探究研究生教学中实践能力提升方法

张丽+沈剑良+宋克+吕平

摘 要 研究生教育肩负着培养科研人才的重任，但是目前的研究生教学中存在部分研究生实践能力低，无法满足国家对于科研人才需求的标准。因此，采取有效措施提高研究生实践能力是亟待解决的问题。以现代SoC设计课程为例，从四个方面论述提高研究生实践能力的方法，该方法实施多年，取得显著成效。

关键词 实践能力；研究生教学；现代SoC设计课程；仿真工具

中图分类号：G643.2 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）23-0146-02

1 研究生教学中存在的问题

研究生教育肩负着培养科研人才的重任，是高层次人才的摇篮，国家需要大批具备扎实科学研究能力和实践能力的研究生从事科技工作研究。如何提高研究生科研实践能力，如何提高研究生教育质量，成为广大教育工作者亟待解决的难题。

研究生教学中存在一种普遍现象，即研究生在修完课程后，进入实习阶段或者进入公司、企业后，往往会发现所学非所用，大量的科研知识和实践技能需要重新学习，这也从侧面反映出高校的课程设置明显滞后于科技发展[1]。另外，有些高校虽然开设了实践课程，但是时间短，实践时间得不到有效保障，实践能力得不到有效培养，甚至有些学校为了避免麻烦，减少了实践教学环节[2]。这样就造成研究生教学内容与就业实际的矛盾，也造成教育资源的浪费。因此，非常有必要在研究生教学中加入并加大实践环节内容，避免研究生只有理论知识而无实践能力，且为研究生后续进入工作单位打下基础。

以现代SoC设计课程为例，前期该门课程教学中存在诸多问题[3]：

1）教材理论性强，对设计流程知识简单罗列，不够直观形象，且很少或者根本没有配套的实验，缺乏与实践教学的联系，造成理论课程和实践能力脱节，不能直接与SoC系统设计相对应；

2）课程涉及知识面很广，从底层的半导体物理器件，到芯片设计与验证，以及封装测试，横向与纵向的知识关联性强，如果学员没有很好地掌握这些知识，势必影响其对于现代SoC设计课程的整体学习与掌握，同时增加了教员讲授的难度，制约了课程教学的立体化展开；

3）实践环节过分单一，不能与理论教学有效结合，造成理论教学与实践的严重脱节，导致学员感慨地说上课的时候内容很多，实践上机环节却跟理论教学关联度很小，像是上两门课程。

诸如此类问题一一暴露出实践教学环节迫切需要提升教学品质，增加学员的认同度与可执行性，需要积极采取措施提高现代SoC设计实践课的比重与品质，于是进行一系列改革，连续多年，该门课程在教学中取得非常不错的效果，在学员中反响热烈，教学成效显著。

2 积极采取措施，提高研究生动手实践能力

以现代SoC设计课程为例，进行改进和完善：首先以兴趣为导向，增加学员感兴趣的前沿知识点；并为此设置相应的实验课程，为提高学员学习的自主性，减少课堂上“满堂灌”式的课程讲授，加大上机实践课程的比例（目前课程授课与上机实践的比重达到2：3，实践课程比重明显提高）；为避免学员就业后出现所学非所用的尴尬，引入公司的培训内容，让学员变被动学习为主动学习，同时提高其实践能力；最后引导学员充分利用课余时间做自己感兴趣的课题和实验，实现延伸教学。

以兴趣为导向，增加前沿知识结构 要想提高学员的动手实践能力，首先需要引起其兴趣，兴趣是最好的老师。以现代SoC设计课程为例，为提高学员对该门课程的兴趣和关注度，课程组根据最新的前沿技术特点，对课程内容进行更新和优化。如实验课内容就根据最新的工具使用情况，添加了Cadence公司的Incisive Enterprise Simulator仿真工具的使用实验。该仿真工具在很多IC设计公司都会使用到，这样就比较容易引起学员的学习兴趣，使他们明白该实验课不会出现所学非所用的状况，学习的内容和工具，毕业进入公司后一样可以使用其来完成工作任务，另外还可以在公司无缝对接、顺利上手。

另外，根据最新的验证方法学的发展趋势，添加基于UVM验证平台的实验内容，UVM验证方法学也是目前比较前沿的验证方法学，在大型IC设计公司都很风靡，尤其是对于比较大型的项目，很多都采取UVM验证平台进行验证工作的开展。基于此，學员就有兴趣学习该项内容。

另外，在每次授课之前会对该次课程涉及的书籍和相关参考文献进行推荐，方便学员在课余时间了解相关行业内容。俗话说：授人以鱼不如授人以渔。使研究生学会查阅相关行业的文档书籍是他们最应该学习的技能。

加大上机实践课程比例，提高学员自主性 为培养符合社会需要的研究生，努力提高研究生的科研能力和实践能力，必须采取一系列切实有效的方法。以现代SoC设计研究生课程为例，该门课程的教学形式就采取课堂授课与上机实验相结合的模式，并且侧重上机实验，理论讲授与上机实验比重为2：3，上机实验比重明显增大，目的就在于使学员具体了解并掌握SoC设计流程及主要的EDA工具的使用，并且通过上机实践，切切实实做一些SoC设计，编写若干RTL代码，仿真并验证所写的RTL代码，并通过逻辑综合将其变成网表文件，最终完成布局布线实现tape out。以此一方面使学员对于理论讲授课堂上的相关知识点有更为直观形象的理解，另一方面培养其动手实践能力。

现代SoC设计课程最大的特点就是没有固定的教材，讲授的内容根据当前集成电路行业最前沿的知识点为基础扩展开来，打破传统教学中“以教师为中心，以教材为中心”的“接受式学习”，避免压制学员学习的自主性，有效地提高学员自主学习、主动学习的能力。上机实践课程主要由学员根据一定的实验内容，自主进行实验练习，遇到问题首先是自行解决，解决不了的可以通过学生之间相互讨论、交流，或者上网查询来解决，最后才是由教师进行指导。实验的结果也没有标准答案。学员可以在课上课下进行课程实验，实现以学员主动式学习为主、教员配合指导为辅的教学模式。这一模式在现代SoC设计课程中实施的效果非常明显，学员的学习热情普遍高昂，他们常常在一起讨论实验内容，并进行有效的问题解决，这是非常乐于看到的场景，也从侧面印证了学员主动学习的强大效果。endprint

引入公司培训内容，变被动学习为主动学习 一般的集成电路公司都会对刚入职员工进行入职培训，使得他们能够快速融入团队的研发环境，熟悉各种EDA工具的使用，以及熟悉公司的研发流程等。有鉴于此，尝试将集成电路公司的培训内容引入研究生教学中，以此来提高他们的动手实践能力。

以现代SoC设计课程为例，就将一般IC设计公司的基础培训引入实验课程中。如Synopsys公司的仿真工具VCS就作为学员进行RTL代码验证的仿真工具，学员需要熟悉并掌握该仿真工具的使用方法，并能用其进行代码的仿真验证。又如综合工具Design Compiler的学员实验指南作为实验课章节，要求学员能够使用该综合工具完成从RTL代码到门级网表的转换，并能独立进行相应的约束文件的编写、库的准备工作等实验内容。这些内容也是理论授课中提到的知识点，便于他们进行相关对照。如逻辑综合位于IC设计流程中的哪个位置，需要哪些输入数据，会输出哪些数据，这些内容在实验课上就非常直观了。最后告知学员在IC设计公司也是采用此套实验作为入职培训内容，让学员更大限度对实验有一个清晰的认知，认识到此实验课不是那种所学非所用的课程，而是实实在在研发一线的培训，更大地激发他们的学习热情，变被动学习为主动学习。

另外，与单位研发项目结合起来，通过上机实验，锻炼学员的动手实践能力，使他们可以更快更好地融入单位的项目研发中，既提高了学员自身的动手实践能力，也对项目研发提供了一定的人力帮助，达到教学和科研相互促进和发展。

引导学员充分利用课堂外的时间，实现延伸教学 现代SoC设计课程是集成电路设计及相关专业学员的一门核心基础课程，涉及数字集成电路设计、数字逻辑和硬件描述语言，可重构设计方法学等，所以课程涉及的知识面较宽，信息量较大，仅仅依靠课堂上的时间是远远不够的，需要学员结合自身能力，充分利用课堂外的时间进行延伸教学。

延伸教学必须与第一條中的“以兴趣为导向，增加前沿知识结构”结合起来，要设置一些学员感兴趣的实验题目，使学员主动学习，并且延伸到课堂外去攻克一个个实验难题。以现代SoC设计课程为例，结合该门课程的实践特点，就增加了一个个小实验，如让学员去自主设计一个同步FIFO，完成相关的验证与逻辑综合工作，最后开发出一个相应的IP核，除去设计数据外，还要增加相应的文档。通过此实验，让学员去真正理解SoC设计的精髓，调用其学习的积极性、主动性。

3 结论

研究生教育肩负着培养科研人才的重任，如何提高研究生的科研实践能力和教育质量，始终是需要重点关注的问题。本文重点探讨有效提高研究生实践能力的积极措施，包括：以兴趣为导向，增加研究生感兴趣的前沿知识点；加大上机实践课程的比例，提高学员的自主性；通过将公司培训内容引入课堂，变被动学习为主动学习；引导学员充分利用课余时间，实现延伸教学。该方法在信息工程大学实施多年，成效显著，毕业的学员入职工作单位后较其他单位入职人员能较快上手，及早融入工作环境，并取得比较理想的成绩。

总之，后续还需要持续不断地去跟踪了解学员，增加一些切实有效的措施，帮助学员多练习多动手，切实提高研究生的科研实践能力。

参考文献

[1]杨浩.基于学研融合的研究生课程建设[J].科教导刊，2014（9）：51-52.

[2]邵光华.全日制教育硕士专业学位研究生实践教学模式研究[J].教师教育研究，2012（2）：87-91，47.

[3]沈剑良，宋克，张帆，等.面向实践的现代SoC设计课程教学方法探索[J].中国教育技术装备，2015（8）：143-144.endprint