“集成电路原理”实践教学改革与探索

谭周文， 成 运

(湖南人文科技学院 信息学院，湖南 娄底 417000)

0 引言

近年来，我国高等教育发展迅猛，高等教育实现了由精英教育到大众教育的转变，招生规模不断扩大。由于高等学院同质化现象严重，人才培养跟不上社会对应用型人才的需求，大学生实践能力缺失已严重影响到学生的就业能力。为此国家提出引导部分本科高等院校转型发展，转型的目的就是要以“校企合作为基础，深度开展产教融合”，不断提高学生面向行业企业所需要的应用能力[1]。为了提升学生的这种能力，各高校均努力进行人才培养模式以及课程教学方式的改革，持续加大对学科竞赛的投入，实现理论到实践的跨越，提高工程专业学生应用设计与开发能力[2～3]。

我院教师经过长期调研，与长沙多家公司研发人员进行了交流探讨，在遵循“以学生为主体、以教师为主导”的教学原则上，将“集成电路原理”课程的教学内容与生产实际相结合，提高课程的实用性。该课程是我校电子信息工程专业的一门核心课程，也是对嵌入式系统系列课程的一个深化，该课程教学质量的好坏直接影响学生动手能力的提高[4]。因此，在实际教学过程中，有必要将该课程与校企合作过程紧密结合，将课程的理论和实验教学融入到校企合作这个大平台中，通过校企合作产教融合推动课程教学改革[5]。与此同时，引导学生参加各种各样的电子竞赛活动，一方面可以提高学生学习这门课程的兴趣，另一方面可以提高本门课程的实践教学质量，为学生走向社会工作岗位打下扎实的基础，为社会培养合格的电路设计应用型人才。

1 学科竞赛推进课程教学改革

全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的学科竞赛之一，通过竞赛可以提高学生的创新意识，提高设计和动手能力，综合素质也得到全面提升[6～7]。该竞赛内容涉及基本电路设计、嵌入式编程语言、通信以及信号处理等复杂的专业知识，对学生能力要求具有较高的挑战性。在近年的大学生电子设计竞赛中，出现了越来越多的集成电路应用设计内容。尤其是在复测阶段，要求学生采用不同的集成模块设计应用电路，重点考察学生对运算放大电路的掌握程度。学生需要在一天的时间内通过运算放大器产生各种不同的波形，主要包括三角波、正弦波、方波或者单脉冲波形等，对波形的输出参数也有特定的要求[8]。这些电路的设计涉及到集成电路的基础知识，包括放大器的工作原理及计算、应用等，此外，考察范围还涉及到基本组合逻辑电路、时序逻辑电路的应用。

在实践教学中，我院教师利用学校创新实验室教学资源平台，将课程中的实验内容作为电子竞赛的培训内容引入，引导竞赛学生将不同的集成应用电路在实验室调试。成功的实验项目拍成视频在实验室网站进行传阅，激发学生的学习兴趣，不懂的学可生以直接进入创新实验室动手实现自己设计的电路。为了强调动手能力的培养，将单片机技术和集成电路联合起来，以项目为主线展开技能训练，把相关的知识点和技能要点融入项目中，层层推进。我院教师将集成电路实验内容从简单到复杂设计为八个具有代表性的项目，同时将每个项目和电子竞赛培训项目挂钩，如表1所示，保证每个项目均有强烈的实际应用背景。

表1 “集成电路原理”实验内容

2 课程教学引入校企合作

为了更好提升学生的实践动手能力，我院充分发挥校企合作优势，将“集成电路原理”中实验项目融入到校企合作项目中，作为校企合作项目的基础性内容。通过与企业沟通交流，我们选择与长沙多家研发公司进行交流探讨，遵循“以学生为主体、以教师为主导”的教学原则，将“集成电路原理”课程的教学内容与生产实际结合，提高课程的实用性。同时，该课程是电子信息工程专业的一门核心课程，也是对嵌入式系统系列课程的一个深化，该课程教学质量的好坏直接影响学生动手能力的提高[9]。因此，在实际教学过程中，我们将该课程与校企合作过程紧密结合，将课程的理论和实验教学融入到校企合作这个大平台中，通过校企合作产教融合推动课程教学改革。在具体实施过程中，我们将湖南极点智能科技有限公司的硬件研发项目分解成多个电路模块供学生学习，以“解剖麻雀”的方式，对企业中集成电路的实际应用进行深度剖析，提高学生的工程设计与开发能力。具体的项目分解如表2所示。

表2 企业研发项目硬件电路模块分解

此外，我们还与企业联合开展“双师双能型”教学团队建设。在应用转型的背景下，教师不仅仅是授予学生理论知识，更重要的是任课教师要深耕在实践操作的第一线。从长远角度出发，任课教师不定期到企业进行挂职锻炼，或者不定期聘请企业专家对任课教师进行短期培训和项目指导，教师可以将企业碰到的难题带回学校进行研究，带领学生完成实际产品的开发和设计，切实解决企业中出现的问题，通过实践具备一定的工程实践经验，达到“双师双能型”教师的培养要求。企业也一直渴求动手能力强的学生，对于在电路设计应用方面非常感兴趣的学生，企业也非常乐意学生进企业学习，在适当的时候留到企业实习，最后成为企业的研发人员。

3 利用信息技术促进课程教学

随着计算机、智能手机、多媒体、互联网等信息技术的发展，将现代化信息技术中的虚拟仿真和微课应用于学生实践操作能够让学生直观地学习[10]。利用学校现有的网络资源，将课程教学内容上传到网络，让学生和教师的交流不限于课堂。上传到网络的资源可以包括课程教学大纲、考试大纲、实验大纲、课程电子教案、课后习题答案、实验指导书。其中最为关键的是上传各个实验项目的电路原理图，PCB图，电路设计方案以及仿真调试的软件资料。课程交流平台如图1所示：

图1 课程网络资源平台结构图

其中，电路原理图，PCB图以及电路设计方案由校企合作方式获得，或者由创新实验室往届学生提供。实物演示视频主要是历年收集的实物演示材料，可以是电子竞赛的获奖作品，也可以是毕业设计的优秀作品。其它教学内容主要由任课教师和企业方面负责人交流后编写，这些材料根据企业的实际需求进行定稿，充分体现校企两者之间的相互依存关系。在实践过程中，多数学生认为信息资源能够满足平时训练的需求，且学生认为学习师兄师姐积累的知识感觉更加亲切，他们能够在更短时间内掌握所学内容，经过实际动手操作，技能迅速得到提高。在这个过程中，不仅学生分析问题、解决问题的能力会得到提高，小组的协作能力也会得到进一步培养。

4 结语

“集成电路原理”课程是电子类专业一门重要的专业课程，课程内容多，电路复杂，涉及知识面广。二本院校学生基础较差、加之实践环节较薄弱，学生兴趣不高、教学效果较差。通过将课程学习与学科竞赛以及校企合作内容相结合，同时加强网络课程内容建设，学生能更好的了解和掌握实训的技能，更真切地体会到课程的应用，进一步激发学生的学习兴趣以及开拓学生思维。