胡靖

摘? ? 要：針對黑龍江大學集成電路專業(yè)“硬件描述語言”課程現(xiàn)狀，分析問題所在，擬定了相關課程的整合計劃，從理論教學、實踐教學、授課內容等方面提出了改革課程教學方案，做到理論教學和實踐相結合，為學生進一步深入學習數(shù)字集成電路的相關課程打下堅實的基礎。

關鍵詞：集成電路專業(yè);硬件描述語言;教學改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2018）12-0013-02

硬件描述語言主要包括VHDL和Verilog HDL語言。黑龍江大學集成電路專業(yè)“硬件描述語言”的講授主要以Verilog HDL為主。Verilog HDL語言是由Gateway Design Automation公司在1983年為其研制模擬產品開發(fā)的硬件建模語言，最初只是作為一種專用語言開發(fā)的。后來由于該公司的模擬產品及仿真產品被廣泛應用，Verilog HDL語言以它的便捷實用被廣大設計者所接受，并逐漸被推廣到眾多領域，1995年成為IEEE標準。不論是VHDL還是Verilog HDL語言，它們都源于C語言，語法極為相似，但硬件描述語言有其獨特性，即它受具體硬件電路的限制[1]。

硬件描述語言是描述數(shù)字電路的形式化語言，是數(shù)字集成電路設計必須掌握的一項技能，這門課程是各高校集成電路專業(yè)的必修課[2]。

近年來，電子設計的相關行業(yè)對熟練掌握數(shù)字集成電路設計的高素質高校畢業(yè)生的需求逐漸增長。相關知名企業(yè)及中小企業(yè)每年都會高薪招聘數(shù)字集成電路相關設計及研發(fā)工程師，要求應聘人員熟練掌握硬件描述語言及其他相關語言，在筆試中一定會有關于用硬件描述語言設計數(shù)字電路的內容[3]。為了滿足社會需求，各高校相關專業(yè)都開設了相應“硬件描述語言”課程。

黑龍江大學集成電路專業(yè)從2009年開始開設該課程，但是由于課程設置銜接不合理，課程內容安排與實踐結合不緊密等問題，學生就業(yè)時，競爭力不高，因此開展“硬件描述語言”課程以及相關課程教學改革研究具有重要意義。

項目組成員針對數(shù)字集成電路設計應用領域進行了詳盡的調查研究，根據(jù)調研結果，提出了課程整合方案并修正了課程教學內容，對“硬件描述語言”課程以及相關課程進行了一系列的改革與實踐，初步取得了一定的效果。

項目組成員按照集成電路人才市場最新需求引導培養(yǎng)人才為目標，實現(xiàn)培養(yǎng)理論與實踐一體化為原則，進行了以下教育教學改革。

一、整合集成電路專業(yè)“硬件描述語言”相關課程

目前，黑龍江大學集成電路專業(yè)開設的四門課程與硬件描述語言有關，它們是“硬件描述語言”“數(shù)字集成電路設計”和“FPGA原理與應用”“數(shù)字集成電路測試技術”。由于這幾門課程是由不同教師在不同學期授課，有些知識點在多門課程中重復講授，有些重要的知識點在幾門課中又都沒有涉及，有些互相依托的知識由于在不同學期不同的課程中講授，順序混亂，這些情況嚴重影響了整體的教學效果。因此，本項目對這些相關課程進行系統(tǒng)探究，提出合理的課程整合方案。

現(xiàn)在，黑龍江大學集成電路專業(yè)開設的“硬件描述語言”課程沒有實驗內容，相關的實驗內容全部在“數(shù)字集成電路設計”的實驗內容中，而且“硬件描述語言”這門課程在大三上學期開設，“數(shù)字集成電路設計”在大三下學期開設，這非常不合理。語言學完根本不會用，等于白學，下學期再上“數(shù)字集成電路設計”時已經忘得差不多了，還得重新學習，內容重復且不合理。應該在“硬件描述語言”教學中增加實踐內容，邊學邊練?！皵?shù)字集成電路設計”的實驗內容應更注重綜合實踐能力，并且將FPGA開發(fā)板實踐內容納入“FPGA原理與應用”實驗內容中。另外，與“硬件描述語言”同學期開設的還有“數(shù)字集成電路測試技術”，在“數(shù)字集成電路測試技術”的課程實驗中要求學生靈活掌握硬件描述語言，但硬件描述語言還沒有學完，就已經開始數(shù)字集成電路測試技術的實驗，這更是不合理，直接導致學生做完實驗都不知道為什么要這么做，必須要整體調整。具體整合措施有（1）“硬件描述語言”增加實驗教學內容;（2）在大三上學期開設“硬件描述語言”“數(shù)字集成電路設計”，“硬件描述語言”課程學完后再開設“數(shù)字集成電路設計”的實驗內容;（3）在熟練掌握設計語言，靈活運用的基礎上，大三下學期開設“FPGA原理與應用”“數(shù)字集成電路測試技術”;（4）對于各門課程的實驗內容以及難易程度應該有合理的調整，從易到難，由淺入深，逐步深入，學生受益更多。

二、修正課程教學內容

調研過程中發(fā)現(xiàn)，往往大多數(shù)教師會走兩個極端，一些教師主張應提高學生的實踐操作能力，而另一些教師主張大學與高職不同，學生應該有理論基礎、學科底蘊，實踐能力在工作中自然會練就。這兩種極端思維都不利于大學的人才培養(yǎng)。

“硬件描述語言”的教學內容應充分考慮專業(yè)特色，根據(jù)專業(yè)來確定教學內容，不能千篇一律。例如，集成電路專業(yè)應更注重硬件語言與電路結構的對應關系，為實現(xiàn)不同的電路結構而選擇合適的語言描述方式來實現(xiàn)?！坝布枋稣Z言”雖然是編程語言類課程，但它的編寫卻和電路結構緊密聯(lián)系，不同的編寫雖然功能相同，但編寫風格直接影響電路實現(xiàn)方式，對電路的性能、面積等都有直接影響。項目組成員考慮集成電路的專業(yè)特色，對與“硬件描述語言”相關課程的教學內容進行合理設計，避免出現(xiàn)知識點重復或遺漏等問題。

硬件描述語言是硬件結構的描述語言。一方面，同一電路的不同描述方式，最終實現(xiàn)的電路結構完全相同，如實現(xiàn)一個二選一選擇器的不同描述方式，可以用always語句，也可以用assign語句，但映射出來的電路都是二選一選擇器，電路相同。另一方面，同樣功能不同描述方式映射出不同的電路結構，如圖1中的實例，（a）種方式描述映射出來的電路結構為（b），而（c）種方式的描述映射出來的電路為（c），兩種電路結構的面積、速度、功耗等都不同，但實現(xiàn)的電路功能相同。在課堂上帶領學生分析諸如此類的小實例，鼓勵學生用不同的方式描述同一功能電路，在實踐中對比生成實際電路的具體結構、區(qū)別以及利弊所在，讓學生們有更加直觀的認識，建立橫向思維，鍛煉學生自行分析電路結構與編程描述方式的聯(lián)系，總結編程技巧，扎實設計功底。

此外，原課程教學內容中前半部分僅僅注重語法，語法部分枯燥而且很少有獨自編程的訓練內容，學生很容易在此部分學習過程中失去興趣，達不到教學目標。

在教學實踐中發(fā)現(xiàn)，應先將硬件描述語言的描述框架介紹給學生，讓學生對電路結構描述先有一個整體了解，然后在講授語法的過程中結合一些簡單的小實例，給學生提供練習機會。

黑龍江大學集成電路專業(yè)從2016學年對“硬件描述語言”課程的教學內容進行了重新整合，將語法規(guī)則分配到每個階段，引入相應的實例中，讓學生每個階段都能有相應的編程實踐內容，即學即練。學生積極性提高，注意力集中，聽課質量提高，授課效果有所改善，學生成績明顯提高。

經過教學實踐，教學內容合理分布，調整授課內容，教學質量明顯有所改進，學生基礎知識掌握牢固，有利于后續(xù)課程的學習，就業(yè)競爭力增加。

參考文獻：

[1]周暉，蔣華.“硬件描述語言”課程的教學改革探索[J].高教

論壇，2008，（6）.

[2]蔣華，束劍.“硬件描述語言”課程比較式教學初探[J].高教

論壇，2012，（11）.

[3]王建民，曹一江，田曉華，等.“硬件描述語言”課程改革探

索與研究[J].電氣電子教學學報，2013，（1）.