《数字集成电路设计与分析》慕课教学模式研究与设计

陈磊 汤乃云 赵倩 刘伟景 江超

【摘要】本论文针对笔者在过去一年中精品课程课堂教学改革设计的成果，提出了一种更加符合时代要求的高校《数字集成电路设计与分析》课程的慕课教学模式，这种研究旨在改变传统单向灌输式的教学模式，建立可行度很高的以学生自主动力为导向，以学生为主体的交互式，个性化学习模式，最终构建翻转课堂的实际框架，收获良好的教学效果。

【关键词】慕课 翻转课堂 数字集成电路 课程设计

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）05-0208-02

背景和意义

目前，在我国电子科学与技术一级学科及下属二级学科（如微电子学与固体电子学）的本科教学中，《数字集成电路设计与分析》都是一门非常重要的基础课程。该课程在教学体系中一般安排在《数字电路线路》和《模拟电子线路》之后，由于数字集成电路相对于单纯数字电路更为贴近实际应用，在多年实际课堂教学中，笔者发现传统的教学方法已经越来越更不上时代的发展和课程建设的要求。

《数字集成电路设计与分析》大部分的传统教案主要采用单向教学方法，即讲解知识点占据了大量的篇幅，一般采用PPT分章节介绍知识点，计算实例分析，计算例题讲解，课堂作业等方式完成。在这个过程中，教师讲解时间几乎占据了整节课时，学生自身的独立性和探索性严重不足，从而学生的独立性和主动性能力都无法得到锻炼和发挥，降低了学生对《数字集成电路设计与分析》课程的兴趣[1]。目前多媒体的手段虽然得到了广泛应用，但是只有PPT一种形式，针对课程本身的性质，这种简单的单向传授还是无法摆脱理论课时的藩篱，这样的教学模式亟待改革，提升学生自主参与度，提升学生的动手实践能力[2]。

实际研究

自2016～2017年第一学期至第二学期，笔者在自己的任课时间段内展开实际研究。其间作为上海电力学院专职教师，连续为2013级电子科学与技术专业2个班级和2014级电子科学与技术专业2个班级连续开设主讲《数字集成电路设计与分析（双语）》课程。

1.前期准备和课程分析

在本次研究开始的前期阶段，首先通过微信调查和问卷调查等对学生针对慕课建设的意见和建议展开调查，主要了解学生喜好，通过选项和自由发挥的方式基本确定了学生对于慕课建设的一些个性化需求，后续也在具体实现过程中进行了相应的修正。

我院《数字集成电路设计与分析》采用国外原版影印教材，采用双语教学，是我校及我院的一门精品课程，也是电子科学技术专业高年级的必修课[3]。

2.慕课课程建立

本研究基于第三方平台中国大学慕课MOOC系统（http：//www.icourse163.org/）作为技术平台，基于本门课程的特点，具体的慕课课程设置如下图1所示：

公告區（左上），课件区（右上），测试与考试区（左下），讨论区（右下）

（1）公告区

针对本门课程的基本情况进行简要介绍，并及时更新课程的进度，让学生对课程体系一目了然。如图1左上所示。

（2）课件区

分章节给出本门课程的具体课件，让学生随时进行预习和复习，并可针对性地进行自学，如图1右上所示。

（3）测试与考试区

在课程进行当中的进行的小练习和测试，包括课程结束后的总体考试，开出具体功能区域，如图1左下所示。

（4）讨论区

给出专门区域，包括教师答疑区，即时通讯（小组讨论用）区和综合讨论区等，提升组内合作能力，如图1右下所示。

3.翻转课堂设计

（1）教学环境设计

教学环境设计本次从两个方面入手，一是利用学校的专业机房，具备软硬件条件和投影仪等基本配置，每人一台终端电脑。软件方面电脑配置包括win7操作系统，浏览器和慕课专用软件等。另外教师和学生的手机端也安装了专门APP备用，进行后续移动端研究准备。

（2）教学目标设计

本研究的翻转课堂总体目标设计是进行网络互动的慕课设计，并辅助以EDA软件实际操作和指导，让学生在设计过程中可以倒过来进行沟通和交流，并投屏给所有其他同学或小组同学，真正实现了翻转课堂。

课前教学目标设计

课前通过实体教室的讲解，学生已经了解了集成电路的发展简史，数字集成电路的基本组成，计算机组成与结构等基本概念。

课中教学目标设计

通过课中实操，学生通过平台实际应用EDA软件，跟随教师同步操作，并实时反馈结果，有问题随时解决，并且优秀的案例也马上可以分享，形成良好的小组教学氛围。

课后教学目标设计

课后通过讨论区，组内通讯工具和QQ群，微信群等分享课后习题，上交作业，交流巩固等，培养学生兴趣，提高解决实际问题的能力。

4.教学模式的应用

（1）课前应用

课前讲解和视频指导

在翻转课堂教学模式指导下，教师在课前通过网络平台，实际进行课程讲解，然后再进行仿真应用的实际操作。学生在这个过程中可以直接跟随操作，这里非常重要的一点是在讲授的过程中教学过程是全程视频记录的，这样在平台里面，不懂的同学就会在课后针对性地进行学习，重复听讲。还可以扩展到因故请假的同学，可以完整的进行补课。该课程最终还可以保留并进行网络慕课分发，起到良好的后续社会效应。

（2）课堂应用

在慕课设计和翻转课堂中，每个学生都是课程的主人。我们在课程设计中加入了一些模块化的自主小练习，明确地给出了要求spec，明细到具体步骤，和最终完成的指标。

（3）小组协作应用

在课程进入到比较后期时，加入小组协作联系模块。增进学生的练习强度，并增加了协作设计的能力培养。在这个过程中，通过慕课平台给出了一个较大设计的完整过程和具体spec，然后分解到四至五个功能模块，组成一个小组。小组中学生要分别负责自己的功能模块设计，并且通过局部验证。然后在上面的top层，由小组选举出的小组长进行整体仿真和编译，获得正确结果。这其中不但锻炼了学生的模块化设计能力，还对他们整体协作化设计，代码规范化，责任心，团队写作能力等都提出了较高要求。

参考文献：

[1]韩锡斌，葛文观，周潜淮.MOOC平台与典型网络教学平台的比较研究，中国电化教育，2014，01：61-68

[2]徐舜平.中国大学和教师参与MOOC的行为分析——清华大学为例，中国远程教育，2014，06：33-39

[3]新华网，中国集成电路产业人才“缺口”亟待解决，http：//news.xinhuanet.com/fortune/2016-01/25/c_1117879602.htm，2016年1月25日