強學生的團隊協作與溝通能力；采用混合式教學模式，融合線上與線下教學優勢，提升學習靈活性和效率；實施行業導師制度，搭建學生與行業專家的交流平臺，拓寬視野并獲取實戰經驗；推廣翻轉課堂與微課資源，促進學生自主學習與深度思考。

關鍵詞：射頻集成電路設計；教學改革；創新策略；實踐應用

DOI：10.13783/j.cnki.cn41-1275/g4.2024.06.016

中圖分類號：TN402.4;G642 文獻標識碼：A 文章編號：1008-3715（2024）06-0097-05

一、引言

在信息技術迅猛發展的當代，射頻集成電路（RFIC）技術已成為連接物理世界與數字世界的紐帶，在通信、雷達、物聯網等多個領域中發揮著至關重要的作用。在通信領域，射頻集成電路技術是實現高速數據傳輸、長距離通信以及多頻段操作的關鍵；在雷達系統中，其高靈敏度和高分辨率特性對于目標的精確探測與追蹤至關重要；而在物聯網的宏大藍圖中，射頻集成電路則是實現廣泛互聯和智能感知的基礎。因此，精通射頻集成電路設計技術對于培養符合未來科技發展需求的高素質人才具有深遠的意義。在本科教育階段，作為專業知識體系構建的關鍵時期，引入射頻集成電路設計課程不僅是對行業發展迫切需求的響應，也是培養學生專業素養、創新能力和實踐能力的必要措施。通過系統講授射頻電路的理論基礎、設計方法和實踐技能，學生能夠深入理解射頻技術的原理與應用，并掌握先進的設計工具和仿真技術。不僅有助于學生在專業領域建立堅實的理論基礎，而且能夠在實踐中鍛煉其分析和解決問題的能力，從而提高其專業技能和就業競爭力^［1］。

無錫學院作為電子信息領域人才培養的重要基地，如何在本科教育階段有效地完成射頻集成電路設計課程，已成為一個亟待解決的問題。本文探討如何在無錫學院優化射頻集成電路設計課程的教學策略，以應對當前教學中存在的諸如內容過時、理論與實踐脫節等挑戰。具體來說，就是分析現有教學體系的不足之處，并結合行業發展趨勢與學生的實際需求，提出一系列創新的教學方法和實踐模式^［2］。期望這些改革措施能夠激發學生的學習興趣，提升其理論素養與實踐能力，同時促進教學內容與行業需求緊密結合，為培養具有創新精神和實戰能力的射頻工程師打下堅實的基礎。

二、國內外射頻集成電路設計課程教學現狀綜述

射頻集成電路設計課程在電子信息工程、微電子學等學科領域中的重要性日益凸顯，已成為高等教育機構課程體系中不可或缺的組成部分。近年來，國內高等教育機構紛紛致力于加強該課程的建設與改革，以期構建一個既符合行業需求又注重理論與實踐相結合的教學體系^［3］。然而，射頻集成電路技術的快速發展，以及國內在該領域研究起步較晚的現實，使得部分高校在教學內容、教學方法及實驗條件等方面仍面臨諸多挑戰。

在國際層面，射頻集成電路設計課程已成為電子工程、微電子工程等專業的基石。眾多世界知名高校已經建立了完善的射頻集成電路設計課程體系，這些體系不僅涵蓋了從基礎理論到高級應用的全方位內容，還包括了先進的仿真工具、測試技術以及最新的研究成果。例如，斯坦福大學在射頻集成電路設計領域的教學和科研方面取得了顯著成就，其通過引入創新的教學理念和方法，培養了大量優秀的射頻工程師和科研人員。同時，該校與企業的緊密合作，也促進了科研成果的轉化和應用。麻省理工學院同樣在射頻集成電路設計領域享有盛譽，該校注重培養學生的創新思維和實踐能力，通過開設跨學科課程、組織科研項目等方式，激發學生的創新潛能，并積極與產業界合作，為學生提供實習和就業機會。國內外在射頻集成電路設計課程教學設計上取得顯著成效的高校，普遍采取了引入大規模開放在線課程（MOOCs）、特定課程在線（SPOCs）等在線教學資源，以實現教學內容的及時更新和資源共享。此外，通過建設開放實驗室、與企業共建實訓基地等方式，為學生提供了更多的實踐機會和平臺^［4］。

盡管國內射頻集成電路設計課程已取得一定進展，但仍面臨諸多挑戰與不足，這些問題嚴重制約了教學質量的提升及學生專業素養的全面發展。首先，師資短缺是制約課程發展的關鍵因素之一。隨著射頻集成電路技術的快速發展，對教師的專業素養和教學能力提出了更高要求。然而，目前國內高校中具備深厚理論功底和豐富實踐經驗的射頻集成電路設計教師相對匱乏，難以滿足日益增長的教學需求。部分高校只能依靠少數幾位教師支撐整個課程的教學工作，導致教學任務繁重，難以保證教學質量^［5］。其次，教學內容滯后于行業發展是另一個亟待解決的問題。射頻集成電路技術日新月異，新的設計理念、工具和方法層出不窮。然而，由于教材編寫、審核及出版周期較長，加之部分高校對新興技術的敏感度不足，導致教學內容往往滯后于行業最新動態。學生學到的知識可能已是“昨日黃花”，難以適應未來工作的需要。再次，實驗設備不足也是制約實踐教學質量提升的重要因素。射頻集成電路設計是一門高度依賴實驗的課程，學生需要通過動手實踐來加深對理論知識的理解和掌握。然而，由于實驗設備價格昂貴、維護成本高且更新換代快速，部分高校在實驗設備投入上顯得力不從心。這導致學生難以獲得足夠的實驗機會，影響了其實踐能力和創新能力的培養。最后，課程難度大也是學生普遍反映的問題。射頻集成電路設計課程涉及的知識面廣、理論性強且實踐要求高，對學生的學習能力和綜合素質提出了較高要求。部分學生在面對復雜的電路原理、煩瑣的設計流程和嚴格的實驗要求時感到力不從心，容易產生畏難情緒甚至放棄學習的念頭。這不僅影響了學生的學習效果，也挫傷了教師的教學積極性。

為解決這些問題，高校需加強師資隊伍建設、及時更新教學內容、加大實驗設備投入并優化課程設計以降低學習難度，從而全面提升教學質量和人才培養水平。不僅需要高校內部的努力，更需要政府、行業和企業的支持與合作，共同推動射頻集成電路設計教育的發展^［6］。

三、無錫學院射頻集成電路設計課程教學現狀分析

無錫學院集成電路科學與工程學院設有微電子科學與工程以及集成電路設計與集成系統兩個專業，每年招收五個班級；應用技術學院則設有微電子科學與工程（專升本）專業，每年招收三個班級。上述八個班級的課程體系中均包含射頻集成電路設計課程，每年約有250名學生選修。集成電路科學與工程學院的兩個專業將射頻集成電路設計課程列為專業必修課，安排在大三下學期進行授課；應用技術學院的微電子科學與工程（專升本）專業則將該課程作為專業選修課，安排在大三上學期進行授課。在教學大綱的設置上，專業必修課程強調項目導向和行業導師機制，通過與行業領先企業的深度合作，引入企業專家或資深工程師參與課程教學與項目設計，以增強學生的實際動手能力。專業選修課程則融入小組合作、混合教學與翻轉課堂等創新教學模式，以增強課堂互動和師生交流，激發學生的學習興趣。

射頻集成電路設計課程的教學內容廣泛，包括射頻與微波基礎知識、電路設計、元件特性、收發機結構、放大器設計、混頻器設計、功率放大器設計等多個方面。課程難度根據學生的興趣和項目需求進行適當調整，允許學生選擇不同章節進行深入學習^［7］。

無錫學院在射頻集成電路設計領域的教學團隊由3名具有相關背景的教師組成，所有教師均擁有博士學位，其中33.3%的教師具有海外學術背景。此外，學院還聘請了4名產業教授，均擁有高級職稱。學院設有一間專用的高頻集成電路設計實驗室，配備了40套國產正版華大九天軟件。在過去三年中，該課程已為超過400名學生提供了教學服務。

四、教學改革策略與實踐

（一）優化課程體系

在射頻集成電路設計的教學實踐中，課程體系的優化是提升教學質量、激發學生學習興趣與創新能力的關鍵。本節將探討三個核心策略，以構建一個既系統深入又靈活多樣的學習框架，適應射頻技術的快速發展。

首先，對射頻集成電路設計的核心理論進行全面梳理，涵蓋電磁場與微波技術基礎、射頻電路原理、信號完整性分析、噪聲與干擾抑制等領域，以確保學生能夠建立堅實的理論基礎。通過模塊化教學設計，將復雜的知識點分解為若干相互關聯、層層遞進的單元，便于學生逐步掌握。同時，引入最新的技術動態，保持教學內容的前沿性。在理論學習的同時，增設大量的實驗課程、項目實訓和案例分析，使學生能夠在實踐中深化理解。例如，設置射頻電路仿真實驗、PCB布局布線實踐、射頻芯片測試與分析等項目，讓學生在動手操作中感受射頻設計的魅力與挑戰。采用“理論講解+實驗演示+學生操作+問題研討”的四位一體教學模式，促進理論知識與實踐技能的深度融合。通過小組討論、項目匯報等形式，激發學生的主動學習意識和團隊協作能力^［8］。

其次，定期收集并分析射頻集成電路領域的最新研究成果、技術趨勢和應用案例并及時將其融入教學內容中。通過邀請行業專家講座、組織技術研討會等方式，學生直接了解前沿技術動態。引入先進教學工具，例如利用電子設計自動化（EDA）軟件（如Cadence、ADS、華大九天等）進行射頻電路設計仿真，引入人工智能（AI）輔助設計工具提升設計效率^［9］。同時，引入云計算、大數據等現代信息技術手段，支持學生進行遠程實驗和數據分析，拓寬學習邊界。鼓勵教師將科研成果轉化為教學資源，開設專題課程或講座，介紹最新的研究成果和技術應用。同時，鼓勵學生參與科研項目，通過研究實踐加深對前沿技術的理解和掌握。

最后，設計分層次教學模塊，滿足不同水平學生的學習需求。針對初學者，設置射頻集成電路設計的基礎知識和基本技能模塊，包括電磁場基礎、射頻電路基本原理、仿真軟件使用等，確保每位學生都能打下扎實的基礎。在掌握基礎知識的基礎上，設置更為深入和專業的進階模塊，如高級射頻電路設計、射頻芯片測試技術、射頻系統集成等。通過項目式學習、案例分析等方式，提升學生的綜合應用能力和解決問題的能力。為有興趣和能力的學生提供創新實踐平臺，如參與科研項目、參加學科競賽、開展自主研究等。我們通過導師制、團隊合作等方式，激發學生的創新思維和科研潛力，以培養未來的射頻技術領軍人才。

（二）創新教學方法與策略

1.項目導向學習（PBL）

設計一系列與實際工程項目緊密結合的學習項目，讓學生在解決具體問題的過程中學習射頻集成電路設計的理論知識和應用技能。每個項目從需求分析、方案設計、仿真驗證到實物制作，全程由學生主導，教師提供指導和支持^［10］。

2.小組合作與競爭機制

將學生分為若干小組，每個小組負責一個或多個項目。通過小組合作促進知識共享和團隊協作，同時設置小組間的競爭機制，激發學生的積極性和創造力。定期舉辦項目展示會，讓學生展示成果并接受同行評審，以此作為評價學習成效的一種方式。

3.混合式教學模式

結合線上與線下教學，利用MOOCs、在線課程、虛擬實驗室等資源，為學生提供靈活多樣的學習途徑。線上教學可以彌補課堂時間的不足，讓學生根據自己的進度自主學習；線下教學則側重于深度討論、實驗操作和問題解決^［11］。

4.行業導師制度

邀請行業內的專家或資深工程師作為兼職導師，參與課程教學和實踐活動。他們可以分享最新的行業趨勢、技術動態和實戰經驗，為學生提供更貼近實際的指導和建議。同時，建立學生與行業導師之間的長期聯系，為學生未來的職業發展搭建橋梁。

5.翻轉課堂與微課

將部分理論知識的學習轉移到課前，通過微課視頻、PPT等形式讓學生自主學習。課堂上則主要用于解答疑問、深入討論和實踐操作，提高教學效率和質量。微課視頻應短小精悍，重點突出，便于學生隨時隨地進行學習^［12］。

（三）強化實踐教學

射頻集成電路設計是一門高度依賴實踐操作的學科，因此，在教學方法上，無錫學院特別注重實踐教學的強化。首先，學院構建了完善的實驗教學體系，從基礎實驗到綜合設計實驗，再到創新研究實驗，層層遞進，逐步提升學生的實踐能力。實驗內容緊貼行業需求和技術前沿，確保學生所學即所用。其次，學院引入了“項目驅動”的教學模式，鼓勵學生參與實際工程項目或科研課題，通過解決實際問題來深化對理論知識的理解。在項目實施過程中，學生需要自主設計電路、調試參數、分析數據，這一系列過程不僅鍛煉了他們的專業技能，還培養了他們的創新思維和團隊協作能力。再次，學院建立了校企合作機制，與企業共建實訓基地，為學生提供更多的實踐機會和就業渠道。通過與企業合作，學生能夠接觸到最新的技術設備和生產工藝，了解行業發展趨勢和市場需求，為未來的職業發展打下堅實基礎。最后，為了進一步提升實踐教學的效果，學院還采取了多種創新策略。例如：利用虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術構建虛擬實驗室，讓學生在虛擬環境中進行電路設計和測試，既安全又高效；開發在線仿真平臺，支持學生隨時隨地進行電路仿真和分析，打破了時間和空間的限制；定期組織技能競賽和作品展示活動，激發學生的參與熱情和學習興趣，促進同學之間的交流與合作^［13］。

（四）師資隊伍建設

為了構建一支適應射頻集成電路設計教學需求的優秀師資隊伍，無錫學院采取了多維度、系統化的策略。首先，注重教師的專業成長與知識更新。通過定期組織教師參加國內外學術交流、技術培訓以及行業研討會，確保教師能夠緊跟技術前沿，掌握最新的行業動態和研究成果。^［14］鼓勵教師參與科研項目，將科研成果轉化為教學資源，豐富教學內容，提升教學質量。其次，加強師德師風建設，弘揚“學高為師，身正為范”的崇高精神。通過開展師德教育活動，引導教師樹立正確的教育觀、人才觀和質量觀，增強教師的責任感和使命感。再次，注重教師團隊的合作與共享。通過組建跨學科、跨領域的教學團隊，鼓勵教師之間開展合作教學、科研合作，共同開發優質教學資源，分享教學經驗和科研成果。這種團隊合作的模式不僅有助于提升教師個人的綜合素質和教學能力，還能促進學科間的交叉融合和協同創新。最后，在師資隊伍建設的過程中，學院還特別關注青年教師的培養與發展。通過實施“青藍工程”“導師制”等計劃，為青年教師提供全方位的支持和幫助，包括教學指導、科研引領、職業規劃等方面。學院致力于打造一個有利于青年教師成長和發展的良好環境，讓他們在教學和科研的實踐中不斷成長、脫穎而出。

總之，師資隊伍建設是射頻集成電路設計教學改革的重要一環。學院將繼續加大投入力度，采取更加有力的措施，努力構建一支結構合理、素質優良、充滿活力的師資隊伍，為培養更多高素質的射頻集成電路設計人才提供有力保障。

五、教學效果評估與反思

為了確保教學改革的有效性和針對性，無錫學院建立了一套全面、科學的教學效果評估體系。該體系涵蓋了知識掌握程度、技能應用能力、創新思維與解決問題能力等多個維度，通過多樣化的評估方式，如課堂測試、項目報告、實踐操作考核以及學生反饋等，全面收集教學過程中的數據與信息。這些數據不僅反映了學生對射頻集成電路設計知識的理解和掌握程度，還揭示了教學方法、教學資源以及學生個體等方面存在的問題與不足。在評估結果的基礎上，學院定期進行教學效果的深入反思，不僅是對教學過程的回顧與總結，更是對教學策略的審視與調整。學院組織教師團隊開展教學研討會，共同分析評估數據，探討教學中的成功經驗與待改進之處。針對發現的問題，及時調整教學計劃、優化教學方法、完善教學資源，確保教學改革始終沿著正確的方向前進。同時，學院鼓勵學生參與教學效果評估與反思過程，通過問卷調查、座談會等形式收集學生的意見與建議。學生的聲音是學院改進教學的重要依據，讓廣大教職工更加清晰地認識到教學過程中的優點與不足，從而更有針對性地調整教學策略，滿足學生的學習需求。此外，學院還注重將教學效果評估與反思的結果應用于未來的教學改革中。通過不斷總結經驗教訓，優化教學流程，學院努力構建一個持續改進、動態調整的教學體系，確保射頻集成電路設計的教學始終保持前沿性、實效性和創新性。

總之，教學效果評估與反思是射頻集成電路設計教學改革不可或缺的一環，學院將繼續完善評估體系，深化反思過程，以評促教、以思促改，不斷提升教學質量和效果，為培養更多優秀的射頻集成電路設計人才貢獻力量。

針對課程內容教學效果評估，學院教務部門對完成該項課程的同學做了一些問卷調查。結果表明，絕大部分同學能夠掌握射頻集成電路設計的基本要素，及時完成課程設計的任務，積極參與課堂專題匯報，并且對課程需要改善的方面也提出了有效的建議。

六、結論與展望

通過理論與實踐緊密結合的教學模式，學生不僅掌握了射頻集成電路設計的基本原理與關鍵技術，而且成功參與了多個創新項目，如低噪聲放大器、頻率合成器等的設計，提升了解決復雜工程問題的能力與創新能力。教學成果體現在學生能夠將所學知識靈活應用于解決實際問題中，展現出良好的專業素養和實踐能力。隨著5G、物聯網等技術的飛速發展，射頻集成電路設計領域將面臨更多挑戰與機遇，學院需持續優化課程體系，加強跨學科融合，引入更多前沿技術與研究案例，鼓勵學生參與科研項目和國際交流，拓寬國際視野。此外，構建更加開放、靈活的教學環境，激發學生的自主學習與探索精神，將是推動射頻集成電路設計教育持續發展的關鍵。

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（責任編輯 許峻）

Discussion on the Application of Radio Frequency Integrated Circuit Design Course in Undergraduate Teaching

— Taking Wuxi University as An Example

TANG Sida， HAN Jitai

（Shool of Integrated Circuit Science and Engineering， Wuxi University， Wuxi， Jiangsu 214000， China）

Abstract： This paper focuses on the innovative application and deepening reform of the RF integrated circuit design course in the undergraduate teaching of Wuxi College. Specifically， this paper proposes and implements project-oriented learning to encourage students to participate in practical engineering projects and improve their ability to solve complex problems; It introduces group cooperation and competition mechanism to enhance students’ teamwork and communication ability; It adopts blended teaching mode， integrates the advantages of online and offline teaching， improves learning flexibility and efficiency; It implements the industry mentor system， builds a communication platform between students and industry experts， broadens their horizons and gains practical experience; At the same time， flipped classroom and micro-lesson resources are promoted to enhance students’ independent learning and deep thinking.

Key words：RFIC design; teaching reform; innovation strategy; practical application