对CMOS集成电路课程项目教学模式的探讨

黄卓冕　左新娥

【摘 要】CMOS集成电路课程是电子科学与技术专业一门比较重要的课程，主要涉及CMOS集成电路的分析和设计原理。文章主要介绍了如何将项目教学法应用于CMOS集成电路课程教学，让教师和学生在整个课程学时的过程当中实现双赢的局面。

【关键词】CMOS集成电路；项目教学；分工合作

【中图分类号】TN432-4；G642【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2017）03-0069-03

0 引言

由于集成技术和大规模系统设计的飞速进步，电子工业在过去的几十年里得到了惊人的发展。集成电路在高性能计算、通信及消费类电子等领域中的应用一直在飞速发展，已成为各行各业实现信息化、智能化的基础。因为具有低功耗、大噪声容限及易于设计等固有特点，CMOS集成电路在RAM、CPU、DSP及ASIC等方面得到了广泛应用。随着在笔记本电脑、个人数字助理PDA、便携式电话和多媒体代理等芯片开发方面对于低功耗、低噪声电子系统日益增长的需要，CMOS集成电路的广泛应用将持续增长[1-2]。在这样的大环境下，大部分高校电子类专业都开设了关于CMOS集成电路的专业课程，随着现代科学技术的迅猛发展，其知识内容也不断地更新发展，日益丰富。因此，在教学环节中既要重视知识的介绍，又要重视对学生能力的培養。而常规的教学方法无法使学生真正理解和掌握CMOS集成电路的精髓，更难以学以致用。

1 传统教学存在的问题

CMOS集成电路课程是湖南工业大学电子科学与技术专业的一门重要的专业课，通过该课程的学习，使学生了解集成电路的发展动态，掌握CMOS集成电路的基本原理及分析和设计方法，初步熟悉集成电路的设计流程。这门课程不仅要为今后学生学习有关的后续课程打下基础，而且该课程本身涉及一些基本原理和基本分析及设计方法对于培养学生的分析问题和解决问题的能力也十分重要。

而目前湖南工业大学对于该课程采用的教学方式过分强调理论教学，不能有效地培养学生对CMOS集成电路的分析和设计的能力。主要表现如下。

（1）教学手段比较单一，缺乏灵活性。虽然目前课程早已经采用多媒體教学，但是其本质仍然是以教师课堂授课为主，学生被动地听课。而且本课程涉及很多CMOS集成电路的功能演示和性能分析，但是缺乏相应的电子仿真软件来辅助教学。CMOS集成电路课程的专业性较强，因此只能面向高年级的学生开课，由于受找工作、考研等方面的影响，学生本来就没有什么心思上课，单一的课堂授课方式、枯燥无味理论性教学内容无疑更加影响了课程的授课效果。

（2）缺乏实践教学环节，一味地重视理论教学而忽视了设计的实践性。作为专业课，本课程的课时本来就不多，要将大量的理论内容在较短的时间里灌输给学生，而又没有相应的实践手段加以辅助，根本不能使学生接受和消化课程知识，更不能让学生体会到CMOS集成电路的原理和性能在实际设计过程中所起作用的重要性。

（3）考试方法单一，不能全面体现学生的综合思维和创造能力。目前，湖南工业大学对该课程所采用的考试方法仍然是理论考试，学生只能通过对书本知识的死记硬背来达到考核的目的，对该课程的认识是只知其然而不知其所以然，就算考试通过了，在面对具体问题时无从下手，即使能下手也方寸大乱，这样的结果更加打击了学生对本专业知识学习的积极性，也使得学生对自己所学专业的就业前途感到茫然。

2 引入项目教学法的教学模式

引入项目教学模式的目的是为了让学生能够积极主动地参与CMOS集成电路的课堂学习，激发学生学习的热情和兴趣，进一步提高课堂教学效果，提高学生的实践能力，以期培养高素质、高能力的电子专业人才。

本文提出的项目教学模式在实施流程上主要分为以下几个步骤：确定项目选题、课堂案例分析、项目分组及分工合作、项目验收及考核。由于项目教学是以学生自主学习为主的教学模式，所以要想保证该课程项目教学的质量，关键是如何有效地激发并持续保持学生自主学习的积极性和主动性。

2.1 确定项目选题

在确定项目选题的过程中，首先必须以该专业的人才培养目标、教学大纲及教学内容为选题依据，项目理论基础应包含课程核心知识点，确保能与所学内容紧密结合，而且项目比较简单、具体，具有可操作性，学生容易理解，这样才能让学生在自主学习的过程当中完成项目内容。而在确定选题并论证的过程中，教师需要不断地查阅相关专业书籍和文献，以及进行实验实践操作等，不断地提升教师的专业能力和学习能力。同时，项目在经过充分的论证选取后，可以加入到项目库中，并逐年更新。这样在以后每年该课程的开始阶段，教师就可以向学生安排项目。

2.2 课堂案例分析

项目选题确定以后，由于学生刚开始对课程内容不了解，对项目内容也不了解，所以教师可以先选取一个选题，以该项目为例，安排一定的课时在课堂讲授包括课程核心知识点、项目的具体操作方法及需要得到什么样的结果。例如，可以以74HC138集成译码器芯片为例，利用自顶向下的分析方法，从芯片级到电路级，从功能到性能，从输入级到输出级，掌握CMOS电路的构成原理和规则，了解如何实现电路功能和达到对应的性能，并采用Hspice软件设计具体电路，并对电路进行仿真，通过分析仿真结果，达到掌握静态CMOS逻辑电路直流和瞬态特性的目的。然后再根据动态CMOS电路的构成特点，再次重复上述过程，并再次分析设计结果，并与静态CMOS电路对比，从而达到真正理解和掌握CMOS集成电路的目的。

2.3 项目分组及分工合作

学生可以根据自己的实际情况和兴趣及教师指导相结合的方式选择题目，同时按照项目分析、设计、测试的角色组成5～6人的团队，选举1人作为项目负责人，明确各自的分工和职责，并与同学协作完成，以培养学生的团队合作精神、沟通能力和团队管理能力等。这样将学生分为多个小组，在实际操作过程中可避免相同题目过多，防止发生相互抄袭的情况，便于完成对学生的考核。

在分工合作的过程中，教师与各组成员各司其职。教师除了要在最开始讲授案例和课程核心知识点以外，还要在整个项目完成过程当中充当技术顾问，为学生提供相应的学习资源和解决问题的方法及手段的建议，引导学生独立思考和讨论。而小组成员除了组长要分配工作外，所有成员还要完成项目分析、设计、测试等工作，主要安排如下。

（1）分析项目。根据项目选题，分析项目要求，确定需要完成的CMOS电路功能，然后分析直流特性和瞬态特性的性能要求，确定可以完成该功能和性能的静态CMOS电路和动态CMOS电路的构成，给设计人员提出满足要求的可行性的思路。分析人员在根据要求分析电路的同时，可以查阅相关文献资料，比如所需元器件型号、功能、性能等，这样既培养了学生查阅文献资料的能力，又可以将查询的相关结果交付给设计人员，以便设计人员更好地构建电路。

（2）设计项目。按照分析人员给出的分析思路，选取适当型号的CMOS电路元器件，自底向上地设计具体的电路，包括静态CMOS电路和动态CMOS电路及各自的输入和输出级的设计，并将电路图样交给测试人员。设计人员在设计电路的过程中不仅可以掌握CMOS电路的构成原理和规则，还能了解一些实际电路的制作过程和工序，这有利于半导体工艺课程的学习。

（3）测试项目。将设计人员设计的电路图样利用Hspice软件绘制出来，然后通过软件仿真功能对电路进行仿真，根据最终仿真数据和波形判断是否达到项目要求。测试人员在进行电路测试之前，必须先掌握测试软件Hspice的具体操作，包括如何制图、如何運行电路及如何仿真等，此软件也可以应用于其他课程设计或者毕业设计。

2.4 项目验收及考核

2.4.1 项目验收

在完成项目任务要求后，由教师组织学生召开项目验收会，学生按照分组各自进行项目答辩，首先介绍项目内容及任务要求，然后演示项目成果，汇报包括设计思路、元器件选取依据、采用的技术、电路的优势及存在的问题等，同时接受教师和其他同学的提问，以团队形式提交项目任务书、分析过程、设计过程及测试过程和结果资料，包括元器件清單，以及每周工作报告和任务跟踪表等材料，统一建档交给任课教师保管。

2.4.2 考核

课程考核主要分为3个部分，其中理论考核占40%，以期末开卷考试形式完成，主要考核学生在规定时间内对具体案例进行思考、分析和解决问题的能力；实践考核占40%，主要由各组验收材料及答辩结果构成，此部分由答辩时回答提问情况及项目成果完成情况综合评分；平时成绩占20%，主要根据每周工作报告和任务跟踪表由任课教师综合评价。

教师要及时进行总结，在教学过程中逐一分析，并提出解决方案，撰写相关书面材料，与学生项目材料一并存档，以便下次开课使用。

3 结语

作为一门电子科学与技术专业的专业课程，CMOS集成电路课程具有相当重要的承前启后的作用，但是传统教学方式只会让学生在众多的专业课程的轰炸中变得茫然而乏味，不利于学生主动有效地学习专业知识，而且教师花费大量时间备课并讲授而得不到足够的回应，也会打击教师授课的积极性。因此，通过引入项目教学模式，不仅可以让教师在论证项目选题和解答学生问题的过程中得到教学能力和专业素质的提升和肯定，还可以让学生转变被动的学习观念，树立自主学习的理念，不断增强主体意识和自我构建意识，主动参与教学、积极思考、大胆探究，从而能够让教师和学生在整个课程学时的过程当中实现双赢的局面。

参 考 文 献

[1]Sung Mo Kang.CMOS数字集成电路——分析与设计[M].第3版.北京：电子工业出版社，2009.

[2]甘学温.集成电路原理与设计[M].北京：北京大学出版社，2006.

[3]郁书好，苏守宝，刘正余.基于项目驱动的软件工程教学模式研究[J].皖西学院学报，2009（5）：60-62.

[4]周前能，李红娟，吴贵能.模拟CMOS集成电路课程教学改革探索[J].素质教育论坛，2011（1）：46-47.

[5]范会联，仲元昌.基于项目驱动的软件工程课程教学改革探索[J].教育与职业，2013（5）：147-148.

[责任编辑：钟声贤]