《ASIC课程设计》教学模式改革与研究

2016-03-07陈光辉

湖南科技学院学报 2016年10期

陈光辉

《ASIC课程设计》教学模式改革与研究

陈光辉

（湖南科技学院电子与信息工程学院，湖南永州 425199）

ASIC设计是一门实践性很强的课程，在理论基础上需要安排ASIC课程设计。由于ASIC设计流程工序多且复杂，不能再按照以往的课程设计安排。本文就ASIC课程设计题目的选定，以及课程设计完成的节点，课程设计完成的提交都与传统的教学模式有所改变，讲授了三届学生取得很好的效果，受到学生的好评。

ASIC课程设计；教学改革；

1　引　言

21世纪已经迈入芯时代，目前每个行业都离不开芯片。比如现在的工业、服务业、通讯行业、国防等等。没有芯片那么工业机器将无法控制运转，没有通讯芯片，手机、网络无法工作，大家仿佛又回到了19世纪。没有军用芯片，我们的飞机不能升空，战舰不能下海，现代化信息战更是无从谈起。然而中国至今没有几款是自主知识产权的芯片，随着打造中国芯在业界越来越高的呼吁[1,2]，并且国家十三五规划也把发展集成电路产业提高到国家层面上来，中国集成电路行业将迎来它的春天。集成电路产业要发展，就需要大量的集成电路方面的人才。高校承接着如何培养人才的重任，但是如何培养可用人才能与企业接轨是现在高校普遍面临着的困局。现阶段我国急需集成电路设计和集成电路制造专业人才。据集成电路行业协会不完全统计，以人均20万美元销售计算，到2020年，设计业从业人员总数将达到26万人，其中设计工程师按35%计算，需要培养9万人。目前设计工程师总数约3万人，缺口大约6万人。集成电路制造业到2020年，工艺研发工程师的需求总量约为7000人，目前仅有不到1000人，缺口大约6000人。可以看出我国集成电路不论是设计专业人员，还是工艺研发专业人员缺口都很大。

2　教学模式改革与研究

2.1 ASIC设计课程现状

在20世纪末，我国许多高校开设了微电子专业，有些学校甚至办了微电子学院，但是教材陈旧匮乏。比如现在集成电路工艺已经发展到了最新的16nm，目前大部分高校所用电子工业出版社出版的《数字集成电路—电路、系统与设计》全是用0.25微米的工艺。设计方法学也涉及太少，20世纪末集成电路还主要是从down—top的设计方法，目前主要是top—down的设计方法，而且基本上是模块化的应用。模块化的应用就催生了验证的需求，都有现成的IP模块，系统架构工程师把各个IP搭建起来，设计工程师设计适当的粘合电路，验证工程师就需要全面的验证整个芯片系统。验证工程师的作用越来越重要，现在公司主流的验证方法是基于UMM或者VMM验证平台，但是高校很少涉及到验证的知识，更谈不上验证方法学了。再者集成电路行业专业人才薪资待遇较普遍行业都高，高校微电子学专业的本科、研究生就业形势乐观，导致攻读博士学位的人数较少，有公司工程项目经验的人才回到学校的人才更少。就出现了当前高校普遍的现象，学生学不到公司所需要的专业知识，公司招到合适的人才。

2.2 ASIC课程设计教学模式改革的必要性

ASIC课程设计是学习集成电路理论知识后开设的一个实践性课程。开设的目的就是希望学习在掌握理论知识后能通过实验实践来提升集成电路设计技能[3,4]。由于ASIC设计是一门工程性课程，纯理论讲解，学生普遍反应枯燥，并且达不到理论升华的效果。并且ASIC设计流程复杂，工序繁琐[5,6]。目前ASIC课程设计的教学模式仍然是，第一，小实验模式（2-4课时不等的开展几个小实验），不能完全按照设计流程完成一个设计实验；第二，实验内容单一，所有学生都做同一个实验内容，这样不能很好的防止学生抄袭，达到独立完成的效果；第三，实验报告形势不灵活，学生做完实验后统一提交一份实验报告后，错误与否学生再也不用关心，没有形成问题反馈以及反馈后的解决。按照以往小实验模式上了一年课，期末所做问卷调查发现，90%以上学生反应说还是没有明白集成电路设计的流程，也不熟练设计的EDA工具。在以往小实验的教学模式学生反应较差的情况下，ASIC课程设计的教学改革就提上日程。

2.3 ASIC课程设计教学模式改革的可行性

既然，按以往小实验的模式开设ASIC课程设计反应较差，那么如何开展新的教学模式，能不能开展下去呢？探索ASIC课程设计教学模式改革的可行性就必须要先考虑。

2.3.1提前沟通。本校ASIC课程设计总课时有32个课时，理论8个学时，实验24课时。在上第一节理论课的时候，就提出由于上一年级同学反应以往的教学模式对掌握本门课程内容较差，此门课程老师打算课程改革。把教学改革的内容，方式方法一一给学生解释清楚，并征求学生的意见和建议。这样不仅让学生能主动的参与教学改革计划的制定，也让学生认为老师是充分尊重他们的，而且还提前让学生了解了课程的步骤和基本内容，从课堂氛围看出学生兴致很高，讨论很积极。课程改革就到了具体实施阶段。

2.3.2分组。此次教学改革中也牵扯到分组，以往的分组是把若干个实验分次，一个班的学生每次做其中一个实验。或者把一个大的实验分成若干个小实验，学生每次完成一个小实验。现在，班上42个学生每组3人，形成一个团队，共14组。具体分组本着自愿原则，但是不能完全放开，适当的干预。不能让成绩都差的学生在一组，也不能让成绩都好的同学在一组，要分开。成绩好的团队中带一个成绩差点的，并在后续实验中重点观察成绩差的同学，督促他完成实验。

2.3.3选题。选题在整个教学改革中非常重要，所有的实验题目不能太难，也不能太简单，而且哪些团队选择什么题目都是要考虑的。首先选择ASIC课程设计题目，教学改革后总共选定17个ASIC课程设计题目，其中难度各异，有3个难度大的，10个难度适中的，4个难度相对小些的。教师确定好总题目后，由教师分配课程设计题目，也留有几个题目供学生自行选择。几个较难的题目要指定分配到成绩较好的组去。这样既能保证课程设计的进度，也能关照到质量。

2.3.4开放式答疑。答疑是整个课程设计中的关键，答疑模式要改变过去那种教师对学生一对一的模式，采用开放式答疑[7,8]。在整个答疑过程中老师只是指引，学生才是答疑环节中的主体。分为课程设计中的不定时答疑，和课程设计提交前的总答疑。学生可以向老师提问，也可以上网自行查找，也可以请教同学，上网查资料和问同学不再是舞弊行为。以往答疑模式总是学生一遇到问题，立即举手示意，老师给学生解答，普遍是一对一的模式。开放式答疑就是学生遇到的某些有代表性的问题，我会组织全班一起讨论，并给定一个时间先自行解决，后再补充说明，这样增加学生自己动手解决问题的能力。再则，可以指定做得快，做得好的同学给进度较慢的同学解答，充分调动学生的积极性，并让进度慢的同学有危机感。

2.3.5成绩评定。成绩的评定要考虑多方面因素，不再是以往教学模式最后唯实验报告定论。应该综合考虑学生在整个课程设计中的表现来给分。本次教学改革成绩评定主要包括，实验出勤20%，实验中答疑表现20%，实验答辩40%，实验报告提交20%。其中答辩部分为公开答辩，以小组学生为单位进行实验原理、实验操作、实验结论等进行陈述。并由老师和全体学生现场公开提问。这种公开答辩形式有利于师生之间思想的交流，展示能力水平，增强师生之间的互动，提高学生的积极性。

3　总　结

运用改革后的教学模式，已经应用在11级、12级、13级的《ASIC课程设计》课程中，通过课程设计结束后每个同学关于ASIC课程设计教学改革意见反馈表统计得到。教学模式改革课前沟通认可度93%，课程设计难度能接受度95%，课程答疑方式方法接受度97%，成绩评定接受度90%。从反馈统计可以看出，课程设计教学改革得到了绝大多数学生的认可，此教学改革可以延续下去。

[1]雷瑾亮,张剑,马晓辉.集成电路产业形态的演变和发展机遇[J].中国科技论坛,2013,(7):34-39.

[2]2015年中国半导体产业十大趋势[J].电子技术与软件工程,2015,(4):3-5.

[3]邓开野,刘长海.食品工程原理课程设计教学模式改革与实践[J].轻工科技,2010,(5):129-130.

[4]牛小燕,李芸,马学条."数字系统课程设计”的教学模式改革与实践[J].高校实验室工作研究,2015,(2):19-20.

[5]汤智林,韩龙君.课程设计教学环节的有效控制[J].廊坊师范学院学报,2008,(3):28-30.

[6]魏连江,王德明,陈开岩.《矿井通风与安全》课程设计教学模式研究与改革[J].中国安全生产学技术,2011,(7):163- 167.

[7]徐少莹,任爱锋.数字电路与FPGA设计实验教程[M].西安电子科技大学出版社,2012.

[8]李晓会.SQL Server数据库设计与实现课程教学模式改革探索与实践[J].哈尔滨职业技术学院学报,2011(1):54-56.

（责任编校：宫彦军）

2016－09－01

湖南科技学院教学改革研究项目（项目编号XKYJ2015038）；湖南科技学院科研项目（项目编号 13XKY103）；湖南科技学院重点学科建设项目 (电路与系统)。

陈光辉（1983－），男，四川资阳人，讲师，硕士研究生，研究方向为集成电路设计与验证、系统设计与数字信号处理。