陳鋮穎

摘要：微電子模擬領(lǐng)域課程群主要包括模擬/射頻/混合信號(hào)集成電路設(shè)計(jì)、模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)、模擬EDA設(shè)計(jì)等數(shù)門專業(yè)課程，是設(shè)計(jì)方向課程中的核心部分。本文基于CDIO教學(xué)模式，對(duì)現(xiàn)有課程群存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，從教學(xué)、項(xiàng)目制內(nèi)容等方面進(jìn)行研究。旨在以項(xiàng)目制為中心的模擬課程群中，激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性，加強(qiáng)理論與實(shí)踐之間的聯(lián)系，最終提高學(xué)生分析、查找、解決工程問(wèn)題的綜合能力。

關(guān)鍵詞：微電子；CDIO；課程群；項(xiàng)目制

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）32-0261-02

一、引言

CDIO（構(gòu)思—Conceive、設(shè)計(jì)—Design、實(shí)現(xiàn)—Implement和運(yùn)作—Operate）始創(chuàng)于21世紀(jì)初，是一種以產(chǎn)品生命周期為載體，項(xiàng)目制為核心的自頂向下的工程教育模式，適用于以工程培養(yǎng)為主的工科專業(yè)。自創(chuàng)始之日起，隨著以麻省理工學(xué)院為代表的國(guó)際一流院校開(kāi)始實(shí)施，國(guó)內(nèi)高校近年來(lái)也逐漸將CDIO教育理念引入計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等工程類專業(yè)中，促進(jìn)了教學(xué)方法和人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新，取得了一系列的成果。

自2014年我國(guó)發(fā)布《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》以來(lái)，微電子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)上升為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)。而國(guó)內(nèi)高校則肩負(fù)著微電子人才培養(yǎng)的重任。由于微電子專業(yè)是一門交叉性很強(qiáng)的系統(tǒng)學(xué)科，理論性、工程性都很強(qiáng)。而其中的模擬集成電路作為設(shè)計(jì)類的核心課程群，對(duì)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)、解決實(shí)際工程問(wèn)題、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、提出創(chuàng)新都有非常高的要求。因此結(jié)合CDIO理念，研究和實(shí)踐該課程群的人才培養(yǎng)模式，是實(shí)現(xiàn)我校微電子專業(yè)升級(jí)和發(fā)展的重中之重[1]。

二、模擬領(lǐng)域課程群面臨的問(wèn)題

首先，在目前模擬領(lǐng)域?qū)I(yè)課的教授過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生掌握的知識(shí)和擁有的能力與培養(yǎng)目標(biāo)中的工程能力要求相距甚遠(yuǎn)，直接影響是學(xué)生在畢業(yè)后無(wú)法勝任直接的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)工作。典型情況表現(xiàn)為在工程實(shí)踐性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)中，學(xué)生的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)碎片化，即使在單門課程掌握較好的學(xué)生群體中，也出現(xiàn)交叉知識(shí)無(wú)法融會(huì)貫通的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致在實(shí)踐過(guò)程中，對(duì)項(xiàng)目規(guī)劃、進(jìn)展、細(xì)節(jié)調(diào)整、團(tuán)隊(duì)分工等工作無(wú)從入手，進(jìn)展艱難。

而通過(guò)對(duì)各層次實(shí)踐受眾面的分析發(fā)現(xiàn)，在課堂實(shí)驗(yàn)—工程實(shí)驗(yàn)—開(kāi)放實(shí)驗(yàn)—競(jìng)賽項(xiàng)目—?jiǎng)?chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的發(fā)展路線中，學(xué)生參與度急劇下降。其原因在于：在原設(shè)計(jì)的知識(shí)內(nèi)容與多種類型、多層次實(shí)踐活動(dòng)結(jié)合的過(guò)程中，學(xué)生只關(guān)注了單一課程內(nèi)的知識(shí)細(xì)節(jié)，只從有限的知識(shí)邏輯角度出發(fā)，而忽視了多門課程理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)意義。在此情況下，教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中缺乏從項(xiàng)目（應(yīng)用）邏輯出發(fā)的角度。在以知識(shí)邏輯為主的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生的思維容易蜷縮在狹小的知識(shí)空間，而對(duì)課程內(nèi)部知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系、與其他專業(yè)課之間的聯(lián)系、知識(shí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、知識(shí)與實(shí)踐的相關(guān)性缺乏認(rèn)知。而具有一定規(guī)模的實(shí)踐項(xiàng)目是從應(yīng)用角度入手，例如，一個(gè)小規(guī)模的濾波器電路也涉及模擬電路、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理等多門課的知識(shí)點(diǎn)。因此，如果大部分學(xué)生僅局限在某一專業(yè)課的范圍內(nèi)探索，那么專業(yè)知識(shí)內(nèi)容與多層次實(shí)踐活動(dòng)就會(huì)存在較大鴻溝，無(wú)法對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行指導(dǎo)。

因此，我們應(yīng)注意到從知識(shí)邏輯（課程講授）角度出發(fā)與從項(xiàng)目（應(yīng)用）角度出發(fā)的學(xué)習(xí)方法和教學(xué)方法具有較大不同，從而在課程環(huán)節(jié)中，需要從知識(shí)邏輯（課程講授）角度和項(xiàng)目（應(yīng)用）角度這兩個(gè)視角，為學(xué)生提供相應(yīng)的講授和實(shí)踐化鍛煉。只有這兩個(gè)角度交互印證，夯實(shí)教學(xué)基礎(chǔ)，并緊密結(jié)合理論知識(shí)內(nèi)容，才可以有力支撐學(xué)生進(jìn)行深化的融會(huì)貫通式學(xué)習(xí)。這也是在模擬領(lǐng)域課程群中引入CDIO理念的本質(zhì)目的[2]。

三、模擬領(lǐng)域課程群CDIO實(shí)施內(nèi)容

從知識(shí)邏輯和項(xiàng)目實(shí)踐二者并重的角度考慮，在教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)中，以CDIO工程教育理念為指導(dǎo)，教師必須提供合理的資源和環(huán)境，并制定進(jìn)階式的項(xiàng)目導(dǎo)向工程環(huán)節(jié)，使學(xué)生從易到難，逐步提升自身能力。同時(shí)，在此過(guò)程中，能夠逐漸從單一課程知識(shí)向外延伸，隨著項(xiàng)目難度增加，融合多門相關(guān)專業(yè)課內(nèi)容，從而達(dá)到鍛煉自主能力的目的。從教師角度考慮，以CDIO為核心的課程建設(shè)主要應(yīng)該包含以下幾方面內(nèi)容。

（一）課程環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

課程環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)需要考慮多門專業(yè)課的交叉融合，既要抓住本門課的重點(diǎn)，又要關(guān)注交叉知識(shí)點(diǎn)的拓展，做到各環(huán)節(jié)內(nèi)容、環(huán)節(jié)步驟、環(huán)節(jié)交織上的邏輯關(guān)系無(wú)縫連接。主要環(huán)節(jié)包括如下內(nèi)容。

1.課堂講授。課堂講授環(huán)節(jié)分為教師講授和學(xué)生互動(dòng)講授兩部分內(nèi)容。教師講授中，重點(diǎn)對(duì)本門課的知識(shí)架構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行解讀和傳授，并適當(dāng)配合一定的工程案例進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。案例應(yīng)該包含相關(guān)課程的專業(yè)知識(shí)。教師在講授該知識(shí)點(diǎn)時(shí)，拓展到相關(guān)課程進(jìn)行適當(dāng)回顧，同時(shí)對(duì)交叉知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納、總結(jié)。之后，教師引導(dǎo)學(xué)生組成討論組，在對(duì)本門課理解的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)交叉知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)節(jié)討論，并及時(shí)向教師反饋尚未理解的內(nèi)容，在最短時(shí)間內(nèi)形成交互討論的環(huán)節(jié)，夯實(shí)復(fù)雜知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，從而完成整個(gè)知識(shí)體系的建立。

2.課后知識(shí)內(nèi)容自學(xué)梳理。在課后，教師需要引導(dǎo)學(xué)生在完整的知識(shí)架構(gòu)下進(jìn)行自學(xué)和理解。這是一個(gè)逐步深化的環(huán)節(jié)，這部分內(nèi)容進(jìn)一步從教師講授為主轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自學(xué)為主。同時(shí)指導(dǎo)學(xué)生對(duì)重要交叉知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)研、查找文獻(xiàn)、分析等工作，拓展知識(shí)維度，并定期組織交互討論會(huì)，與同一項(xiàng)目組成員共同解決重要問(wèn)題、分享知識(shí)點(diǎn)。

3.調(diào)研與總結(jié)。將本門課重點(diǎn)與交叉知識(shí)點(diǎn)“打包”，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)踐需求，劃定一定的調(diào)研范圍，具體實(shí)施內(nèi)容包括論文查閱、前修課程、后續(xù)課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的匯總，最終形成調(diào)研報(bào)告。調(diào)研報(bào)告必須涵蓋本知識(shí)群的研究現(xiàn)狀、存在問(wèn)題以及發(fā)展趨勢(shì)和改進(jìn)措施，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生形成自己的思路，提出新方法。

4.實(shí)驗(yàn)實(shí)踐。在模擬領(lǐng)域課程群中，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐是重點(diǎn)環(huán)節(jié)。需要采用進(jìn)階式設(shè)計(jì)的方式，可細(xì)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)兩個(gè)層面?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括基本理論運(yùn)用、軟件使用、基本電路仿真等。在該階段，學(xué)生根據(jù)教師提供的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和輔助材料，進(jìn)行基本的實(shí)驗(yàn)操作，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，教師選擇難度適中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目框架，學(xué)生從中細(xì)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提出實(shí)驗(yàn)設(shè)想、制定策略、實(shí)施解決方案、分析結(jié)果、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，全自主完成實(shí)驗(yàn)[3]。

（二）工程項(xiàng)目規(guī)劃和實(shí)施

項(xiàng)目制實(shí)踐是CDIO工程教育理念中的核心部分。教師選取具有一定規(guī)模的工程性項(xiàng)目，如可編程增益放大器、傳感器模擬前端、基準(zhǔn)源等規(guī)模和難易程度適中的電路，明確各個(gè)項(xiàng)目的參數(shù)指標(biāo)和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，由2—3名學(xué)生組成項(xiàng)目組實(shí)施。其中一名學(xué)生作為組長(zhǎng)，細(xì)分項(xiàng)目責(zé)任，逐步完成文獻(xiàn)調(diào)研、方案制訂、電路設(shè)計(jì)、報(bào)告總結(jié)等各項(xiàng)工作，充分鍛煉學(xué)生文獻(xiàn)獲取、重要信息提取、溝通交流、規(guī)劃、自學(xué)提高等重要能力。由于項(xiàng)目組長(zhǎng)是項(xiàng)目制實(shí)踐的發(fā)起人，他的能力很大程度上決定了項(xiàng)目實(shí)施的成敗。因此，教師和項(xiàng)目組成員在項(xiàng)目初始階段，需要對(duì)項(xiàng)目組長(zhǎng)人選進(jìn)行合理評(píng)估，確保其能夠保證后續(xù)項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

（三）評(píng)價(jià)體系

在CDIO實(shí)踐中，評(píng)價(jià)體系的建立也是重要內(nèi)容。評(píng)價(jià)體系包含了考試內(nèi)容和實(shí)踐內(nèi)容兩大部分，并且實(shí)踐內(nèi)容的評(píng)價(jià)是主要矛盾[4]?？荚噧?nèi)容遵循傳統(tǒng)的考查方式，只是更為強(qiáng)調(diào)交叉知識(shí)點(diǎn)的考查，主要關(guān)注學(xué)生對(duì)交叉理論的掌握程度。實(shí)踐內(nèi)容中，除了實(shí)踐結(jié)果評(píng)估，學(xué)生的互動(dòng)講授和項(xiàng)目制中的總結(jié)陳述也是評(píng)價(jià)重點(diǎn)。學(xué)生分組互動(dòng)講述部分中，教師根據(jù)學(xué)生理解的知識(shí)點(diǎn)及邏輯關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)；而項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)中，教師則根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程、項(xiàng)目結(jié)題展示等過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終綜合二者結(jié)果給出合理的評(píng)價(jià)結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

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[3]孫麗莉.引入CDIO模式的《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程開(kāi)發(fā)實(shí)踐[J].職業(yè)教育研究，2012，（4）.

[4]徐慧芳，于玉亭.基于CDIO理念的集成電路CAD考核方式改革探索[J].科技視界，2016，（11）.