基于工程教育认证的“数字集成电路设计”课程教学改革

摘    要：当前我国推进集成电路产业快速发展的同时也面临着人才短缺的现象，高等院校集成电路设计专业担负着该领域人才培养的主要任务。“数字集成电路设计”课程作为专业人才培养的主干课程，是人才培养所必须具备的设计理论和实践基础。该课程紧密结合工程教育认证工作的开展，夯实专业理论的同时加强专业实践教育，以产业发展需求为长远目标，科学地调整课程设置、教学计划和教学方式，积极探索并努力培养集成电路设计复合型、实用型的高水平人才。

关键词：数字集成电路设计;工程教育认证;人才培养

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2021）04-0069-02

集成电路设计及制造技术是当代信息技术的基石。对集成电路设计人才的需求与人才所具备的创新能力要求，成为集成电路产业稳定、快速發展的重要保障。黑龙江大学以优质的教育资源为依托，紧紧围绕社会发展需求来培养高素质、复合型、创新型高级专业人才。黑龙江大学集成电路设计专业始终坚持育人为本、改革创新，以集成电路人才培养为目标，积极探索并建立符合人才培养的教学模式，全方位开展本科教育教学改革具有深刻的理论意义与重大的实践价值。

一、“数字集成电路设计”课程教学改革的意义

“数字集成电路设计”作为集成电路专业的主干必修课，课程主要目标是通过数字集成电路设计原理的学习与设计实验，使学生掌握设计理论与设计方法，各种基本电路结构、原理、特性、分析方法和设计技术，培养学生设计能力与创新能力，为学生的继续深造和就业奠定扎实基础。该课程教学具有理论难度大和实践性强的特点，如何在原有教学方法与模式下，以工程教育认证为参照标准和指南，结合当前集成电路设计技术发展趋势，与时俱进，积极探索并实践行之有效的教学方法，为学生提供良好的课程教学与实验平台，合理的考核机制促进学生学习积极性与创新能力，全方位提高设计人才培养质量。

二、“数字集成电路设计”课程教学改革的几点

思考

工程教育专业认证作为国际和工程师资格互认的基础，是工程教育质量的保障制度[1]。随着黑龙江大学对工程教育认证工作的积极开展，在课程教学与改革工作的基础上，有机结合工程教育认证，工程实践能力为工科人才核心素养[2]，以专业人才培养目标和符合人才培养的要求为出发点，对“数字集成电路设计”课程进行改革，使课程的内容、教学方法、实践能力等方面的改进效果具有一定的规范和依据。在基于工程教育认证思想的“数字集成电路设计”课程改革的工作开展中，有以下几点思考。

1.如何以工程教育认证标准中人才培养为依据，以评促教，通过合理细化教学内容，解决“数字集成电路设计”课程理论教学难度大、课程涉及知识体系广泛的问题。

2.以工程教育认证标准中本科生毕业要求的框架为目标，如何在课程教学与实验过程中贯穿该目标，加强教学实施手段有效性，结合教学与实践经验，解决学生兴趣不足、知难而退等问题导致学习自主性与积极性差的普遍现象。

3.如何设计新的课程考核评分制度，以解决学生易在实验环节出现敷衍和考前死记硬背现象的发生，建立学习效果与培养方案和毕业要求相一致的目标。真正提高学生分析问题、解决问题和创新思维的能力。

三、“数字集成电路设计”教学改革的目标与内容

“数字集成电路设计”的学习过程中，学生对基础理论、设计方法、EDA工具的使用等方面技术的掌握至关重要[3]。结合以往教学过程中的细致观察，思考与所积累的经验，通过对数字集成电路设计层次、特点进行的教学方法改进，不断总结在长期教学过程中存在的问题，努力探索数字集成电路设计人才培养的有效途径。具体内容如下。

（一）以工程教育认证标准为依据，深入剖析培养目标，明确并细化课程教学与实验内容，进一步推动符合认证标准的培养目标修订

符合工程教育认证的培养目标与毕业要求实际上也是间接对课程教学内容的约束与规范。对于培养目标，主要内容是使学生掌握数字集成电路的基本概念与理论，从电路级掌握各种基本电路结构、特性、基本原理和分析方法。按照培养目标对创新能力的要求，需细化教学内容，在基本内容的教学过程中针对涉及的技术进一步探讨深亚微米器件效应、电路性能优化、信号完整性和低功耗设计等设计问题。在实际研究与设计工作中，数字芯片设计的复杂性使得设计人员必须在掌握电路级原理的基础上，明确数字芯片的设计方法学。

明确课程教学内容，在授课过程中渗透设计方法学与相关技术，将原理与设计实现有机结合，避免空洞的传授原理知识，脱离实际应用。将硬件描述语言与EDA工具应用能力的培养作为实验环节的重点，结合电路机理与设计方法学进行数字芯片设计实践。在教学与实验两个环节，做到内容主次分明、设计层次概念清晰、设计方法合理，建立两个环节之间的关联性，为本科生在数字芯片设计技术方面奠定扎实基础。

根据所细化的课程教学内容，从数字集成电路设计领域的角度进一步剖析符合学校定位的、适应行业发展的培养目标，结合教改过程中的教学情况反馈与所取得的成效，明确培养目标，针对所反映本专业学生就业后在课程所涉及的专业领域预期能够取得的成就，有助于培养目标按照认证体系进行修订。将教学改革与工程教育认证有机结合，做到两者相辅相成，互促共进。

（二）根据数字集成电路设计技术的要求，建立系统、规范、高效、实用的教学方案

在工程教育认证标准中对毕业要求所涵盖的主要内容为：工程知识用于解决复杂工程问题，分析复杂工程问题，设计、开发解决方案等。达到毕业要求是以课程体系中的各门课程的共同努力实现的。在课程教学方案设计时，充分考虑毕业要求的标准，在制定的教学内容基础上，科学地改进教学方法，突破传统教学思想的束缚，激发学生的学习兴趣、创新思维与自主学习的积极性，突出以教师为引导、以学生为中心的师生互动式教学模式。针对学生难以将设计机理与设计方法进行有机结合，出现实践与理论脱轨，因此需要加强实例分析与讨论教学方法的应用，有效推动学生对教学内容的理解与掌握。在该课程教学方案改革中，主要研究的内容如下。

首先，在互动教学中如何激发学习兴趣是关键。做好行业发展与就业的前景调研是开课前的重中之重，在课程初始，给学生直观的课程“效益”感受。重视“导课”环节，借以抓住学生的学习兴趣点，教学过程中，不再将学生作为观众，在教师的引导下，学生是教学环节的主角，借助设计实例分析，由学生组成设计团队，充分调动学生探索精神与团队合作精神。

其次，系统的教学案例的设计是取得好的课程教学效果的有力保证。针对“数字集成电路设计”各章节的知识点与所细化的教学内容，互动式教学在选题时应精心选择、分别设计难易不同的教学问题，在包含教学内容涉及的数字集成电路设计理论知识点的同时，既反映采用该知识点完成芯片设计所需的方法与途径，又能够激发学生互动积极性，促进理论与实践学习过程中隐性知识与显性知识的不断转化、吸收。设计实例分析应能引导学生深入研究、分析原因、提出方案，并结合设计模型或仿真过程验证方案的可行性。互动式教学的开展与教学案例的科学设计，致力于培养学生发现问题和解决实际问题的能力。

重视学生实践能力的全面培养，当前集成电路的规模与复杂性，必须借助于EDA工具进行设计实现，因此在设计能力培养的同时强化对EDA工具的熟练应用，全方位、系统地展开课程教学工作。

（三）建立行之有效的、三位一体、激励综合能力提升的课程考核方式

考核学生数字集成电路理论知识与实践、设计能力的掌握程度，激励学生综合能力的提升。改进传统卷面考核的形式，将课程考核贯穿在整个教学环节中。结合教学内容与教学方案，将课程考核分为互动环节过程考核、实验教学项目考核与期末卷面考核3个角度进行全程贯穿，做到三位一体，依据历年教学分析与总结的经验，合理设置评分比例。用互动环节过程考核取代传统的出勤率考核，促進学习的主动性与积极性。加大实验环节考核比例，以实验过程中设计能力、解决问题能力为考核关键，学生操作积极性加强，EDA工具应用的熟练程度及设计能力有明显的提升。卷面考核比例的弱化，避免了以往“临阵磨枪”的死记硬背应付考试的局面，使学生意识到课程学习的意义所在，真正做到过程决定结果。

“数字集成电路设计”课程在课程内容、教学方法、课程体系等方面的教学改革都取得了一定的成效。基于工程教育认证与“卓越计划”思想对课程进一步改革，结合培养目标、学习过程、毕业要求、教学管理等认证标准，对课程进行全方位分析，建立基于认证标准的课程教学内容与方法，设计科学可行的评价方法，鼓励优秀学生创新，为社会信息技术的发展提供优秀的集成电路设计人才。

参考文献：

[1]刘文武，侯国安，刘宏新.面向工程教育认证的“机械设计基础”课程教学改革研究[J].黑龙江教育：理论与实践，2020，（2）.

[2]陈国杰，谢嘉宁，陈伟成.地方本科高校光电类专业新工科人才培养路径探析[J].黑龙江教育：理论与实践，2020，（8）.

[3]粟涛，庞志勇，陈晖.“数字集成电路设计”课程教学内容的探讨[J].电气电子教学学报，2016，（4）.

编辑∕丁俊玲

作者简介：曹贝（1975—），女，山东泰安人，黑龙江大学电子工程学院讲师，博士，研究方向：数字集成电路设计、可测性设计领域的研究与教学。

基金项目：黑龙江大学教改项目“基于工程教育认证的‘数字集成电路设计课程教学改革探索与实践”（2018C33）