集成电路版图课程设计*

南京理工大学紫金学院电子工程与光电技术学院 王立娟 申继伟 孙敦艳

针对传统教学中存在学生学习积极性低，教学效果差等问题，提出“线上线下”混合式教学改革，并应用于集成电路版图设计课程中。教学实践表明，通过建设实施“线上线下”混合式的教学体系，提高了学生学习积极性和课堂效率，达成教学改革目的。

随着信息技术和互联网技术的快速发展，信息化技术被广泛地应用于各个领域。在疫情防控期间，传统教学已不适用目前高校教学，为保证“停课不停教，停课不停学”，教育部鼓励各地高校充分利用信息技术和互联网技术为学生提供学习支持，有序地开展高校相关教学工作。越来越多教学工作者开始关注“线上线下”混合式教学，对单一的传统教学进行改革。线上教学最初源于网络上公开的教学视频，可以实现教学资源的共享，但是缺乏师生间的互动。为了加强师生间的互动，中国大学MOOC诞生了，该线上平台不仅实现教学资源的共享，还能随时进行课堂测试，实现教师与学生间的互动。中国大学MOOC的兴起，有效地推动了其他线上教学平台发展，例如对分易平台、雨课堂平台、超星平台、智慧树平台、腾讯课堂等。如果采取纯线上教学，学生学习缺乏积极性，需要对学生提出较高的自我管理要求，而大学生自我管理能力较差，因此不能采取纯线上教学。王艳等人通过案例结合对分易课堂传感器技术课程进行教学改革，充分调动了学生的学习主动性，有效地提高教学质量。申继伟等人提出数字化教学资源建设，将建立的数字化资源运用于模拟电子线路课程中，进而推动移动式教学改革。边心田等人提出基于OBE理念的教学模式，并运用于应用光学课程中，取得了较好的教学成果。如何有效地将线上教学与线下教学相结合，提高教学质量，这是每位高校教师值得认真思考的问题。本文以集成电路版图设计课程为例，对“线上线下”混合式教学进行相应改革，并取得一定的教学成果。

1 学情分析

1.1 集成电路版图设计课程特点

集成电路版图设计课程是我校电子科学与技术专业的一门具有较强实践性的专业课。课程考核方式为百分制，实践成绩占50%，理论成绩占30%，平时成绩占20%。其中，实践成绩主要依据工程案例完成情况，理论成绩依据理论知识掌握情况，平时成绩依据课堂到课率及课堂表现。该课程坚持“以学生发展为中心”的理念，要求学生掌握集成电路版图层次、图例，熟悉集成电路工艺，熟练应用版图设计规则和匹配原则进行IC版图的布局和连线，读懂IC行业的PDK标准，掌握DRC规则，能利用IC行业工具绘制版图，进行DRC、LVC等验证，培养学生求真务实、严谨坚卓的工程观、工程素养。课程内容较多，如何在有限的时间内让学生掌握知识，熟练绘制版图，对教师提出较高的要求。

1.2 学生学情分析

集成电路版图设计课程面向我校电科专业大三学生，学生学习主动性比较差。通过校企合作引入Cadence的Virtuoso设计平台，该平台与企业集成设计平台完全一样，将与课程相关的实际工程案例、学科前沿知识融入课堂中。而对于实际工程案例，学生很难入门，为开展与企业设计类似的项目实训增加了难度。其次，大学生学习方式发生了转变，学生更希望自主的安排和管理学习时间，学习场所不受空间限制，可以随时随地进行学习。为了了解本专业学生倾向哪种教学模式，开展了相关调研工作，调查结果如图1所示。从图1可以看出，8.33%的学生倾向于纯线下教学模式，28.33%的学生倾向纯线上教学，大部分学生更倾向于线上线下混合式教学，认为这种教学模式更有利于他们掌握、吸收教学内容。

图1 教学模式调查表Fig.1 Teaching mode questionnaire

1.3 教师学情分析

高校教师作为知识传播者，在教学环节中应采用改进的教学模式。如果只采用传统的教学模式，不能实时掌握学生对知识的掌握情况，会忽略学生对课程的兴趣，导致课堂效率低。如果过多依赖线上教学模式，师生间缺乏互动，出现学生不认真听课现象。因此，教师要合理分配线上、线下教学内容及时间。

2 “线上线下”混合教学

为了兼顾教师的教学效果和学生的学习效果，结合大量线上教学经验，集成电路版图设计采取线上与线下相结合的教学，课程教学措施如下。

2.1 建立线上教学资源

目前网络平台有大量优质的关于集成电路方面的教学资源，要充分利用高质量的网络教学资源。线上资源建设采取“引用+自建”结合的方式，夯实基础、强化应用性、体现高阶性。建设中，引用中国大学MOOC课程资源，在引入课程时，仔细查阅课程内容，结合本校学情与本人前期准备的教学资源，有取有舍、优势互补，建设适合本校学生学习的课程资源。

2.2 线上教学

2.2.1 课前预习

教师课前向学生发布课程内容及要求，并将相应的教学资源上传至“对分易”平台的资源模块中。学生可以提前预习内容，知道接下来要讲的知识点及难易点，这样能够保证教学质量。例如Bandgap LDO、保护电路，在教学前发布预习任务，学生通过线上平台学习，对版图设计的基本规则、基本步骤有个大概的了解。

2.2.2 线上授课

学生可以通过课前预习环节进行预学习，但仍存在对基础知识不解的困惑，如果不及时答疑，会阻碍学生学习进程。教师采取线上直播的形式，以班级为单位组织线上授课（钉钉直播），实现师生双向互动。线上课堂，教师讲授相应的课程内容。另外，在线上教学过程中，教师发布一些互动内容，让学生积极参与到课堂教学中。对于自主学习遇到的问题，学生可以与教师进行讨论，激发学生学习的积极性和主动性。教师根据讨论的内容，对教学做出相应的调整，同时教师可以针对学生遇到的共性问题，录制相关解答视频。例如，大部分学生会遇到“打开Cadence软件时发现Library Manager里没有m1815库文件”问题，如果一一解答，效率太低，教师可以针对性的录制答疑视频，及时解决学生遇到的问题。此外，如果学生再次遇到类似的问题或者忘记了相应问题的解决方法，学生可以随时随地观看回放视频和录播视频。

2.3 线下教学

2.3.1 课堂教学

教学中学以致用，将实际工程案例引入线下课堂，从版图设计到仿真，进行了系统的学习。例如，引入 “同步降压式单片DC-DC电源芯片”工程案例，学生从原理图设计到仿真、从版图设计到仿真，进行了系统的学习。将工程案例进入课程中，理论与实际相联系，利用理论知识解决实际工程问题，有利于激发学生的学习热情，积累更多集成电路方面的经验，对集成电路方面有了更深入了解，能够更好地适应集成电路相关工作。

此外，拓展与延伸课堂教学，教学内容与当前热点话题相结合，增强学生从事名族产业的信心。基于IC智库为学生介绍国内外、长三角地区IC产业的各种动态，比如“中兴事件”“华为手机的麒麟芯片”“北斗导航”等，介绍国家政策、介绍IC产业对人才的需求等，不断刷新学生对IC行业的认知，提升学生对专业的认同感。这样，一方面让学生看清差距；另一方面让学生看到我们国家IC产业的快速的发展和良好前景，增加从事IC产业的信心。

2.3.2 丰富教学形式，提升学生综合能力

充分认识实践教学的重要性，在教学活动中除了按教学计划设置基本教学任务外，还安排具有难度梯度的实践活动，这样既照顾整体又兼顾个体。根据学生认识规律，由易到难，由浅入深，发挥学生主观能动性，启发学生创新思维。实践教学安排上，减少紧随理论课开设的验证性实验内容，增加综合设计型和研究创新型实验的内容。在此基础上，鼓励学生积极参加各类学科竞赛和创新实践活动，部分同学参加全国集成电路创新创业大赛、大学生课外科技活动，并获得相应奖项。通过参与竞赛活动，能够发现教学不足，促进课程的优化，提升教学质量，并有利于提升学校知名度。

2.4 线上测试

教师为了实时了解学生对知识点的掌握情况，把握学生学习效果，在教学过程中开展测试环节是十分必要的。在实际大学教学过程中，线下开展测试是不大现实的，一方面很难统一学生的课后时间，另一方面给教师增加了一定的批改作业任务量。因此，在线下教学环节后开展线上测试环节，教师在线上“对分易”平台布置具有一定难度的随堂测试，测试题目以客观题为主，这样能够快速掌握学生的学习情况。随堂测试不是目的，只是教师的一种教学手段。一方面，随堂测试结果可以作为教学分析依据，通过知识点的正确率可以判断学生是否真正的掌握课堂知识，对于错误率比较高的知识点，教师还需要再次讲解。同时，教师需要进行教学反思“是自身讲解不够透彻还是学生没认真听？”，进而做出相应改进。另一方面，学生间可以做个横向的比较，了解自己与其他同学间的差异，学生之间形成一种良好的竞争氛围。

3 效果

目前，基于“线上线下”混合式教学的集成电路版图设计已面向我校18级电子科学与技术专业学生（60人），并取得一定教学效果。整体来看，学生易接受“引用+自建”教学视频。通过后台直播相关数据分析发现：在观看时长方面，学生观看总时长约为752min；在观看设备方面，大部分学生选择电脑端观看视频，少部分学生选择手机观看视频，这反映互联网设备在广泛运用于学生学习领域中，学生学习不受时间、空间方面的限制。“线上线下”混合式教学取得的教学效果主要如下三方面。

3.1 提高学生学习动力

“线上线下”混合式教学过程中加入师生互动环节，激发学生学习的积极性和主动性，学生积极参与课堂教学中，与教师展开讨论。教师根据讨论的内容，能够及时掌握学生学习效果，并对教学做出相应的调整。

3.2 提高课堂效率

课前向学生发布课程内容及要求，学生可以提前预习内容，知道接下来要讲的知识点及难易点，这样课堂上有针对性地听教师讲课。在线下教学环节后开展线上测试环节，随堂测试结果可以作为教学分析依据，及时对教学做出改进，提高课堂效率。

3.3 提高学生实践能力

将工程案例贯穿于课程的理论、实践和作业中，利用理论知识解决实际工程问题，提高学生实践能力。鼓励学生积极参加各类学科竞赛和创新实践活动，提升学生综合能力。

4 总结

为了兼顾教师的教学效果和学生的学习效果，在集成电路版图设计课程中采取“线上线下”混合式教学模式，该教学模式分为4个环节：资源建设（引建+自建）、线上教学（预习+直播）、线下教学（结合工程案例+综合能力提升）、线上测试（测试+反馈）。实践证明，“线上线下”混合式教学模式是一种有效的教学模式，这样的教学模式能够促进师生间的交流，同时有利于调动学生的学习积极性和主动性，提高学生的综合实践能力。