微课融入集成电路课程的改革与创新

于健海 高正 李永单

摘 要：随着互联网和信息技术的不断发展，集成电路依然是通信、多媒体以及计算机技术的核心之一，但是传统的教学方式已经难以满足对集成电路设计人才日益增长的需求。科学规划人才培养的方式，走创新型平台化的微课和信息化教学相融合的道路，是现阶段集成电路课程需要创新的方向。微课具有内容简洁精炼、完整度高等特点，将其应用到集成电路课程中，既有助于强化教师的综合教学水平，也可以引导学生形成良好的自主学习意识与能力，并且能够更有效地完成教学目标，提升课堂教学质量。本文主要介绍原集成电路电路课程的教学分析，主要分析其存在的弊端和缺点；其次是微课的基本认识，对微课进行简单的介绍，以及阐述微课的意义和价值；最后就是集成电路中的微课教学，主要介绍集成电路微课的教学框图、教学方式以及作用。

关键词：集成电路；微课；课程优化

集成电路是现代信息产业的核心，其已经渗透到多个领域，如人工智能、物联网、医疗、通信、航空航天等领域。许多国家把集成电路芯片技术作为重要的战略技术，投入大量的人力、财力、物力进行研究与开发。随着科技需求的增加，集成电路芯片成为全民关注的热门话题，国家也更加重视集成电路技术的发展［1］。其中，培养高质量的集成电路人才对提高我国集成电路领域的核心竞争力至关重要。《教育部等七部门关于加强集成电路人才培养的意见》中指出，集成电路产业是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业，当今和今后一段时期是我国集成电路产业发展的重要战略机遇和攻坚期［2］。而微课作为教育信息化的一种代表性产物，在提高电子专业实训教学方面有着突出的效果。我们将微课融入集成电路中，通过互联网资源，将学生感兴趣的素材穿插到教学中，让教学内容更加丰富，激发学生的学习兴趣，帮助学生进行教学主题学习，突破教学重难点，同时通过陶冶教育法，创设良好的情境与启发引导相结合，引导学生参与情境的创设，从而引起学生的思考与创新。这可以使学生从整体上掌握集成电路课程的基础知识，从而培养学生创新精神与实践能力，结合我校发展现状构建创新型集成电路方向课程并与工业界接轨，提高就业竞争力，也是当前集成电路人才培养的客观要求。

1 原集成电路课程的教学分析

第一，以往的集成电路课程以讲授课本知识为主，教学方法和手段主要是采用灌输式教学形式，课程理论内容偏多且具有较强的逻辑性和抽象性，会让学生产生比较大的距离感，不能产生实际体会，大部分学生会出现难学、学不懂、不会学的情况。在电路结构、电路工作原理分析方面，学生不能完全理解和消化课堂教学内容，就会有学生跟不上老师的节奏，产生抵触心理。学生没有足够的学习兴趣，都是基于被动学习和应付考试的，没有自己接收和消化知识，就会造成学生空着脑袋走出教室的后果，就会因此降低集成电路课程对人才培养的效果。

第二，在众多老师中，不乏会有直接从学生转变成老师的年轻教师，缺乏教学经验，有的会直接照搬课本内容来完成教学任务，就会让学生产生“课本看不懂，上课原文照搬”的心理，認为听课接收不到新知识点和新学习方法，从而丧失学习兴趣。不仅如此，有的教师上课枯燥乏味，讲课方式不够精彩，不足以吸引学生的注意力，学生的注意力就会被别的方式分散。因此，学生的学习效果就会大大降低，达不到教师和学生想要的效果。

第三，重传统轻前沿，容易造成内容片面。杜威说：“如果我们用过去的方法教育现在的孩子，就是在剥夺他们的未来”。现在的学生有很多东西需要学习，但是却很难教会，需要他们自己去参悟，我们需要的恰恰是能够在复杂未知的集成电路设计开发的环境中做出独立判断和思考的创新型人才。在实际教学中讲解经典的传统案例固然是学生打好基础的有效手段，但是集成电路是一种技术更新周期非常短的行业，教学中不能紧扣行业发展前沿知识，传统课程内容不符合实际工作需要，与社会需求脱轨，过多地偏重于数字系统和模拟电路设计理论，学生失去学习兴趣的同时，培养的人才也是不符合社会需求的［3］。

2 微课的基本认识

2.1 微课的基本介绍

微课是基于教学设计理念思想，讲授某个知识点的教学短片。视频内容聚焦于知识讲解，一般时长为5～10分钟，所讲授的内容呈点状、碎片化，这些可以是教材解读、题型精讲，也可以是教学经验和方法传授［4］。如图1微课的特点所示，微课教学目标明确、主题突出、内容精炼以及资源应用范围广泛，可以使教学活动精彩，教学效果显著，适合学生个体化、深度学习的需求。它的本质是完整的教学活动，它是站在学生的角度，以学生为圆心，以老师为轴画出的一个圆的教学形式，以此获得学习的最佳效果。

微课以视频为载体，由教师精心设计的讲解一个或者几个碎片化知识点的教学方式，其作用是引领学生在线自主学习，做到学生不是被动的信息接收者，而是主动的信息构建者。微课还为课堂合作学习提供丰富的探究资源，它营造了环境陶冶的氛围，创立良好的教育情境，可以组织学生积极参与情境创设，以此提高学生对课程的认识，增强他们的情感。微课的核心理念，一是强调整体构建；二是以学生为主体；三是倡导“以导启智”［5］。

如图2所示，关于微课对学生的吸引力调查表。随着近年来微课的兴起，因其独特的优点，越来越多的学生喜欢上微课。微课重视学习情境、资源以及活动的设计，它以学习为主题为核心组织起来的相关活动，不是简单地融入集成电路课程，而是将已经与社会脱轨的学习活动回归到现实生活中，将理论联合实际，以此培养学生解决实际问题的能力，这也是微课能成为学生热爱课程的重要原因之一。

2.2 微课的意义和价值

微课课时一般比较短，教学材料小，具有很大的灵活性，所设计的活动一般和现实相关，不只是让学生提取理论的知识，而是鼓励学生进行更高层次的思考，在具体的教学活动中，将理论与实际相结合，验证相关的理论知识。在微课中，教师总是尽量设置一些与现实问题联系在一起的情景来激发学生的兴趣，对于学生会有积极的影响，并吸引学生的注意，激励学生完成指定的任务并培养学生解决实际问题的能力。

微课强调以学生为中心，学生在学习过程中具有更多的主动权，学生可以按照自己的学习情况进行有选择的学习，做到对自己查缺补漏，巩固学习，锻炼学生的自觉性，但这并不意味着学生可以完全离开教师的指导来进行探究。其实，在整合的过程中，教师要扮演内容呈现者，学习指导者和课程设计者等多种角色，引导学生学习和促进学生的发展。同时微课便于教师进行知识管理，有效地补充课堂教学内容，促进教师专业发展，很好地提高教学效果。综上所述，微课给学生和教师带来了许多的好处和极大的便利。

3 集成电路课程中的微课教学

3.1 集成电路微课教学框架的介绍

如图3集成电路微课教学框架所示。集成电路微课程的第一部分是课程背景的分析，主要介绍集成电路的应用范围和发展现状，以及近年来集成电路课程的发展状况，再对比分析集成电路微课程与其他集成电路课程的区别。第二部分是微课程的教学目标，要明确微课教学目标，深入研究并有效把握课程标准，明确课程目标。第三部分是课程教学内容，要保证教学材料与教学目标的适切性，把握教学内容的整体结构，明确内容在学科体系中的地位和价值，建立不同内容间的有机联系，努力将教学内容情境化、生活化。利用多样性的微课程资源，并以教学内容的重点为线索，延伸、拓展课程资源，为学生的进一步学习创造条件。第四部分是课程教学的重点，详细介绍课程的难点和重点，提醒学生需要注意的知识点，进行反复的推敲，掌握课程中的重点和难点。第五部分是课程教学的反思与创新，运用理论审视自己的实践，审视自己的缄默知识，有效地实现个人知识管理，建构个人的实践理论，形成自己的实践智慧，尝试形成自己独特的教学风格，并对其他教学风格保持开放。通过持续的教学实践的反思，尝试对自身经验进行概念化梳理，有条件的话，与专业理论工作者合作，将自己的概念升华为理论，实现教学实践和理论的创新。最后一部分是促使学生学会自主学习，理论与实践相结合。鼓励学生自主学习，制订学习计划，实现自我引导的学习，创设问题，鼓励学生探究学习。设计多样性的教学活动，提供实践、实验、讨论等机会，让学生将理论与实践相结合。

3.2 集成电路微课的教学方式

以学生为主体进行教学，引导学生自主学习。通过在教学过程中加入微课教学方式，利用多媒体设备呈现各种教学资源，学生能够从视听两个方面接受刺激，激发学生的学习兴趣，充分调动学生的眼、耳、脑等器官，令学生主动观察，发现问题，解决问题，同时有创意地提出自己的想法。在课堂中，配用了大量的视频、图片及PPT课件，让学生先行观看相应的微课视频，对集成电路的基本原理方法等有一个初步的印象，老师再进行板书和操作讲解，学生就会有比较清晰的思路与想法，对学习内容接受更快。例如，使用学生比较熟悉的电脑CPU芯片的分解来给大家展示集成电路芯片的形貌，解说时配合机械相机胶卷的冲印过程，抽象的问题用直观的表现方式让学生能更形象地理解光刻曝光的原理［6］。

微课以短视频的形式，能够将教学课件、考试测验、教学反馈、学生及教师评价等教育资源整合起来。将微课融入集成电路教学的另一个重要优势是便捷的教学反馈体系，一方面在线平台可以满足学生之间和师生之间的互动交流，能够帮助学生与教师形成良好的沟通与意见反馈，突显了以学生为主体的教育理念；另一方面，教师可以根据课堂交流和课后在线讨论，以及学生学习任务、课后测试完成的情况，及时进行教学反思。

3.3 集成电路微课的作用

微课的融入是为了辅助课程教学，提高教学质量。在微课视频刚播放时及时地引入主题，吸引学生的注意力。在进行实验视频导入时，依托于构建相应的微课视频教学情境，为学生提供较为真实的学习环境。例如，上机实践环节采用CMOS工艺设计环境，针对软件的使用，基本上采取的是学生一步一步照做的形式，如有不懂的步骤，学生可以循环播放学习，对仿真结果进行对比分析等，留出思考和发挥的空间。

随着知识体系及教学理论的完善，许多高校教师批评教学理论脱离实际，对改进教学工作帮助不大。而微课将教育理论与教学实践紧密联系起来，其中，集成电路方向课程已经与工业界接轨，做到材料与时俱进，理论联合实际，将集成电路技术应用不断深化，同时也使集成电路理论在总结实践经验的基础上得到升华和完善。

结语

微课是社会进步、信息发展的产物，是新型的教学模式，它以主题突出、内容精炼、表达直观化等特点融入集成电路方向的课程，同时教师要注重运用微课育人，构建高效课堂的优势，坚持以学生为主体，优化教学形式。微课让集成电路课程内容丰富，材料與时俱进，活跃教学模式，激发学生对集成电路的兴趣和学习的主动性，促进学生对基本知识的了解与掌握，有效地提高了课堂质量。但集成电路方向课程仍然需要不断完善，比如软件的使用、上机实验以及新发展方向的研究等。总之，集成电路课程需要不断地进行教学改革，借鉴其他高校的实践经验，加强保持与工业界的联系，打磨专业核心模块，逐步实现教学内容与集成电路产业人才需求的同步接轨。

参考文献：

［1］邵海宝，王志亮，张振娟，等.基于“CMOS模拟集成电路设计”的微课辅助教学模式设计与实践［J］.新校园（上旬），2018（02）：116.

［2］余逸男.集成电路设计课程实验教学优化探讨［J］.电子制作，2016（24）：29.

［3］蒋华.面向电子信息类专业的“数字系统原理与设计”课程教学改革探索研究［J］.工业和信息化教育，2022（01）：3538.

［4］张冷，李玉魁，张鹏展，等.集成电路制造工艺课程的教学实践研究［J］.集成电路应用，2020，37（01）：3233.

［5］杨燕，马文英.关于“数字集成电路验证技术”课程教学过程探究［J］.教育教学论坛，2022（31）：8184.

［6］张霞琴.微课在高中生物教学中的应用研究［J］.新课程研究，2022（21）：6365.

基金项目：集成电路方向教学团队的建设探索（项目编号：Wyjg2019A038）；新工科研究与实践项目——协同视域下面向地方光电产业的新工科人才培养实践创新平台建设的探索与实践（项目编号：EDZYQ20201426）；新工科视角下基于应用型人才培养的微电子科学与工程专业建设与改革研究（项目编号：2023JGB376）；融入课程思政的《集成电路设计原理》课程教学与研究（项目编号：Wyjg2023A026）；新工科视角下基于集成电路产业应用型人才培养的微电子科学与工程专业建设与改革研究（项目编号：Wyjg2023A063）

作者简介：于健海（1977— ），男，黑龙江哈尔滨人，博士，副教授，研究方向：数模混合集成电路设计。

*通讯作者：高正（1993— ），男，湖北黄冈人，硕士，研究方向：基于复杂网络的理论及其应用。