ISW培训及VLSI设计与验证教学实践体会

刘胜 陈海燕 马驰远

文章编号：1672-5913（2015）11-0021-04

中图分类号：G642

摘要：介绍ISW的概念，以讲授研究生课程VLSI设计与验证为背景，介绍参加ISW培训班的体会和收获，阐述ISW在课堂内容传授方法等方面的改进和启发，给出相关的数据统计，指出按照ISW培训的方式改进授课方法，任课教员能够在短时期内提高自己的授课水平。

关键词：ISW；教学技能；VLSI设计与验证

0 引 言

从1979年加拿大不列颠哥伦比亚大学开始开展ISW（ instructional skills workshop， http：//is-wnetwork.ca.）培训至今，该项目已累计为美国、加拿大及其他国家培训数千名大学助教和新人职人员。与传统的教学上岗培训方式不同，ISW具有教学流程独特、体验式学习方式密集、理论讲授与多轮mini-lesson相结合、指导教师比例高、更具人性化等特点。参训人员普遍反映在培训的几天中很累但很充实，在教学技能方面收获很大。我国目前的大学教学岗前培训多采用传统方式，存在重过程、轻效果、流于形式等问题，在参与度和实际效果方面均与ISW培训有较大差距。国防科学技术大学通过出国参与ISW培训获取一定的经验，并在保留ISW核心流程、精神和主旨的基础上，结合中国国情率先在本校范围内开办了ISW培训班。

VLSI设计与验证是国防科技大学微电子与固体电子学专业硕士生的基础核心课，侧重于讲述以微控制器为代表的大规模数字集成电路的设计和验证技术。该课程具有概念多、实践性和操作性强等特点，即使是用近几年流行的MOOC方式也较难获得良好的效果。课程既需要授课人员讲述清晰，将枯燥的内容生动形象化，同时也需要教员调动学生参与实验的热情，将知识融会贯通，因而教员的授课水平将对授课质量产生重要影响。

1 ISW简介

ISW的培训实践共3天，共计24-30个小时，强调全程参与。培训包含理论讲述和实践两部分，两者的时间比例大约为4：6。理论讲授采用集体授课，实践部分分组进行，每组包含4-6名被培训者和2名培训者。

1.1 ISW的原则

ISW本身包含五大原则，这些原则既是对被培训者的基本要求，也是ISW期望达到的目标（见表1），表中第1列为ISW培训手册原文，第2列给出了这些原则的具体解释。

1.2 BOPPPS六要素

ISW推荐授课时考虑BOPPPS六要素，强调每个要素都必不可少，部分要素可能与课堂内容关联不大，但实际上对授课效果有很大影响。

（1） Bridge_in：引入。在课程初采用合适的方法将学生调整为上课状态。

（2） Objective：目标。阐述本节课的目标或通过本节课学生应该具备什么能力。

（3） Pre-assessment：预测试。通过预测试了解学生对课程内容的掌握程度，便于有的放矢，同时进一步调动学生的听课积极性。

（4） Participatory learning：交互式学习。课程的主体部分，讲授课程的主要内容，注重学生参与。

（5） Post-assessment：后测试。通过后测试了解学生对讲授内容的接收程度，便于后续调整授课方法。

（6）Summary：总结。对本节点内容进行总结。

在实践中作者发现BOPPPS六要素分别占5%、l0%、10%、55%、15%和5%的课时比较合适，如图1所示。

1.3 Mini-Iesson及其流程

每个被培训者需要讲授3个10分钟的mlm-lesson，并参与组内所有人的mini-lesson。ISW将所有的参与者分为learner（学习者）、instructor（讲授者）和facilitator（服务者）3个角色。其中讲授mini-lesson的被培训者担任instructor，其他被培训者则为learner，ISW的组织者部分担任facilitator，部分担任learner。10分钟的讲授过程是全程录像的，便于授课者课后总结自己的授课风格。虽然mini-lesson讲课部分只有10分钟时间，但完整的mini-lesson周期总计40分钟（如图2所示），课前准备和课后讨论的时间更长，主要是组内成员通过口头或书面方式讨论。

2 ISW与传统教学岗前培训的区别

笔者既参加过传统的教学岗前培训，也参加过ISW培训。两者的理论来源基本相同，均为西方近现代教育理论，如认知学习论、建构主义学习论等，但两者在培训具体方式上的差异造成了学员参与热情度和培训效果的不同，这些差异主要包含以下3个方面。

1）自我吻合性。

教学岗前培训本身也是一门课程，培训者也应该遵守其教学规范，这称之为自我吻合性。然而，传统教学岗前培训的子课程经常存在自我不吻合的现象，如前一名老师强调精准把握授课时间很重要，后一名老师在培训其他内容时却大肆拖堂；前一名老师强调PPT文字太多会影响授课效果，后一名老师在培训时PPT中可能会包含大段的文字。这种不吻合现象会使被培训者很困惑，同时也影响培训效果。而ISW非常强调这种吻合性，如在第一天培训时，花费一个小时的时间让学员通过游戏、面对面讲话等方式互相了解，实际上就是bridge in的过程；此外每一个老师在理论授课时也确实按照BOPPPS六要素进行。这种自我吻合性对其讲授内容具有明显的增强效果。

2）人文关怀。

ISW的人文关怀是多方面的，主要体现在：①游戏环节让学员互相熟悉；②Mini-Iesson的组织者也作为learner参与交互式学习，师生之间交流更密切；③整个培训过程不评分，没有批评，只有鼓励和要求；④Mini-lesson中大家对讲授者的评价、鼓励、期望都写在一张漂亮的纸上便于收藏；⑤ISW培训结束前组内成员互赠寄语、贺卡。这些不经意的细节，也可以认为是participatory leaming的一部分。然而传统的教学岗前培训在人文关怀方面比较欠缺，参训学员和培训老师之间的关系比较远，这既影响学员的参与热情，也影响培训效果。

3）密集体验式学习。

ISW没有最终的考核，但必须全程参与，强调密集体验式学习，主要体现在两个方面：①Mini-Iesson的次数多；②课后讨论的时间更多。每名学员自己主讲的mini-lesson次数和参与讨论其他人员的mini-lesson的次数可达12-15次，这种密集体验式的学习比较符合接收、尝试和强化新技能的一般规律。传统的教学岗前培训一般采用理论考试和试讲的方式，但其试讲时间通常较长（30分钟左右），次数只有1次，并且课后讨论不够充分，缺少从“暴露问题”到“讨论发现问题”再到“改进提高”的过程。

3 教学实践启发

笔者参与了所在大学VLSI设计与验证部分内容的授课，该课程为本校微电子与固体电子学专业硕士生的基础核心课，每年选修该门课的学生为40名左右。笔者通过在ISW培训前和培训后讲授该门课的对比实践，得到了如下启发。

1）重视基本的教学元素。

正如BOPPPS模型强调的，某些授课环节可能与课程本身内容关联不大，但实际上对授课效果有很大影响。在VLSI设计与验证讲授过程中发现，上课初花一点时间讲述一下IC业界的新闻趣闻，下课前花一点时间复习本节课的内容，课堂中间提问等，对整课堂的节奏和听课效果起着非常大的作用。

2） Pre-assessment阶段能够有效考查学生在某些知识点的欠缺，从而更加有针对性进行教学。

如在讲述“设置输入/输出延时综合约束”知识点时，通过pre-assessment我们发现，由于课程体系的调整，学生还没有学到“flip-flop的建立时间和保持时间”的概念，因而教师果断增加了该知识点的内容，否则根本无法将setinput_delay -max/-min讲清楚，学生们自然也就无法充分理解和掌握相关内容。

3）注重participatory learning，充分考虑学生因素，使师生之间更有共同语言。

VLSI设计与验证的授课对象包含两类：一类为本校直上研究生的学生，专业基础较好，本科时期一般接触过Verilog语言，今后可能考博或毕业分配，不存在就业压力；另一类学生的人数稍多，专业基础跨度较大，要参加企业的招聘。授课时，可充分关注这两类学生的潜在需求，在讲述某些知识点时强调某公司的面试题以调动后一类学生的学习兴趣；同时不能厚此薄彼，也要强调该知识点在工程实践中也会用到。由于后一类学生略多，在授课时应采用中速节奏。通过这样的改进，学生上课的积极性被调动了起来，上课睡觉、玩手机的现象几乎消失。

4）注重participatory learning，努力让课程生动形象，以引起学生的兴趣。

在VLSI设计与验证课程中会讲述designcomplier工具定义的8类对象，之前不管如何讲述学生都无法轻松记忆。在ISW培训后，笔者对该知识点进行分析，研究如何讲述能使学生更易接受，发现8类对象的英文名称分别是design、cell、net、clock、reference、pin、port、library，其首字母分为4组为DC+NC+RP+PL。因而教师可以在授课时强调：DC和NC是IC前端人员必须会使用的两个EDA工具，RP（人品）和PL（漂亮）是年轻人找“对象”要考虑的要素。这样，该知识点就变得简单、易记，而且生动了起来。通过这样的改进，课程内容自然生动形象了许多，学生的听课热情也得到了提高。

4 数据统计结果

笔者统计了在ISW培训前后讲授VLSI设计与验证时课上及课后学生与老师的交互程度及交互内容，从侧面反映出授课效果的差异。前后两年选修这门课的学生总人数基本持平（均为40人左右），笔者在前后两年每节课的时间相等的情况下选取了“平均课上交互次数”“平均课后交互次数”和“平均每节课交互时间”这3个参数来衡量学生与老师的交互程度，分别定义为：

平均课上交互次数=（课堂内经老师提问学生发言总次数×1+课堂内学生自发发言总次数×2）/上课次数

平均课后交互次数=课间及课后学生主动发言的总次数/上课次数

平均每节课交互时间=除老师讲述课程内容外学生与老师的总对话时间/上课次数

由图3可以看出，经过ISW培训改进授课方法后，学生平均课上交互次数由0.8次增加到4.0次，平均课后交互次数由2.0次增加到5.0次，平均每节课交互时间由2.0分钟上升为8.0分钟，分别为原来的5倍、2.5倍和4倍。这说明在ISW培训后，通过改进授课方法，跟上老师思路的学生人数增多了，提问的次数明显增加。另外交互式的授课方法使师生间的距离拉近了，学生发言和表达观点的意愿得到了增强。

图4对比了在ISW培训前后，讲授VLSI设计与验证之后学生与老师交流内容的具体情况。在ISW培训前没有改进授课方法时，每次授课后学生和老师主要就课堂上的知识点和课程实践大作业的内容进行少量交互；在ISW培训后，作者改进了授课方法，授课时学生和老师的交流内容从数量和种类上都有所增加，如对于课堂上的知识点，学生提问的次数增加了3倍，从侧面反映了学生的听课效果得到了改善。此外，没有改进授课方法前，学生和老师基本上没有关于之前课程知识点、今后工作情况和学习方法方面的讨论和交互，而在改进授课方法后，学生和老师的交流内容在这些方面增加了很多。这主要得益于交互式的授课方法使老师的亲和力得到了改善，师生的交互渠道更加通畅。

5 结语

实践证明，按照ISW培训推荐的方式改进授课方法，任课教员和学员的交互程度将会得到显著提高，授课效果也会得到相应的改善，因而ISW培训方法值得广泛推广。在未来VLSI设计更加复杂的趋势下，如何运用新的教学方法和技巧进一步提高教学质量是我们接下来需要关注的重点。