李 蕾，南敬昌， 李國金

(遼寧工程技術(shù)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105)

模擬集成電路設(shè)計(jì)課程改革研究

李 蕾，南敬昌， 李國金

(遼寧工程技術(shù)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105)

針對遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院模擬集成電路設(shè)計(jì)課程授課方法、考核方式和實(shí)踐教學(xué)方法3個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，該文結(jié)合大學(xué)本科模擬集成電路設(shè)計(jì)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分析了該課程的知識體系結(jié)構(gòu)及教學(xué)現(xiàn)狀，提出了多媒體結(jié)合、理論實(shí)踐融合及分階段考核等改革方案。實(shí)踐表明，該改革方案在實(shí)際教學(xué)過程得到了應(yīng)用，取得了顯著的效果。

模擬集成電路設(shè)計(jì)；課程改革；階段性考核；設(shè)計(jì)平臺(tái)

集成電路的概念最早誕生于20世紀(jì)50年代，在70年代發(fā)展成為相對獨(dú)立的學(xué)科，并很快成為信息技術(shù)領(lǐng)域的核心內(nèi)容之一。集成電路的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)水平已成為一個(gè)國家綜合國力的重要標(biāo)志之一[1-2]。近年來，我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，設(shè)計(jì)水平不斷提升，對集成電路設(shè)計(jì)人員的能力要求日益提高[3-4]。對高校該學(xué)科人才的培養(yǎng)提出了新的要求，因此對該領(lǐng)域?qū)I(yè)課程進(jìn)行適當(dāng)?shù)母母镆赃m應(yīng)市場人才需求成為教學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

模擬集成電路設(shè)計(jì)是電子科學(xué)與技術(shù)的專業(yè)核心課程之一，主要講授模擬集成電路基本原理、設(shè)計(jì)和分析方法，為學(xué)生今后從事該方面研究工作奠定基礎(chǔ)。分析該課程教學(xué)現(xiàn)狀，有針對性地進(jìn)行改革，具有較強(qiáng)的實(shí)際意義。

1 集成電路設(shè)計(jì)課程結(jié)構(gòu)

模擬集成電路設(shè)計(jì)所需的知識體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示，可劃分為基礎(chǔ)理論知識、專業(yè)基礎(chǔ)及專業(yè)課3個(gè)層次，由5門主要課程組成[5-6]。

圖1 模擬集成電路設(shè)計(jì)課程知識體系結(jié)構(gòu)

由知識結(jié)構(gòu)可知，模擬集成電路設(shè)計(jì)先修基礎(chǔ)知識較多，是一門知識綜合性很強(qiáng)的課程。同時(shí)，與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，因此授課的關(guān)鍵點(diǎn)為：1)使學(xué)生理解綜合性較強(qiáng)的基礎(chǔ)理論知識，在此基礎(chǔ)上理解電路基本原理，掌握設(shè)計(jì)規(guī)律；2)在理論基礎(chǔ)扎實(shí)的基礎(chǔ)上注重實(shí)際設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)。然而授課實(shí)際情況卻不能夠很好地滿足以上培養(yǎng)目標(biāo)。

2 課程教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 授課方法

模擬集成電路設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容既包含對集成電路發(fā)展簡史、集成電路制造工藝、晶體管原理的介紹，也包含集成電路的基礎(chǔ)理論知識，經(jīng)典模塊原理的分析，分析過程涉及較多的電路等效及公式推導(dǎo)。而目前講授方法中，無論板書還是課件都以文字?jǐn)⑹鲞^多，動(dòng)畫、flash及視頻等多媒體手段不足，不夠生動(dòng)形象，不能使學(xué)生直觀、深入地掌握知識，增大了學(xué)習(xí)難度，削弱了學(xué)習(xí)熱情。

2.2 考核方法

2.3 實(shí)踐教學(xué)

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(electronic design automatic，EDA)是集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的必備基礎(chǔ)手段，要求集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)的本科畢業(yè)生須掌握常用的EDA工具[8-9]。由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排過于集中并且時(shí)間安排在結(jié)課后，學(xué)生在授課過程中對EDA工具的使用時(shí)間較少，實(shí)驗(yàn)室的軟硬件設(shè)備在授課過程中難以充分發(fā)揮作用，實(shí)踐與課程講授結(jié)合不夠緊密，學(xué)生的動(dòng)手能力不能得到充分鍛煉[10]。

根據(jù)以上敘述的實(shí)際授課情況，學(xué)生面對綜合性強(qiáng)的理論知識缺乏學(xué)習(xí)興趣，造成理論知識不扎實(shí)，從而影響實(shí)際設(shè)計(jì)能力，而單一的考核方式又不能起到對學(xué)習(xí)過程的督促作用。由于實(shí)驗(yàn)課過于集中，授課過程中相應(yīng)的實(shí)際操作能力訓(xùn)練不足，不能有效地彌補(bǔ)實(shí)際設(shè)計(jì)能力的不足。因此，需從以下3方面對模擬集成電路設(shè)計(jì)課程進(jìn)行改革。

3 課程改革內(nèi)容

3.1 教學(xué)方法改革

針對目前授課情況，結(jié)合課程特點(diǎn)，制作多媒體形式課件，調(diào)整授課方法。如課程前兩章，主要介紹集成電路發(fā)展歷史、前沿，基本概念、工藝、晶體管基本原理。這些知識點(diǎn)不屬于重點(diǎn)內(nèi)容，講授過程中重視程度不夠，但是該部分內(nèi)容通俗易懂，與實(shí)際生活結(jié)合，如果加以生動(dòng)地授課，可以極大地提高學(xué)生的聽課興趣，有效地引導(dǎo)學(xué)生入門。按照知識點(diǎn)固有邏輯順序，制作風(fēng)格簡潔幽默的flash、視頻插入課件中輔助講解，可以充分利用較短的課時(shí)，抓住學(xué)生眼球，提高學(xué)生的聽課興趣。在重點(diǎn)內(nèi)容的講解中，也可以充分利用動(dòng)畫描述電路電流流動(dòng)方向、電路等效、米勒原理等需要形象思維的知識點(diǎn)，使枯燥的理論知識更加直觀。

3.2 考核方法改革

3.3 實(shí)驗(yàn)課程改革

針對結(jié)課后集中實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀，增加授課過程中實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間，每周定時(shí)向?qū)W生開放實(shí)驗(yàn)室，配合階段考核鼓勵(lì)學(xué)生充分利用設(shè)計(jì)平臺(tái)增強(qiáng)設(shè)計(jì)能力。通常為配合結(jié)課后集中實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)題目均為綜合能力較強(qiáng)的設(shè)計(jì)題目。在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，學(xué)生需要熟悉設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件，同時(shí)要完成設(shè)計(jì)任務(wù)，工作量較大，實(shí)驗(yàn)效果不理想，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)理解不深刻。增加實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間后，可結(jié)合授課進(jìn)程將綜合性強(qiáng)的設(shè)計(jì)題目分解為若干簡單題目，分階段布置學(xué)生完成，并將完成情況列入階段考核范圍。這使學(xué)生有時(shí)間熟悉掌握開發(fā)平臺(tái)軟件，同時(shí)循序漸進(jìn)完成設(shè)計(jì)，加深對設(shè)計(jì)的理解掌握。如此一來學(xué)生在結(jié)課后開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程中，有精力完成電路參數(shù)對指標(biāo)影響的總結(jié)、思考后續(xù)版圖設(shè)計(jì)等深層次的設(shè)計(jì)問題。在此基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生以科技小論文的形式提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，達(dá)到挖掘?qū)W生的科研潛力，培養(yǎng)學(xué)生科研素養(yǎng)的教學(xué)目的。

4 改革效果

課程改革的內(nèi)容在教學(xué)過程中進(jìn)行了實(shí)踐，取得了明顯的效果。按照改革方案改進(jìn)了課件內(nèi)容，在課件中插入了動(dòng)畫、flash及視頻輔助講解相關(guān)知識點(diǎn)。課上聽課效果反映出學(xué)生充分認(rèn)可該種授課方式，課上互動(dòng)積極主動(dòng)性提高，增強(qiáng)了對較抽象概念的學(xué)習(xí)興趣和理解力。

通過實(shí)驗(yàn)改革，結(jié)合階段考核增加了授課過程中的實(shí)驗(yàn)設(shè)置。該項(xiàng)改革使學(xué)生熟悉模擬集成電路設(shè)計(jì)流程及相對應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)課打下良好的基礎(chǔ)。加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，使部分學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸甚至完成后續(xù)設(shè)計(jì)。促進(jìn)了對基礎(chǔ)理論知識的理解。在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段體現(xiàn)尤為明顯，由于先前對開發(fā)軟件學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好，節(jié)省了畢業(yè)實(shí)習(xí)階段的軟件學(xué)習(xí)時(shí)間，對基本電路模塊的設(shè)計(jì)理解較深刻，能夠快速完成基本模塊電路設(shè)計(jì)調(diào)試，進(jìn)入到系統(tǒng)搭建、難點(diǎn)解決的階段，縮短畢業(yè)設(shè)計(jì)周期，提高完成質(zhì)量。

5 結(jié)束語

本文研究了目前模擬集成電路設(shè)計(jì)教學(xué)過程中存在的問題，結(jié)合我校實(shí)際情況提出了幾項(xiàng)改革措施，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了明顯的效果。雖然沒有涉及電子與科學(xué)技術(shù)本科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的諸多方面，但在此改革措施基礎(chǔ)上，有學(xué)院的扶持和相關(guān)教師及學(xué)生的共同努力，模擬集成電路設(shè)計(jì)的教學(xué)定會(huì)逐步走向成熟，最終建立完善的集成電路設(shè)計(jì)本科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。

[1] 孫玲.關(guān)于培養(yǎng)集成電路專業(yè)應(yīng)用型人才的思考[J].中國集成電路, 2007, 16(4): 19-22.

[2] 劉有耀, 杜慧敏, 張麗果.集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的課程體系研究[J].教育教學(xué)論壇, 2015(35): 49-51.

[3] 方卓紅, 曲英杰.關(guān)于集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)本科專業(yè)課程體系的研究[J].科技信息, 2007(27): 11-12.

[4] 李晉文, 曹躍勝, 郭陽.“數(shù)?；旌霞呻娐贰闭n程研究生教學(xué)實(shí)踐研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 36(6): 32-34.

[5] 謝海情, 唐立軍, 唐俊龍, 等.集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)課程體系改革與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇, 2015(34): 76-77.

[6] 樊艷.《集成電路設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革與探索[J].山東工業(yè)技術(shù), 2013(14): 235-236.

[7] 高博.“90后”大學(xué)生思想特點(diǎn)及教育管理的新途徑[J].教育理論研究, 2011(6): 27-28.

[8] 曾繁泰, 李冰, 李曉林.EDA工程概論[M].北京：清華大學(xué)出版社, 2002.

[9] 郭勇.EDA技術(shù)基礎(chǔ)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2005.

[10] 宋偉, 朱幼蓮.“數(shù)字電路”課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革探索[J].江蘇理工學(xué)院學(xué)報(bào), 2011, 17(8): 70-73.

Curriculum Reform Research on Design of Analog Integrated Circuit

LI Lei, NAN Jingchang, LI Guojin

(School of Electronic and Information Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105, China)

Aiming at the problems of teaching methods, assessment methods and practical teaching methods in the course of Analog Integrated Circuit Design in School of Electronic and Information Engineering, Liaoning Technical University, Combining with the teaching experience of the undergraduate Simulation IC Design, this paper analyzes the knowledge architecture and the present teaching situation of the course.and proposes the reform programs, including multimedia combination, theory and practice combination and phased examination.Practice shows that the reform program in the actual teaching process has been applied and achieved remarkable results.

design of analog integrated circuit; curriculum reform; phased examination; design platform

2015-09-06；修改日期:2016-11-25

遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目(L2014130)；遼寧工程技術(shù)大學(xué)電信學(xué)院本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目(DXJG2014-1)。

李蕾(1981-)，女，博士，講師，主要從事射頻集成電路設(shè)計(jì)方面的研究。

G642

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.01.031