从大学生集成电路设计大赛谈本科教学改革

集美大学信息工程学院 吴一亮 袁占生 杨光松

从大学生集成电路设计大赛谈本科教学改革

集美大学信息工程学院 吴一亮 袁占生 杨光松

从我校组织学生参加大学生集成电路设计大赛的情况出发，分析了大赛对学生创新能力的培养作用及意义。探讨了我校本科教学方面存在的不足，以及我们准备采取的设置实践配合的引导性新课程、合理安排课程路径和参加科技竞赛等改进措施。

集成电路设计大赛；教学改革；本科教育

0. 引言

集美大学电子科学与技术（电科）专业是集美大学信息工程学院在“十一五”期间，根据学科专业发展的需要以及海峡西岸经济区发展对集成电路人才的大量需求，综合学院电子、通信两专业几十年的本科教学经验和实力， 2007年学院决定启动电科专业申报工作，并于2008年正式提交申请书，2009年获教育部批准招生，2010年9月开始招收四年制本科学生，计划招生人数两个班60人。电子科学与技术教研室成立于2010年，隶属于集美大学信息工程学院。在学校的大力支持下，专业招生伊始，共计投入200多万元人民币的经费建设电子科学与技术专业实验室，在已有省电工电子中心示范中心的实验基础上，增建了3间该专业的专用机房，添置的设备覆盖了专业方面的所有实验和教师研发平台：有集成电路设计与系统的大部分专业实验，有专业EDA开发与应用平台。

我们组织学生参加了2014年的集成电路设计大赛取得了三等奖，2015年没有参加，今年参加大赛取得了二等奖。大赛为提升大学生的集成电路设计及应用能力提供了重要平台，适应高校培养创新型人才的目标。从命题看大赛由企业结合产业界实际需求提出大赛题目，考核内容的难度逐年增加，对参赛队伍的专业素质要求也越来越高。为学生将所学的专业知识应用于解决实际问题提供了实践平台。因集美大学电科专业建立不久，还没有硕士点，针对大赛对参赛学生能力的要求，我们对本科教学做了相应的教学研究与改革。

1. 目前我校本科教学存在的问题

自集美大学电科专业建立以来，集成电路教学投入成本大，学生实践教学成效不足一直困扰着我们。学生也对本专业就业等问题感到困惑，甚至不少学生毕业后放弃本专业就业。而我国的集成电路产业正面临着人才数量和质量远远不能满足发展需求的矛盾[1]。结合我们今年的教学经验，目前本科教学主要存在以下问题。

1.1 课程设置顺序不合理

课程设置顺序不合理，在大一大二安排了大量的理论基础课程却缺乏专业技能相关知识的教育。比如学生在大一第一学期学习了C语言之后，一直要到大三第二学期才会涉及到用C语言编程的课程如单片机应用、嵌入式系统等课程。使得理论和实践脱节严重，除了少数参加科技竞赛的学生外，其他学生到大三基本将C语言的内容忘得一干二净了。许多学生即使在大一时对C语言教材的内容掌握的比较透彻，考试也能得到一个比较理想的分数。但结合具体项目来真正编程却一筹莫展。

1.2 教学实践缺乏系统性

对于集成电路设计来说要学习的东西实在是太多了，且数字设计和模拟设计就是两条完全不同的学习路径。数字系统设计对于初学者来说，要学的知识点很多。学生必须从大一开始学习好C语言，之后需要学习逻辑电路设计、硬件描述语言和操作系统相关知识才能顺利的进行SOC的开发。但目前普通高校开设的相关实验课程大多数都有相应的课堂教学，其主要内容都是涉及教师在课堂上所要求的重点内容，无法从系统的整体设计上进行考虑。 学生一开始根本不明白为什么要学习这些。

1.3 学生没有学习热情

学校一般在大三才开始专业课教学，学生在前两年的基础理论学习中，热情基本消耗殆尽。对于工科学生来说很多理论课程学生根本不知道学的能干什么。而大三开始的专业课程配套项目深度不够，学生学了之后没法用到实际项目中去，而学校由于实验设备的时间场地等条件限制，也无法开出很多有深度的项目[2]。导致最终很多学生整日昏昏噩噩，到大四找工作才开始慌张。

2. 改革的措施

集成电路设计涵盖知识面广、较为抽象。学习过程中学生很容易迷失，从而失去学习的热情。我们探索提出了以下的措施。

2.1 设置实践配合的引导性新课程

我院学生常反映入学前两年较少涉及到本学科知识，普遍感到迷茫。如何让大一新生较早接触到专业基础知识，且能够激发学生对本学科的学习兴趣。我们提出了《基于机器人实践的信息科学导论》课程。早期的机器人硬件价格高，涉及到硬件软件，编程复杂，不宜作为入门课程内容。近年来机器人硬件价格大幅下降，面向服务的软件技术和可视化编程技术的发展使机器人的编程应用在大学一年级，甚至高中教学成为可能。本课程和美国亚利桑那大学合作利用其开发的可视化机器人编程环境VIPLE（Visual IOT/Robtics Programming Language Environment），来编程控制智能小车。学生通过绘制应用程序的流程图实现编程，开发环境中的编译软件将其转换为可以执行的程序，就算是没有程序设计经验的人员也可以在几分钟内完成自己的机器人应用程序。经过一个学期的学习和动手，大一学生可以自己完成智能小车的安装并编写出较复杂的智能程序，指导机器人探索未知迷宫并走出迷宫。作为入门课程，本课程不单讲授原理更重要的是指导学生理解原理后将其应用到实践中，让学生知道本学科的知识能用到哪里，从激发学生对后续专业课程的学习热情。

2.2 合理安排课程路径

为了弥补前两年实践专业课不足的情况，我们探索将数字电路、单片机应用和嵌入式系统设计等课程顺序提前到大一大二完成。学生在学习了编程应用后，到大三就可以开始深入了解信息技术背后的集成电路设计了。这时可以引导学生按自己爱好向模拟、数字或器件方向发展。

2.3 参加科技竞赛，激发学生热情

通过参加基础电路设计大赛这个平台可以最大程度的将所学应用到实践中。企业根据产品需求和产业发展提出竞赛题目的技术指标，紧贴工程实际，为学生工程和创新能力培养提供了保障。

3. 结束语

十三五期间，集美大学电子科学与技术专业将承担4个本科班的人才培养任务。招生人数的增加和专业人才的需求对实践教学提出了更高的要求。通过大学生集成电路设计大赛这个平台锻炼了学生的实践能力，培养了团队精神，为今后从事集成电路设计工作打下坚实的基础。同时也对教学改革产生重大影响。希望大赛越办越好。

[1]卜丹.集成电路设计本科教学改革探索[J].黑龙江教育,2015(10):31-32.

[2]吴一亮.如何开展ARM与FPGA综合设计的教学探索[J].电子世界,2015(12上):61-63.

吴一亮（1979-），男，福建厦门人，集美大学信息工程学院讲师，博士。