集成电路设计本科教学改革研究论文

时间:2023.7.5

  一、完善课程设置

  合理设置课程体系和课程内容,是提高人才培养水平的关键。2009年,黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业制定了该专业的课程体系,经过这几年教学工作的开展与施行,发现仍存在一些不足之处,于是在2014年黑龙江大学开展的教学计划及人才培养方案的修订工作中进行了再次的改进和完善。首先,在课程设置与课时安排上进行适当的调整。对于部分课程调整其所开设的学期及课时安排,不同课程中内容重叠的章节或相关性较大的部分可进行适当删减或融合。如:在原来的课程设置中,“数字集成电路设计”课程与“CMOS模拟集成电路设计”课程分别设置在教学第六学期和第七学期。由于“数字集成电路设计”课程中是以门级电路设计为基础,所以学生在未进行模拟集成电路课程的讲授前,对于各种元器件的基本结构、特性、工作原理、基本参数、工艺和版图等这些基础知识都是一知半解,因此对门级电路的整体设计分析难以理解和掌握,会影响学生的学习热情及教学效果;而若在“数字集成电路设计”课程中添加入相关知识,与“CMOS模拟集成电路设计”课程中本应有的器件、工艺和版图的相关内容又会出现重叠。在调整后的课程设置中,先开设了“CMOS模拟集成电路设计”课程,将器件、工艺和版图的基础知识首先进行讲授,令学生对于各器件在电路中所起的作用及特性能够熟悉了解;在随后“数字集成电路设计”课程的学习中,对于应用各器件进行电路构建时会更加得心应手,达到较好的教学效果,同时也避免了内容重复讲授的问题。此外,这样的课程设置安排,将有利于本科生在“大学生集成电路设计大赛”的参与和竞争,避免因学期课程的设置问题,导致学生还未深入地接触学习相关的理论课程及实验课程,从而出现理论知识储备不足、实践操作不熟练等种种情况,致使影响到参赛过程的发挥。调整课程安排后,本科生通过秋季学期中基础理论知识的学习以及实践操作能力的锻炼,在参与春季大赛时能够确保拥有足够的理论知识和实践经验,具有较充足的参赛准备,通过团队合作较好地完成大赛的各项环节,赢取良好赛果,为学校、学院及个人争得荣誉,收获宝贵的参赛经验。其次,适当降低理论课难度,将教学重点放在掌握集成电路设计及分析方法上,而不是让复杂烦琐的公式推导削弱了学生的学习兴趣,让学生能够较好地理解和掌握集成电路设计的方法和流程。第三,在选择优秀国内外教材进行教学的同时,从科研前沿、新兴产品及技术、行业需求等方面提取教学内容,激发学生的学习兴趣,实时了解前沿动态,使学生能够积极主动地学习。

  二、变革教学理念与模式

  CDIO(构思、设计、实施、运行)理念,是目前国内外各高校开始提出的新型教育理念,将工程创新教育结合课程教学模式,旨在缓解高校人才培养模式与企业人才需求的冲突[4]。在实际教学过程中,结合黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业的“数模混合集成电路设计”课程,基于“逐次逼近型模数转换器(SARADC)”的课题项目开展教学内容,将各个独立分散的模拟或数字电路模块的设计进行有机串联,使之成为具有连贯性的课题实践内容。在教学周期内,以学生为主体、教师为引导的教学模式,令学生“做中学”,让学生有目的地将理论切实应用于实践中,完成“构思、设计、实践和验证”的整体流程,使学生系统地掌握集成电路全定制方案的具体实施方法及设计操作流程。同时,通过以小组为单位,进行团队合作,在组内或组间的相互交流与学习中,相互促进提高,培养学生善于思考、发现问题及解决问题的能力,锻炼学生团队工作的能力及创新能力,并可以通过对新结构、新想法进行不同程度奖励加分的形式以激发学生的积极性和创新力。此外,该门课程的考核形式也不同,不是通过以往的试卷笔试形式来确定学生得分,而是以毕业论文的撰写要求,令每一组提供一份完整翔实的数据报告,锻炼学生撰写论文、数据整理的能力,为接下来学期中的毕业设计打下一定的基础。而对于教师的要求,不仅要有扎实的理论基础还应具备丰富的实践经验,因此青年教师要不断提高专业能力和素质。可通过参加研讨会、专业讲座、企业实习、项目合作等途径分享和学习实践经验,同时还应定期邀请校外专家或专业工程师进行集成电路方面的专业座谈、学术交流、技术培训等,进行教学及实践的指导。

  三、加强EDA实践教学

  首先,根据企业的技术需求,引进目前使用的主流EDA工具软件,让学生在就业前就可以熟练掌握应用,将工程实际和实验教学紧密联系,积累经验的同时增加学生就业及继续深造的机会,为今后竞争打下良好的基础。2009—2015年,黑龙江大学先后引进数字集成电路设计平台Xilinx和FPGA实验箱、华大九天开发的全定制集成电路EDA设计工具Aether以及Synopsys公司的EDA设计工具等,最大可能地满足在校本科生和研究生的学习和科研。而面对目前学生人数众多但实验教学资源相对不足的情况,如果可以借助黑龙江大学的校园网进行网络集成电路设计平台的搭建,实现远程登录,则在一定程度上可以满足学生在课后进行自主学习的需要[5]。其次,根据企业岗位的需求可合理安排EDA实践教学内容,适当增加实践课程的学时。如通过运算放大器、差分放大器、采样电路、比较器电路、DAC、逻辑门电路、有限状态机、分频器、数显键盘控制等各种类型电路模块的设计和仿真分析,令学生掌握数字、模拟、数模混合集成电路的设计方法及流程,在了解企业对于数字、模拟、数模混合集成电路设计以及版图设计等岗位要求的基础上,有针对性地进行模块课程的学习与实践操作的锻炼,使学生对于相关的EDA实践内容真正融会贯通,为今后就业做好充足的准备。第三,根据集成电路设计本科理论课程的教学内容,以各应用软件为基础,结合多媒体的教学方法,选取结合于理论课程内容的实例,制定和编写相应内容的实验课件及操作流程手册,如黑龙江大学的“CMOS模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程,都已制定了比较详尽的实践手册及实验内容课件;通过网络平台,使学生能够更加方便地分享教学资源并充分利用资源随时随地地学习。

  四、搭建校企合作平台

  近年来,北京电子协会着手主办了“全国大学生集成电路设计大赛”,为各高校的在校大学生提供了一个集成电路设计专业竞赛的良好平台。通过大赛的举办,不仅提高了本科教学工作的积极性和教学质量,更加有利了提高学生的实践能力和创新能力。同时,大赛以集成电路产业为背景,联合各高校与企业参与其中,促进了高校间和校企间的交流与合作,并且通过大赛可以帮助企业发掘有潜力的优秀专业人才,而对于参赛学生而言亦是为其就业拓宽了渠道。2012—2015年期间,黑龙江大学连续参加多届“全国大学生集成电路设计大赛”,本科生及研究生组都分别取得过特等奖和一、二、三等奖的好成绩,并获得了华润上华0.35umCMOS工艺的多次流片机会,这对于本科阶段的学生来说是弥足珍贵的学习和积累经验的机会。通过参加大赛,学生不仅积累了实践操作经验,完善了知识结构,更对竞技精神有了一种新的认识与体会,增强了创新创业的意识和能力。同时,在竞赛过程中,令学生对自身的优势和劣势有了明确的认识,对于其专业能力和发展潜质也是一次很好的发掘。在今后的赛事中,我们会借鉴以往的大赛经验,对参赛的本科生和研究生进行合理的培训和实践训练,成员以高年级带低年级、老队员带新队员、理论型学生与实践性学生相结合的模式组队,以实现经验传承、知识共享与交流、创新实践、团队合作等优势,有利于专业的发展以及各届学生专业能力和创新能力的提高。


第二篇:应用型本科大学化学教学改革研究论文


  [摘要]对应用型人才的培养是实现社会经济发展的重要条件,本文分析探讨了目前应用型本科院校大学化学教学存在的主要问题,结合本校及个人大学化学课程实践及探索,对大学化学教学方法改进提出几点建议,以期提高应用型人才素质,促进应用型本科院校的发展。

  [关键词]应用型本科;大学化学;教学方法

  近年来我国高等教育趋于向大众化及多样化的特点发展,因此除了研究型大学之外,应用型本科院校得到蓬勃发展,应用型本科教育对于满足中国经济社会发展,对高层次应用型人才需要以及推进中国高等教育大众化进程起到了积极的促进作用。应用型本科重在“应用”二字,要求以体现时代精神和社会发展要求的人才观、质量观和教育观为先导,以在新的高等教育形势下构建满足和适应经济与社会发展需要的新的教学内容、教学环节、教学方法和教学手段,全面提高教学水平,培养具有较强社会适应能力和竞争能力的高素质应用型人才[1-3]。应用型本科院校注重学生实践能力,培养应用型人才,从教学体系建设体现“应用”二字,其核心环节是实践教学。大学化学是高等学校非化学化工类专业开设的一门重要基础课,通过大学化学的学习,使学生具备初步分析和解决一些涉及化学的工程实际问题的能力,从而培养学生独特的思维方法和研究方法。大学化学的学习对于应用型本科院校应用型人才的培养及其重要,对学生在后续学习专业课阶段的效果也起到了至关重要的作用,本文就应用型本科院校大学化学教学中存在的问题及教学改革的方向进行了探讨。

  1大学化学教学存在的问题

  1.1学生学习积极性不高

  学生学习的积极性是制约学习效果的重要因素,它是指大学生在学习活动中的一种自觉的能动的心理状态,是激发学习、维持学习并将学习导向某一确定目标的原动力[4]。大学生进入大学后,和高中阶段相比,作息时间及约束制度都松懈很多,大学化学课程多开设在第一和大二阶段,不少学生学习目标并不明确,没有考研和就业压力,因此学习态度不端正,学习目标也不明确,很多学生放纵自己沉溺于虚拟网络游戏中,致使学习态度消极。学生学习积极性不高,最终导致了应用型本科院校培养的学生质量不高,影响学校发展。

  1.2教学手段单一

  教学手段是应用型本科院校教学过程中的重要组成部分,教学手段对于教学效果的提升起着很大的作用,大学化学作为基础学科的一门分支学科,目前教学手段主要是以教师板书讲授为主,这种教学手段和高中阶段相仿,这样传统的教学模式,教师为课堂教学的主体,教学效果与教学目的不明确,同时使学生在教学过程中处于被动的状态,这种机械式的教学方式使教师成了传递讲义的工具,课堂失去了化学学科的趣味性,严重阻碍了学生的思维发展,不利于学生创新能力的培养。教学内容往往只依赖于课程教材,忽略了与网络平台的沟通、互动,难以获得相关的新理论、新方法、新技术。因此没有创新的教学手段也是制约应用型本科院校大学化学教学效果的重要因素。

  1.3实验课时太少

  大学化学实验是以通过基本操作技能培养,提高学生分析问题、解决问题能力为目的的实践性环节。传统的大学化学实验是沿袭教师讲解实验内容和操作步骤,学生完全按照设定的程序“照方抓药”的教学方式,这种教学方式不利于应用型本科院校培养学生的自主学习能力和创新探究能力,大学化学实验教学中最大的问题就是实验环节课时太少,以西安航空学院材料工程学院为例,材料科学与工程专业及材料成型及控制专业都开设了大学化学课程,课时一共48课时,其中理论课时44课时,实验课时仅仅为4课时,通过近几年的教学情况来看,4课时仅能做完一个综合性实验,因此这种情况对于培养应用型人才的目标来说是非常不利的。

  2大学化学教学改革探讨

  2.1做好教学准备

  教学的准备,也就是我们每一个老师都不能缺少的备课环节,对于备课,我们经常说,要想给学生一碗水,老师就要有一桶水,其实现在的课堂教学要求我们不仅仅是一桶水,应该是两桶水甚至更多,同时针对建设应用型本科的要求,课堂教学一定要做到理论联系实际,这就更高层次的要求备课一定要充分。例如《大学化学》课程里的气体反应这一章节,应重点讲解工业上很经典的氮气和氢气反应合成氨的工艺过程,因为这个反应工艺很经典,所以可以查询到很多相关的资料,比如说其他学校的精品课程里对这个反应工艺讲解的教学视频以及相关的工艺过程的动画等等,都可以拿来借鉴,从而让学生对这样一个经典的工艺过程加深印象。总之,对于大学化学来说,教学准备并不是把教案写好就可以了,还要做到对课堂把控的准备,只有对课堂做好充分的准备,才能有的放矢,才能做到心中有数,才能有效提高学生的积极性,才能自信满满的走上讲台,才能提高大学化学的授课效果。

  2.2丰富教学手段

  对于课堂教学手段,首先,将多媒体教学有效的运用到实际的大学化学的教学过程中,最大效果的把准备的教学内容很好的讲解出来,进而让学生最大程度的吸收消化,在多媒体运用的同时,大学化学课堂教学上一定要多和学生互动,讲到关键点和重点的时候应该慢一些、甚至停下来,让不同程度的学生都能够跟上讲授重点的进度,并且讲完一个完整的知识点后,应该尽量做一个短小精湛的总结让学生再次加深印象。其次,合理有效的做好翻转课堂,大学化学的教学内容与高中化学有众多的相似之处,因此,应该由传统的教师为主体模式转变为学生为主体,例如能源化学这一章节,可以让学生查阅多方面的资料,将学生进行分组翻转课堂讲解,这样可以提高学生学习的积极性,同时也可活跃课堂氛围。第三,板书也是一个重要的教学手段,一个漂亮的板书很重要,最美观的板书是一面黑板写六行字体,并且应当是由不同颜色的粉笔组成,应该标出重点和难点,但是颜色不易超过三种。当然这些都是很细节的问题,需要我们在教学过程中慢慢的把握和体会。

  2.3加强实验教学环节

  应用型本科院校注重学生实践能力,大学化学更是一门以实验为基础的课程,实验环节的进行不仅能提高学生的实践能力,还能提高学生对于该课程学习的积极性。由于大学化学内容多,总课时少,因此通过减少理论课时来加大实验教学量这一方法就行不通了。作者认为,应该采用“理实一体化”的教学模式,就是将学科理论知识与实践操作融为一体,以材料类专业为例,大学化学课程中实验主要是材料的制备和表征,因此可将无机非金属材料的制备方法及表征手段做为专题融入到理论教学中,同时,可以在理论教学中通过视频或者简易方法加入多个演示性实验的操作,这样既可以加强学生对实验操作环节的熟悉程度,提高学生对大学化学学习的兴趣,还能加强应用型本科教学中的实践教学环节[5]。

  3结语

  大学化学作为一门专业基础课,在应用型本科培养过程中有着重要的地位,应用型本科高校大学化学的教学改革是一个漫长的过程,除了做好教学准备、丰富教学手段以及加强实验环节外,还有很多需要改进的地方。总之,我们应该把激情和热情落实在课堂教学的每一个环节之中,努力上好每一节课,提高教学能力,为培养应用型人才而努力。

  参考文献

  [1]韦星明.地方应用型本科院校无机化学教学改革研究[J].广东化工,2018(7):268.

  [2]王毅梦,屈佳,樊雪梅,等.应用型本科院校《无机及分析化学》教学改革初探[J].广东化工,2018(2):230-231.

  [3]陈凌.独立学院大学化学实验教学改革初探[J].广州化工,2015(14):181-182.

  [4]王云海,武丹丹,李峰.影响大学生学习积极性的因素研究与对策分析[J].河南大学学报(社会科学版),2006,46(5):163-168.

  [5]孙强强.“理实一体化”教学模式在分析化学课程改革中的应用与探索[J].科教文汇,2017(15):52-53.

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