浅析数字集成电路设计原理课程教学改革

浅析数字集成电路设计原理课程教学改革
作者：彭森
来源：《卷宗》2017年第22期
摘要：《数字集成电路设计原理》是电子科学与技术学专业的一门专业课程，通过本课程的学习，要求学生了解数字集成电路设计的基本概念、原理和方法。

本文从课程教学要求出发，提出了一些改革措施及实施计划，力求从课程设计、生产实习等实践教学方面进行改革，为社会培养出优秀的应用型人才。

关键词：教学改革；改革措施；实施计划
基金项目：邵阳学院教改项目（2016JG43）
1 引言
《数字集成电路设计原理》是电子科学与技术专业一门专业课程，课程所涉及专业技能是IC设计人员必须掌握的。

课程旨在加强学生的设计能力和就业竞争力。

通过学习要求学生掌握数字集成电路的基本构成、基本工作原理，并具备简单的数字集成电路设计能力。

为以后工作上利用自动化设计工具实现数字集成电路的掩膜版图的设计、版图参数的提取奠定重要的理论基础；为后续实践环节的学习和毕业后从事专业相关工作做好准备。

本课程包含两个主要部分，第一部分是建立相应的描述模型并对其进行仿真测试，通过仿真测试，检查所设计的逻辑描述模型是否符合设计规范的要求；第二部分是根据所建立的逻辑结构模型，完成相应电路设计和仿真测试。

2 教学要求
2.1 理论教学目的及要求
《数字集成电路设计原理》详细介绍了数字集成电路从寄存器设计到逻辑网表自动化设计所涉及的诸多重要工作，其中包含底层的寄存器设计方法、VHDL与PSPICE逻辑仿真设计、CMOS反相器设计、CMOS组合逻辑门的设计以及时序逻辑门设计等。

本书不仅涵盖了数字集成电路寄存器编码的重要理论知识，而且充分结合了目前集成电路仿真工具-VHDL与PSPICE 逻辑仿真，可有从实验中对电路进行模拟实现。

本书基本概念的讲解十分易懂，书本讲解内容以及课后习题与社会实践联系十分紧密，给学生以后的工作奠定了坚实的理论和实践基础。

2.2 实验教学目的及要求
本课程的实验目的是使学生掌握数字集成电路的基本工作原理、基本分析方法、基本应用技能、仿真软件的使用和虚拟仪器正确操作。

使学生能够分析、设计由各种集成电路构成的基本电路，并初步具备根据实际要求应用这些单元电路构成简单数字系统的能力，为今后专业课程的学习奠定扎实的基础。

3 改革措施
3.1 改革内容
为适应现代电子技术飞速发展的需要，更好地培养应用型和创新型电子技术人才，数字集成电路实践教学改革势在必行。

在具体实施中主要体现在以下几个方面：
（1）认真组织课程内容，强调课程理论教学重点，提高课程实践教学时间；
教师在上课之前应当认真组织教学内容，做到难点重点突出，并针对难点重点剖析，提交教学效率。

（2）大力加强开放性实验建设，努力提高学生自己操作能力；
当代大学生自己动手实践能力非常差，加强开放性实验室的建设就显得十分重要，一方面给学生提高足够多的独立思维空间和时间，另一方面培养学生实践能力。

（3）注重课程设计，切实提高学生实践能力；
课程设计要求每一组学生单独完成一个课题，而每个学生都要独立完成课题中的每一个子课题，这样以分配任务的形式给每个学生提供思考空间，同时教师指导学生完成电路的制作与调试。

（4）课堂增加“实践验证型”题型练习，提高学生的创造性；
以前每门课的作业都是书面形式的，它对巩固和加强所学知识有一定的积极作用，这方面应予肯定，可是就培养学生专业知识能力而言，则明显有不足之处。

《数字集成电路设计原理》课程实践性较强而且易于训练。

根据这些特点，增设“实践验证型”题型，即同学们可以选择具有综合性或设计性的题目作为自己的课后作业。

同学们不仅要完成书面表达外，而且还要亲自到实验室测试并验证结论。

解一个题目一般有许多种方法，其中有些题目构思巧妙、简单易懂。

长此以往，就能使学生看到自己的进步，这样大大激发他们的创造性[1]。

（5）鼓励学生课余时间多参加业余活动，如程序设计大赛、电子设备维修协会，国家级和省级电子设计竞赛，提高动手实践能力；
（6）组织学生进行生产实习，在生产实习过程中将专业理论知识切实融合进社会需求中[2]；
（7）大力引进企业相关专业人员来校举办与数字集成电路设计相关的讲座，着实提高学生学习电子科学与技术专业的兴趣[3]。

3.2 改革目标
通过教学改革，在以下几方面有所提高：
（1）提高学生对电子科学与技术专业的兴趣，进一步调动其学习的兴趣，这对以后其他专业课的开设奠定了基础；
（2）培养学生的独立思考能力，能自主设计电路和电路调试[4]；
（3）提高学生的自我动手能力，为后续的专业课学习奠定基础；
（4）修改数字集成电路设计原理的教学大纲和实验大纲，为培养优秀的集成电路人才奠定理论基础。

3.3 拟解决的问题
（1）改革教学方法，提高学生对学习集成电路的兴趣[5]；
（2）增加综合性和设计性实验，着重提高学生动手能力；
（3）加紧校企合作，提高学生对电子科学与技术专业的兴趣[6]。

3.4 具体实施计划
（1）考察调研外校数字集成电路的教学与实验情况，并总结归纳其教学方法和实验方法，得出改革思路。

比如增加综合性和设计性实验个数，增添课程设计项目或修改课程设计内容。

（2）参加学校组织的课外进修学习，提高自身对本课程体系的认识与见解，并建立适合本专业数字集成电路设计原理的课程教学体系；修改课程教学大纲和实验教学大纲；成立电子兴趣小组；联系校企合作单位。

（3）实验教学模式的调整。

改善实验场地，尽量做到实验室全开放；实验考核方式的改革；实验指导老师指导方式的调整。

（4）认真组织课程内容，强调课程理论教学重点，提高课程实践教学时间，注重实践教学以及实验、课程设计。

要求学生自己选题并独立完成论文报告的撰写以及实物的制作与测试。

（5）组织同行教师听课，评教，以及检查实验进行情况和课程设计情况并召开座谈会讨论本课程的教学改革进行情况。

4 结束语
《数字集成电路设计原理》是电子科学与技术学专业的一门专业课程，通过本课程的学习，要求学生了解数字集成电路设计的基本概念、原理与方法。

了解数字集成电路的版图设计原理以及相关行业软件、熟悉计算机版图辅助设计软件PSPICE，了解工艺模拟和器件模拟的概念和作用以及典型的模拟软件，具备初级IC设计能力。

我院有一个电子工程实践中心，为我院乃至全校电子类专业提供绝大多数的实践教学场地，还有较高素质的实验指导老师，能够对实践教学改革提供基本的保障。

所有这些为本课题的开展提供了坚实的教学改革基础和环境。

但不适宜应用型人才培养的实验装置、教学模式，从硬件环境还是软件环境，都有待于提高。

一是学校提供的开放性实验场地偏少；二是课程设计中需动手实践制作实物所需的元器件数量不足；三是缺少固定的、与集成电路相关的公司提供给学生进行生产实习。

因此学校应该加大教学改革、课程建设、校企合作和师资培养的力度，提供新模式的实践教学平台。

通过实践教学模式的改革使电子科学与技术专业的学生不仅掌握数字集成电路的理论知识，还能通过课程设计、生产实习等实践教学，培养出优秀的应用型人才。

参考文献
[1]殷树娟.集成电路设计专业的本科实践教学探索[J].实验室研究与探索，2013，32（12）：148-151.
[2]李冰.两门集成电路课程的教学模式改革[J].电气电子教学学报，2009，31（3）：6-8.
[3]王仁平，陈群超，江浩，李凡阳.数字集成电路课程设计改革与创新[J].高师理科学刊，2016，36（4）：74-77.
[4]袁颖，董利民，吴武臣，胡晓玲，武利，巩为华，何焱，丁广钰.集成电路设计实践教学课程体系的研究[J].高师理科学刊，2016，26（6）：205-207.
[5]赵希文，尹海洁，吴菊花，燕杰.高校实验教学存在的主要问题与改革对策[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2011，6：76-78.
[6]叶蔓.高校实验教学存在的问题与改革措施[J].池州学院学报，2015，29（3）：131-132.。