“射频集成电路设计”课程教学改革的新思路

李志远+李青坤+温殿忠

摘要：“射频集成电路设计”是一门专业性比较强、内容更新比较快的课程。为培养适应现代科学技术急速发展的射频集成电路设计人才， 以新兴的物联网技术为应用背景，将射频技术的科学前沿与课程内容相融合，从更新教学内容、教学思路等多方面探讨高校“射频集成电路设计”课程教学改革的新思路。

关键词：射频；集成电路设计；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A文章编号：1002-4107（2014）06-0023-02

当今世界，科学技术飞速发展，以射频集成电路为关键技术的无线通信、全球定位、雷达以及新兴物联网等行业正在迅速向前发展。应用的需求极大地推动了射频集成电路相关产业的发展热潮，这就对射频集成电路设计工程师提出了巨大的人才需求及技术挑战。

一、射频课程设置的意义与问题

无线通信技术的飞速发展以及行业对人才的巨大需求，使得射频集成电路设计已经在世界范围内成为大学及研究院所开发的热点。为了适应这种需求，国内外众多高校均面向电子信息及相关专业的学生开设了“射频集成电路设计”课程。该课程概念抽象，课程内容具有很快的更新速度，是比较难学的课程之一。如果仅局限于书本， 采用平铺直叙的方式进行讲解，很难有效地调动学生的学习积极性。因此，将射频技术相关科研前沿的介绍以及科学前沿与课程内容融合，作为“射频集成电路设计”课程教学改革的研究内容，对于培养适应当前行业急需的高素质专业人才是十分必要的。

二、射频课程教学改革的新思路

针对目前对射频技术人才的迫切需求，《射频集成电路设计》课程存在传统授课效果不理想这一矛盾现象，拟从以下几方面进行教学改革。

（一）将行业前沿与射频技术整合

以物联网为例，将与课程相关的行业前沿引入到课堂，使学生们在课堂学习中就能够接触到射频电路应用的前沿，激发学生带着兴趣与求知的欲望来学习课程内容。物联网是与射频识别密切相关的一门新兴技术。在全球信息化领域，物联网被认为是继计算机及互联网之后出现的又一具有变革性的信息化技术。其概念提出伊始就受到世界各国的广泛关注。比如，日本、韩国、美国以及我国分别提出的“U-Japan”、“U-Korea”、“智慧地球”以及“感知中国”等概念，无一不是“物联网”这一概念的具体体现[1]。甚至到2013年7月，国务院总理李克强召开国务院常务会议提出将通过互联网、物联网等技术打造便利百姓惠及民生的“宽带中国”[2]。通过物联网这一新兴技术，人们的生活方式不仅可以实现人与人之间的交流，还可以实现人与物体，甚至物体与物体之间的交流对话。为了实现这样便利的生活方式，必须以网络为基础，此外踏实发展射频识别（RFID）技术，也是物联网技术进化的科学路径[3-4]。

由前述分析可知，物联网与射频技术是相互融合的，前者为后者提供了强大的应用背景，后者是前者的核心技术支持。因此，将物联网这一前沿技术融合到射频教学中将极大地激发学生的学习兴趣，提高教学效果。

（二）及时更新教学内容，增大课程的知识覆盖面

选择有趣、通俗易懂的教材，引导学生阅读英文原版教材。此外，鼓励学生主动寻找及阅读文献，这样可以使学生认识和了解射频领域国内外的最新研究动态。

1.讲解射频识别时，可将射频识别与新兴技术联系起来。如，上海世博会的门票就是基于射频识别技术设计的；南京基于射频识别和物联网技术设计了智能交通系统；在未来有望冰箱可以自动根据主人的需求配出合理的菜单等等。这样可以激发学生的学习热情，也可以使学生开阔视野，开拓创新思维。

2.讲述MOS管的诞生历史时可与近几年新诞生的

忆阻器联系起来。忆阻器的概念于1971年由美籍院士蔡绍棠提出。直到2008年，美国惠普实验室的科学家才成功实现了忆阻器的物理模型，这将结束无源器件只包括电阻、电容、电感的历史[5]。但多数教科书仍然没有进行更新，我们通过讲解文献、介绍对该方面有资深影响的教师，让学生更生动地吸取最新的专业前沿知识。

（三）转变教学思路：从导课、课堂教学和实验教学进行探索

良好的导课，是“有效课堂”的关键，可以在几分钟内将学生的注意力吸引到特定的教学任务中去，有效地激发学生对新知识、新内容的探求。这可以通过引入一些与课堂内容密切相关的历史或与课程相关的实际应用吸引学生的学习兴趣[6]。

1.引入历史使导课内容生动有趣：如在讲述有源器件时，可以讲述MOS晶体管的简短历史。自德国莱比锡大学物理学家Julius Edgar Lilienfeld于1926年提出首个类似于场效应管的专利后， 又经过很多杰出的研究人员的努力，直到1960年之后，贝尔实验室才最终研制成功了第一个硅MOSFET。MOS晶体管的发展历程可以使学生能够体会新技术发展中的机遇、不足以及研发者的实力、幸运和坚持，从而使学生能够产生对新知识、新技术创造的渴望，勇于创新。

2.将课程内容与射频技术在现实生活中的应用结

合起来激发学生的学习兴趣。在信息飞速发展的年代，我们的手机网络从2G发展到了3G，由3G又来到了4G。4G技术在助推物联网应用全面起速的同时，也与我们的射频技术是密切相关的。曾有机构分析iPhone 5s的硬件成本是199美元，其中射频芯片就达到了32美元，占了总成本的近1/6。这些信息不仅是学生们极感兴趣的，而且可以帮助学生认识射频技术在当代高技术的发展状况和应用前景。

课堂教学的改进：课堂教学是讲授课程的主体。此外，依据课程内容，灵活的开展启发式、讨论式等多种课堂行式可以丰富课程内容，调节课堂气氛[7]。

教师在认真备课、认真组织课堂教学的基础上采取互动式教学方法，加强与学生的联系和交流。如在讲解一个模块或一部分具体理论知识后，可以拟定一个具体的课程内容，要求学生对相关的内容进行独立的文献检索、文献阅读等，然后在课堂上组织学生分组进行讨论，这样既活跃了课堂气氛，也可以加深对课堂所学知识的理解。

实验教学的改进：实验教学是实践教学的方式之一。可以通过设立开放性的“课题研究”题目来打破传统实验教学模式。在实验过程中，鼓励学生用不同的实验方案进行实验，以此来更深刻地理解实验中的科学思想[8]。

如果实验室条件允许，学生最好学习一些网络分析仪、频谱分析仪、噪声分析仪等仪器的使用。如果实验室不具备这些昂贵的实验设备，可参考一些虚拟设备，如设计LNA时，使用Multisim的虚拟网络分析仪进行仿真设计，包括电路结构、电路稳定性和匹配网络设计，可以提高仿真精度，降低实验成本，缩短设计周期[9]。

（四）改进教学方法

授课方式拟采用多媒体为主，板书为辅的教学方法。此外，将充分应用网络辅助教学平台加强师生课堂之外的联系与交流。

1.多媒体与板书相结合的方法：在授课过程中，一方面采用多媒体课件，充分展现授课内容的脉络及精华。课件中图片、动画、视频等素材可以使授课内容更生动、更容易吸引学生的注意力。板书作为一种辅助工具，可以取长补短。如公式推导，教师可以一边讲解一边通过板书的形式写出推导过程，这样学生更容易理解公式的来龙去脉。

2.充分应用网络辅助教学平台：教师可以将多媒体课件、领域前沿成果、经典教材、就业机会等上传，扩展课堂上学不到的内容。也可以在线答疑，及时解答学生在学习中所遇到的困难。

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（五）变革考核方式

在整个课程中可根据学生的实际表现和能力来综合评定成绩。如以课堂出勤、课堂表现、实验、课程论文、闭卷考试相结合的手段来检查学生对该门课程的掌握。

三、射频课程教学改革的效果

在对三届本科生进行了“CMOS射频集成电路设

计”课程的授课以来，积累了一定的教学经验，也发现了待解决的现实问题。本科生电路基础相对较差，知识涵盖面较窄，所以本科生对课程的理解相对较弱，而且也很难激发学生的学习兴趣。开始采用传统教学方法，以讲授教材内容为主，期末采取闭卷考试的形式。这种教学方法很难激发学生的学习兴趣，课堂仍然以教师讲授为主，学生最后仍然是为了考试而突击复习部分内容，对课程的内容没有整体把握。后来改变了教学思路，具体表现为：（1）保证课程内容的时效性与先进性；（2）让学生做一个主动 “探索者”，成为课程学习的主人；（3）根据学生的实际表现和能力来综合评定成绩。以一次讨论课为例，我们以“物联网射频技术：等待破茧的蝴蝶”为主题，让学生事先查找资料，形成报告形式，然后在课堂进行讨论。物联网这一新兴技术在课堂的引入激发了学生的学习兴趣，学生自主学习，最后学生分别就物联网射频技术在家居生活、智能交通、无线通信及图书管理等方面的应用展开讨论。通过讨论，学生深切感受到了所学的知识其实和自己的生活密切相关，激发了学习兴趣，取得了很好的教学效果。

上述教学思路的探讨，已经取得了一定的效果。在以后的教学过程中将进一步完善和提高，使学生可以及时有效地吸取更具时代特色的新内容，成为适应时代需求的创新一代。

参考文献：

[1]桑洋.物联网的天罗地网[J].自然与科技，2010，（3/4）.[2]http：//news.163.com/13/0713/07/93L85MST0001124J.html.

[3]http：//www.rfidinfo.com.cn/Info/html/n14730_1.htm.

[4]http：//news.cecb2b.com/info/20121026/227691.shtml.

[5]冯卫东.美科学家证实电路世界第四种基本元件存在[N/OL].科技日报，2008-05-06.

[6]李九生.“微波与射频技术”课程新式教学理念应用[J].科技信息，2010，（6）.

[7]李金凤，王健，刘欢.“射频集成电路设计”课程教学改革初探[J].考试周刊，2012，(15).

[8]张银蒲.基于射频方向课程群的教学改革与创新[J].唐山学院学报，2013，（1）.

[9]王立华.虚拟网络分析仪在射频电路设计中的应用[J].电子测量技术，2012，（4）.

收稿日期：2013-09-10

作者简介：李志远（1975—），女，辽宁昌图人，黑龙江大学电子工程学院讲师，主要从事集成电路设计研究。

基金项目：黑龙江大学新世纪教育教学改革工程项目“基于创新能力培养的‘CMOS射频集成电路设计课程教学改革探索”（2012B49）

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