“ASIC设计”课程研究型教学改革的探索与实践

随着我国高等教育大众化趋势的来临, 许多著名高校正紧紧抓住机遇, 纷纷确立以“研究型大学”为基本特征的“世界一流大学”建设战略目标。目前研究性教学方式也成了教学模式方面探讨较多的课题。研究性教学是一种教学理念, 是指导学生研究问题的教学方式, 在对某个或一系列问题的研究中获得知识和技能。其理论基础是美国布鲁纳的“发现学习模式”和瑞士皮亚杰的“认知发展学说”。这些学说的基本观点是认为学生学习的过程与科学家研究的过程在本质上是一致的, 因此, 教育者应建立一种合适的体系、采用一种合适的模式, 激励、引导和帮助学生去主动发现问题、分析问题和解决问题, 并在这样的“探究”过程中获取知识、训练技能、培养能力、发展个性。

研究性教学模式以学生及其探究式学习为主体, 以培养和提高他们的研究和创新能力为目标, 很好地体现了指导与自主、规定与开放、统一与多样、理论与实践有机结合和辨证统一地教育指导思想。

1 对“ASIC设计”课程进行教学改革的必要性和可行性

“A S I C设计”课程一门应用技术基础课, 其内容具有基础性和普遍适用性, 同时该课程又是一门应用类型的课程, 其内容可以被广泛地学以致用。课程结束后通过对全班105名同学的调查问卷结果来看, 96.4%的同学认为该门课程是一门与实际联系紧密且对会对今后的科研有很大的帮助;除了按照教师的要求外, 59.5%的同学通过课外参考书和一些相关网站补充了相关知识;9 5.2%的同学希望进一步加强A S I C设计技能的训练和培养, 同时也对创新意识和创新能力的培养提出了一些建议。从以上调查结果来看, 学生对本门课程的期望正好符合研究性教学模式的特点, 也就是符合学生探究式学习为主体, 培养和提高他们的研究和创新能力为目标这一要求。

2“ASIC设计”课程进行研究性教学模式的探索与实践

教学过程设计一般包括以下几部分内容:确定教学目标、分析教学内容、分析教学对象、制定教学策略、选择教学媒体、组织教学实践、进行教学评价等。研究性教学设计具体操作模式不是唯一的, 可以从多种角度实现。但其目标是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。以下方面是我们在教学过程设计中采用的一些措施。

2.1 确定教学目标, 分析教学对象

“A S I C技术”课程是工科电子类专业的一门重要应用基础课, 通过本门课程的学习, 其目的是使学生掌握当今最先进的电子系统集成设计 (芯片设计) 技术和系统设计思想, 为以后的深入学习和从事有关数字电路领域的系统设计、芯片集成等工作打下坚实的基础。本课程理论与实践并重, 在强调硬件描述语言知识学习的同时, 安排了较多的课程设计和实验项目的内容, 注重培养学生的创新精神和实际动手能力。

本课程的面授对象是本科生, 开课时间为三年级上半期, 课程性质为选修课。学生已先修过“数字电路”课程, 同期学习“微机系统原理和接口技术”课程, 还没有学习“D S P技术”课程。对于学生当时知识结构的前期调查有利于更加合理的安排教学内容, 使学生明确本门课程掌握的重点以及和其它课程的关系。事实证明, 调查学生的专业背景可以更加合理的利用有限的课时安排教学内容和重点。

2.2 丰富教学内容, 组织教学实践

A S I C技术是一门实用性极强的、紧密联系技术前沿动态的电子电路的设计技术, 大规模集成电路技术的高速进步使可编程逻辑器件的规模和速度飞速发展, 软件设计手段进步也使得E D A设计工具不断完善, 这些都给任课教师提出了新的要求与挑战, “A S I C设计”课程教学实验内容也需不断的建设与提高来适应时代和技术的变革。教学内容分成基础知识、基本概念、研究性教学的课程设计专题、研究性教学的实践单元内容等, 按照内容层次和逻辑关系安排进程计划。具体改革措施如下:

2.2.1 追踪前沿动态、丰富教学内容

在注重基础理论知识教学的同时, 不断丰富教学内容, 除教材上面的教学内容外, 结合自己的科研经验和网络上的大量设计经验心得, 不仅传授理论知识, 还注重学生实际的A S I C设计技能, 比如用了约将近6课时的安排讲解Verilog HDL设计当中实际遇到的问题和设计经验总结, 包括同步电路设计中路径优化方案、无关态合理使用、时钟s k e w及如何保证、测试平台问题等。这些内容在教材上没有, 但是作为硬件工程师, 应该掌握和了解。另外, 作为教师在技术方面不断追踪前沿动态, 将参加培训、会议、讲座后新的技术、概念和体会带入到了课堂。

2.2.2 开展课程设计、重视实验环节

开展课程设计是实施研究型教学模式的一个重要环节。在这个教学环节中能够引导学生自己研究问题, 培养学生的创新意识, 取得了良好的教学效果。根据学生的知识架构, 布置难度合适的课程设计:除了教材上一些常用的简单的组合电路设计和计数器等时序电路外, 结合学生正在选修的“微机系统原理与接口技术”课程, 布置了8 0 8 6 C P U最小工作模式下的总线接口单元电路设计, 这样就将这两门课程的关系建立了起来;自动烧烤机控制电路的状态机设计使得学生对具体实际应用有了一些认识;数字时钟的设计内容丰富, 即包括了分频电路, 也包括动态数码管的驱动。在讲解课程设计时, 举一反三, 强化学生的设计技巧和设计思想, 开拓了学生的思路, 又对设计代码规范提出了更高的要求。

学生的实验环节最好由任课教师来安排, 实验要求、实验设备和软件工具的使用说明先在网上公布。实验内容注意层次递进关系, 包括有验证内容和创新内容。为了提高实验效果, 验证性实验内容部分可以在课堂上讲解, 实验时再对功能进行完善或更改, 培养学生在一定基础上的创新意识和创新能力。从效果来看, 任课教师如果能设计和指导实验的话, 学生的理论和实际将结合的更好。

2.3 教学方法多样, 教学评价灵活

2.3.1坚持“学生为主体, 教师为主导”的思想, 采用启发式教学方法, 引导学生主动学习, 注意将课堂的理论学习与具体对象结合起来。注意活跃课堂气氛, 对于难于理解的概念, 通过生动的例子和多媒体教学帮助学生理解, 培养学生的学习兴趣。注重课程的理论知识与实践的结合, 基本原理与实际应用相结合。注重学生掌握课程知识的同时, 也需要培养他们的创新能力。教学设计框图如下图1所示:

2.3.2使用多媒体课件和板书结合的方式, 以提高讲授的效果, 多媒体课件部分精益求精。多媒体教学加大了课堂信息的输出量、提高了授课效率, 多媒体教学能以生动直观的图像、动画等讲解课程要点、难点, 使学生精力集中于知识的理解, 可避免抄笔记造成的精力分散。对于一些时序图主要是通过板书来完成的, 这样可以和学生互动, 让学生有较多的时间思考。

2.3.3除课堂教学外, 加强学生的课外辅导学习。教师课间休息、课后与学生进行交流和答疑。另外学校的教师社区、电子邮箱和Q Q向学生开放, 办公室地点、电话也向学生开放, 保证充分的答疑时间。

2.3.4科研环境和实验室条件对教学有着促进作用。课程组任课教师承担并完成了国家“8 6 3”IC设计研究、国家IC设计等多项E D A/A S I C科研项目, 科研与教学的结合也大大提高了青年教师的教学水平和能力。实验室与国外、国内多家著名E D A公司成立了联合实验室, 拥有各种E D A/S O P C设计验证工具和上百套实验评估板, 为研究性教学的实施提供了硬件平台。

2.3.5在考核形式上采用多元化的手段, 使得学生既可以选择考试, 又可以选择选做免考题以修得学分。如设计“A S I C仿真引擎设计”、“简单C P U设计”等反映了当前A S I C设计业前沿课题的免考题, 并且设置了完善的免考答辩流程, 取得非常好的教学效果。

2.3.6每年开展校内EDA大赛, 并组织参与全国的E D A竞赛。既提高学生的学习兴趣, 也对个别优秀学生进行了专门培养。

3“ASIC设计”课程调查问卷的反馈意见及建议

课程结束后, 对该门课程的105学生进行了问卷调查。对调查问卷进行分析后, 从结果来看, 大多数同学对该门课程的教学设计持肯定态度, 但也有一些需要改进的方面。

对于成立课程兴趣小组:95.2%的同学认为需要成立, 有利于加深理解, 深入地学习交流, 学生可以自己管理, 但需要老师指导;4.8%同学认为没必要成立。所以如何照顾不同层次的兴趣小组学习, 是下一步需要考虑的问题。

对于实验环节:69.5%的同学认为实验难度比较合理;25.7%认为实验难度可以加大;8.5%的同学认为实验内容偏难。49.4%的同学主要靠自己完成实验, 42.8%的同学是与他人合作才能完成, 7.6%的同学通过观察他人完成。如何注重实验之间的进阶联系, 强化实验之间的科学衔接, 使学生能通过完成基础型实验、自主设计型实验、课程设计等不同层次的实践环节逐步提高实际动手能力是下一步考虑的问题。

对于开放实验室问题:86.7%的同学认为实验室在课程后期可以固定时间开放, 希望统一安排, 有老师指导、管理、监督;12.3%只需要在课程结束后开放一段时间即可;5.7%的同学认为不需要开放, 把实验学时利用好就够了。如何根据课程内容情况开放实验室, 也是下一步需要改进的地方。

摘要：研究性教学是一种教学理念, 也是一种教学组织形式, 更是一种师生关系;是大学的一种有效教学方式, 是其它教学方式的重要补充和发展。专业性强的应用基础课程适合采用研究性教学。本文以“ASIC设计”本科课程教学实践体会来对大学课程研究性教学的涵义、必要性和可行性进行了分析, 提出了该类课程研究性教学的措施和建议。同时以调查问卷的反馈意见给出了研究性教学实践的效果和建议。

关键词：研究型教学,研究性学习,ASIC设计,创新能力