淺析數(shù)字集成電路設(shè)計原理課程教學(xué)改革

摘 要：《數(shù)字集成電路設(shè)計原理》是電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)課程，通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解數(shù)字集成電路設(shè)計的基本概念、原理和方法。本文從課程教學(xué)要求出發(fā)，提出了一些改革措施及實施計劃，力求從課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)等實踐教學(xué)方面進行改革，為社會培養(yǎng)出優(yōu)秀的應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；改革措施；實施計劃

基金項目：邵陽學(xué)院教改項目（2016JG43）

1 引言

《數(shù)字集成電路設(shè)計原理》是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)一門專業(yè)課程，課程所涉及專業(yè)技能是IC設(shè)計人員必須掌握的。課程旨在加強學(xué)生的設(shè)計能力和就業(yè)競爭力。通過學(xué)習(xí)要求學(xué)生掌握數(shù)字集成電路的基本構(gòu)成、基本工作原理，并具備簡單的數(shù)字集成電路設(shè)計能力。為以后工作上利用自動化設(shè)計工具實現(xiàn)數(shù)字集成電路的掩膜版圖的設(shè)計、版圖參數(shù)的提取奠定重要的理論基礎(chǔ)；為后續(xù)實踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)和畢業(yè)后從事專業(yè)相關(guān)工作做好準備。本課程包含兩個主要部分，第一部分是建立相應(yīng)的描述模型并對其進行仿真測試，通過仿真測試，檢查所設(shè)計的邏輯描述模型是否符合設(shè)計規(guī)范的要求；第二部分是根據(jù)所建立的邏輯結(jié)構(gòu)模型，完成相應(yīng)電路設(shè)計和仿真測試。

2 教學(xué)要求

2.1 理論教學(xué)目的及要求

《數(shù)字集成電路設(shè)計原理》詳細介紹了數(shù)字集成電路從寄存器設(shè)計到邏輯網(wǎng)表自動化設(shè)計所涉及的諸多重要工作，其中包含底層的寄存器設(shè)計方法、VHDL與PSPICE邏輯仿真設(shè)計、CMOS反相器設(shè)計、CMOS組合邏輯門的設(shè)計以及時序邏輯門設(shè)計等。本書不僅涵蓋了數(shù)字集成電路寄存器編碼的重要理論知識，而且充分結(jié)合了目前集成電路仿真工具-VHDL與PSPICE邏輯仿真，可有從實驗中對電路進行模擬實現(xiàn)。本書基本概念的講解十分易懂，書本講解內(nèi)容以及課后習(xí)題與社會實踐聯(lián)系十分緊密，給學(xué)生以后的工作奠定了堅實的理論和實踐基礎(chǔ)。

2.2 實驗教學(xué)目的及要求

本課程的實驗?zāi)康氖鞘箤W(xué)生掌握數(shù)字集成電路的基本工作原理、基本分析方法、基本應(yīng)用技能、仿真軟件的使用和虛擬儀器正確操作。使學(xué)生能夠分析、設(shè)計由各種集成電路構(gòu)成的基本電路，并初步具備根據(jù)實際要求應(yīng)用這些單元電路構(gòu)成簡單數(shù)字系統(tǒng)的能力，為今后專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定扎實的基礎(chǔ)。

3 改革措施

3.1 改革內(nèi)容

為適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)飛速發(fā)展的需要，更好地培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型電子技術(shù)人才，數(shù)字集成電路實踐教學(xué)改革勢在必行。在具體實施中主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）認真組織課程內(nèi)容，強調(diào)課程理論教學(xué)重點，提高課程實踐教學(xué)時間；

教師在上課之前應(yīng)當(dāng)認真組織教學(xué)內(nèi)容，做到難點重點突出，并針對難點重點剖析，提交教學(xué)效率。

（2）大力加強開放性實驗建設(shè)，努力提高學(xué)生自己操作能力；

當(dāng)代大學(xué)生自己動手實踐能力非常差，加強開放性實驗室的建設(shè)就顯得十分重要，一方面給學(xué)生提高足夠多的獨立思維空間和時間，另一方面培養(yǎng)學(xué)生實踐能力。

（3）注重課程設(shè)計，切實提高學(xué)生實踐能力；

課程設(shè)計要求每一組學(xué)生單獨完成一個課題，而每個學(xué)生都要獨立完成課題中的每一個子課題，這樣以分配任務(wù)的形式給每個學(xué)生提供思考空間，同時教師指導(dǎo)學(xué)生完成電路的制作與調(diào)試。

（4）課堂增加“實踐驗證型”題型練習(xí)，提高學(xué)生的創(chuàng)造性；

以前每門課的作業(yè)都是書面形式的，它對鞏固和加強所學(xué)知識有一定的積極作用，這方面應(yīng)予肯定，可是就培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識能力而言，則明顯有不足之處。《數(shù)字集成電路設(shè)計原理》課程實踐性較強而且易于訓(xùn)練。根據(jù)這些特點，增設(shè)“實踐驗證型”題型，即同學(xué)們可以選擇具有綜合性或設(shè)計性的題目作為自己的課后作業(yè)。同學(xué)們不僅要完成書面表達外，而且還要親自到實驗室測試并驗證結(jié)論。解一個題目一般有許多種方法，其中有些題目構(gòu)思巧妙、簡單易懂。長此以往，就能使學(xué)生看到自己的進步，這樣大大激發(fā)他們的創(chuàng)造性[1]。

（5）鼓勵學(xué)生課余時間多參加業(yè)余活動，如程序設(shè)計大賽、電子設(shè)備維修協(xié)會，國家級和省級電子設(shè)計競賽，提高動手實踐能力；

（6）組織學(xué)生進行生產(chǎn)實習(xí)，在生產(chǎn)實習(xí)過程中將專業(yè)理論知識切實融合進社會需求中[2]；

（7）大力引進企業(yè)相關(guān)專業(yè)人員來校舉辦與數(shù)字集成電路設(shè)計相關(guān)的講座，著實提高學(xué)生學(xué)習(xí)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的興趣[3]。

3.2 改革目標

通過教學(xué)改革，在以下幾方面有所提高：

（1）提高學(xué)生對電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的興趣，進一步調(diào)動其學(xué)習(xí)的興趣，這對以后其他專業(yè)課的開設(shè)奠定了基礎(chǔ)；

（2）培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力，能自主設(shè)計電路和電路調(diào)試[4]；

（3）提高學(xué)生的自我動手能力，為后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；

（4）修改數(shù)字集成電路設(shè)計原理的教學(xué)大綱和實驗大綱，為培養(yǎng)優(yōu)秀的集成電路人才奠定理論基礎(chǔ)。

3.3 擬解決的問題

（1）改革教學(xué)方法，提高學(xué)生對學(xué)習(xí)集成電路的興趣[5]；

（2）增加綜合性和設(shè)計性實驗，著重提高學(xué)生動手能力；

（3）加緊校企合作，提高學(xué)生對電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的興趣[6]。

3.4 具體實施計劃

（1）考察調(diào)研外校數(shù)字集成電路的教學(xué)與實驗情況，并總結(jié)歸納其教學(xué)方法和實驗方法，得出改革思路。比如增加綜合性和設(shè)計性實驗個數(shù)，增添課程設(shè)計項目或修改課程設(shè)計內(nèi)容。

（2）參加學(xué)校組織的課外進修學(xué)習(xí)，提高自身對本課程體系的認識與見解，并建立適合本專業(yè)數(shù)字集成電路設(shè)計原理的課程教學(xué)體系；修改課程教學(xué)大綱和實驗教學(xué)大綱；成立電子興趣小組；聯(lián)系校企合作單位。

（3）實驗教學(xué)模式的調(diào)整。改善實驗場地，盡量做到實驗室全開放；實驗考核方式的改革；實驗指導(dǎo)老師指導(dǎo)方式的調(diào)整。endprint

（4）認真組織課程內(nèi)容，強調(diào)課程理論教學(xué)重點，提高課程實踐教學(xué)時間，注重實踐教學(xué)以及實驗、課程設(shè)計。要求學(xué)生自己選題并獨立完成論文報告的撰寫以及實物的制作與測試。

（5）組織同行教師聽課，評教，以及檢查實驗進行情況和課程設(shè)計情況并召開座談會討論本課程的教學(xué)改革進行情況。

4 結(jié)束語

《數(shù)字集成電路設(shè)計原理》是電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)課程，通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解數(shù)字集成電路設(shè)計的基本概念、原理與方法。了解數(shù)字集成電路的版圖設(shè)計原理以及相關(guān)行業(yè)軟件、熟悉計算機版圖輔助設(shè)計軟件PSPICE，了解工藝模擬和器件模擬的概念和作用以及典型的模擬軟件，具備初級IC設(shè)計能力。我院有一個電子工程實踐中心，為我院乃至全校電子類專業(yè)提供絕大多數(shù)的實踐教學(xué)場地，還有較高素質(zhì)的實驗指導(dǎo)老師，能夠?qū)嵺`教學(xué)改革提供基本的保障。所有這些為本課題的開展提供了堅實的教學(xué)改革基礎(chǔ)和環(huán)境。但不適宜應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實驗裝置、教學(xué)模式，從硬件環(huán)境還是軟件環(huán)境，都有待于提高。一是學(xué)校提供的開放性實驗場地偏少；二是課程設(shè)計中需動手實踐制作實物所需的元器件數(shù)量不足；三是缺少固定的、與集成電路相關(guān)的公司提供給學(xué)生進行生產(chǎn)實習(xí)。因此學(xué)校應(yīng)該加大教學(xué)改革、課程建設(shè)、校企合作和師資培養(yǎng)的力度，提供新模式的實踐教學(xué)平臺。通過實踐教學(xué)模式的改革使電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生不僅掌握數(shù)字集成電路的理論知識，還能通過課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)等實踐教學(xué)，培養(yǎng)出優(yōu)秀的應(yīng)用型人才。

參考文獻

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[3]王仁平，陳群超，江浩，李凡陽.數(shù)字集成電路課程設(shè)計改革與創(chuàng)新[J].高師理科學(xué)刊，2016，36（4）：74-77.

[4]袁穎，董利民，吳武臣，胡曉玲，武利，鞏為華，何焱，丁廣鈺.集成電路設(shè)計實踐教學(xué)課程體系的研究[J].高師理科學(xué)刊，2016，26（6）：205-207.

[5]趙希文，尹海潔，吳菊花，燕杰.高校實驗教學(xué)存在的主要問題與改革對策[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2011，6：76-78.

[6]葉蔓.高校實驗教學(xué)存在的問題與改革措施[J].池州學(xué)院學(xué)報，2015，29（3）：131-132.

作者簡介

彭森，邵陽學(xué)院信息工程學(xué)院教師。endprint