DIC教学综合改革立项项目申报表

一、拟解决的教学问题（需明确提出目前教学中的问题及不足，拟突破的重点难点问题，以及对问题的比较分析，不够可加页。）信息社会的快速发展对集成电路设计人才的需求大幅增加。<<数字集成电路>>是电子科学技术专业、集成电路与集成系统专业大学四年级的主干必修课程，其主要目标是通过该课程的学习，使学生掌握数字集成电路的基本概念，基本理论，各种基本电路结构、特性、基本原理和分析方法。在课堂授课中深入探讨深亚微米器件效应、电路最优化、互连线建模和优化、信号完整性、时序分析、时钟分配、高性能和低功耗设计等主题，着重探讨深亚微米数字集成电路设计面临的挑战和启示，为该专业的同学继续深造和就业奠定重要基础。该课程具有课程理论教学难度大和实践性强的特点。在多年的课程教学实践中，突出体现的问题如下：理论教学难度大。集成电路涉及到的知识面囊括电子线路、计算机、半导体物理、晶体管原理、软件开发、数字信号处理等许多方面的综合知识。学生对这些知识的掌握各有不同，课堂的理论讲授无法在短时间内给学生补充所涉及的各方面理论知识，以至于部分同学无法通过课堂学习掌握所需的集成电路分析与设计的方法和知识。课程实践程度不够。但由于尽管该课程设计了几个实验，在集成电路全流程设计中，需要用到的EDA软件较多，对学生而言很难短时间掌握各种集成电路设计EDA软件的使用方法。以至于出现对部分学生在个别实验环节敷衍现象，无法真正提高学生运用数字集成电路理论进行分析问题、解决问题和创新思维的能力。学生兴趣不足。由于该课程安排在大四年级上学期，许多学生由于忙于考研及找工作等客观原因，对本课程的重视程度不够。课程前半段的理论内容较多，只有少数已经保研的同学能够真正沉入进去用心学习，未能真正引起绝大部分的共同兴趣。针对以上在长期教学过程中所体现的突出问题，本教改课题拟进行教师引导与学生团队自主式学习相结合并的案例式教学改革，通过让学生自组团队进行课程实践大作业并答辩的方式，突出以学生为中心，加强师生互动，充分调动学员思维的积极性，突破传统教学思想的束缚，激发学生的学习兴趣创新思维，使学到的知识真正能够学以致用。在本课题互动式案例教学改革中，重点突破和解决以下问题：教学案例的设计：如何针对数字集成电路各章节的重点知识，分别设计不同案例，使之既能包含所需教学的电报路分析和设计理论学习的若干知识点，又能培养直接动手能力、发现问题能力和解决实际问题的能力。学生实践能力的培养：如何让学生在短时间内，能够迅速掌握案例教学中所用的各种EDA软件的安装和使用，并且能够真正应用于实验环节。如何激发学生兴趣：如何让学生在教学过程中，不再仅仅是观众，而是作为教学环节的主角，主动动脑动口动，质疑探索，并集思广益。互动式案例教学在选题时应精心选择、合理编组。所选择案例应该能够引导学生深入研究，从中找出需要解决的问题，分析原因，提出解决方法，并论证结果及方案的可行性，最后经过分析对比找出解决问题的方案。互动式案例教学作为一种先进的教学方法，可以促进学生课堂与实践学习过程中隐性知识与显性知识的不断转化，在很多专业学科的授课中使用效果斐然。本课题的案例式教学改革，将极大激发电科与集成专业学生的学习兴趣，进行不断地实践和创新。为我国集成电路产业培养全面发展的高素质人才。

二、解决教学问题的方法及实施方案（需详细制定改革方案，改革方法与实施计划。）在《数字集成电路》课程中，所拟采用的案例式教学法是一个从具体到抽象，从个别到一般，从微观到宏观的思维过程，贯穿着分析与综合、归纳与演绎，符合人们的认识发展规律。教学改革过程包括数字集成电路授课情况调研、互动式案例设计、EDA软件简明教程开发与培训、课堂组织与考核等四个环节。通过几个典型的数字集成电路基本单元、模块和电路功能块的设计案例，组织学生进行组建实验团队，查找资料、自主学习所用到的EDA软件和集成电路设计方法学，分工合作完成电路的建模、电路的仿真、电路的验证和优化等各个环节。然后，让学生分组准备报告，以答辩的方式讲述自己所设计的电路模块，并回答提问。在答辩前需认真准备发言提纲、讨论发言、提出意见等，让学生真正参与进集成电路的设计实践中，学生变被动式受教为主动式参与，以一个准工程师的角色参与集成电路设计工程，对设计方案进行分析、判断，做出决定。同时学生也可在互动式案例实践中，充分检验电路分析和设计理论知识的正确性、可行性，充实完善理论知识。针对本教学改革课题所涉及的问题，拟采取的方法和技术路线如下：数字集成电路的授课情况调研：在本教改课题前期，将充分进行调研、比较和总结，形成书面的调研报告，以获得切实可行的改革方案。调研和学习国内外著名高校在集成电路相关领域理论与实践方面的先进经验，收集整理相关实践教学案例。分析借鉴其教学中的优点和长处，探讨关于数字集成电路互动案例教学改革的经验和建议。深入集成电路设计企业调研，收集用人单位对我校集成电路专业课程尤其是数字集成电路的授课重点和实践能力培养方面的建议和意见。召集学习过本数字集成电路课程的本科生和研究生进行专题调研和讨论，收集整理学生在学习过程中所反映的难点和意见。互动式案例设计：互动式案例教学具实践性强的特点，实践性强调在仿真的情境中解决实际问题。而且采用案例式教学方法在选题时也应慎重，要根据适用的教学对象，把握好案例的层次。在本教改课题中，将充分考虑课程所涉及到的电路分析、传输线理论、基本数字单元、功能块设计、时序分析与优化等重点知识点，拟设计4组典型式案例。其中，前三组案例，分别针对基本数字单元、数字功能模块、电路时序分析与优化进行设计。这三组互动式案例设计时的一个主要目的是培养学生对数字集成电路知识的兴趣，难度相对较容易。第四组互动式案例作为一个综合案例，使学生分组完成一个数字集成电路芯片全流程设计验证与逻辑综合。基本数字单元设计案例重点强化学生对于反相器链的延时分析与优化、传输线理论、CMOS组合逻辑电路等知识点的掌握。使之学会简单组合逻辑电路的分析方法和设计方法。数字功能模块设计案例重点强化学生对加法器、乘法器等算数运算单元的原理结构等知识的掌握，使学生学会逻辑努力参数法分析电路和大扇入组合逻辑的优化等技巧。电路时序分析与优化设计案例重点强调学生对时序逻辑电路、时序分析、时钟不确定性和亚稳态问题等知识点的掌握，使学生学会利用流水线设计方法进行电路的时序优化。数字集成电路逻辑综合与验证案例，作为一个综合性的互动案例，重点强调学生在掌握全部数字集成电路课程知识点的基础上，分析问题、解决问题和创新思维的能力。在该案例设计时，应强调数字集成电路功能模块结构与数字信号处理算法相结合的原则，引导学生由算法应用背景入手提出自己的设计方案。EDA软件的安装和使用培训：集成电路设计所用的专业EDA软件比较繁多，短时间内学生无法如工程师一般熟练运用。在本课题中，拟针对常用的电路建模、仿真和综合、验证用的EDA软件，特别针对常用的Synopsys、Mentor等主流EDA软件公司的ModelsimSE、DesignComplier、XilinxISE、Primetime等软件，编写简明使用说明书，并附有简单教程用实验数据。使学生对大型EDA软件能够迅速上手，学会简单的使用流程，然后在案例实践中详细体会这些软件的高级使用方法。案例教学课堂组织和考核：课堂组织方面，先重点讲述课程知识点，使学生学会基本的数字集成电路理论知识。然后根据教学进展，逐一推行互动式案例。让学生根据案例需求自发组织课题团队，集中讨论方案，分工合作完成电路的设计、仿真、验证和优化等各个环节，撰写详细的设计报告。并采用答辩的模式，每个团队展示其设计方案、结果，并回答问题。在学校办公网得本科教学栏目中，建立“大规模数字集成电路设计”讨论区和相关的博客，方便与学生针对电路设计、EDA软件使用等问题互动交流。面向实际问题和工程实践应用，培养和训练学生进行团队合作开发和科研攻关的能力。在课程考核方面，加大案例教学中占平时成绩部分的比重。对每一个互动式案例，均根据学生的工作报告、答辩表现和仿真验证结果展示给出不同的成绩，最终加权合并成案例成绩。变期末考试考核为过程性常态考核，充分吸引学生的兴趣和注意力。最终，本次数字集成电路互动式案例教学改革拟在2013级电子科学与技术专业及集成电路与集成系统专业进行实践性应用。组织学生面向一个个集成电路研发中的具体案例，由兴趣出发，自发组建团队和分配任务，协同合作去钻研EDA软件的使用方法和电路设计方法学，在进程中不断与老师互动，最终完成案例报告和答辩展示。教学实践中转变传统教育观念，不断发现和解决课程互动案例式教学中存在的问题，精心设计修正案例，去芜存菁，真正激发学生对数字集成电路课程的学习兴趣和创新性思维，培养和发展学生的创造能力和实际解决问题能力。三、预期目标与成果（明确细化改革目标，详细阐述改革愿景，量化论文、报告等预期成果。）本教改课题主要以提升学生学习兴趣为主，强化学生对数字集成电路课程的重点难点知识的掌握和灵活利用。突出以学生为中心，培养学生团队精神，加强师生互动，充分调动学生的思维的积极性，突破传统教学思想的束缚。变被动接受式学习为主动式求知，激发学生的学习兴趣创新思维，使学生所学的知识真正能够学以致用。通过本次“《数字集成电路》互动式案例教学实践与探索”教学改革，拟获得的成果如下：形成数字集成电路课程调研报告一份：涉及到国内外著名高校对于该课程的讲授、实践等环节的情况，以及集成电路设计用人企业对课堂授课的要求等。开发用于互动式案例教学的实践性案例4组：分别涉及数字电路基本单元、数字功能模块、电路时序分析与优化、数字集成电路芯片级逻辑综合与验证等方面。针对课程用的主流EDA软件，开发简明使用说明书5套：包括逻辑综合用软件DesignComplier；电路仿真用软件Hspice；逻辑仿真及验证软件Modelsim；可编程逻辑器件实现流程软件XilinxISE；静态时序分析软件PrimeTime等。撰写有关集成电路课程教学改革论文1篇。

四、项目进度安排本课题所设计的教学改革拟在两年内完成，具体进度安排如下：（1）2014年12月-2015年4月，在国内外著名高校中进行调研和学习探讨，重点分析和学习其在集成电路相关领域理论与实践方面的优秀经验。（2）2015年5月-2015年7月，赴国内集成电路设计企业进行调研和学习，全方位掌握用人单位对学校集成电路专业的用人需求。并在学生当中调研其在数字集成电路课程学习中的心得、难点等，形成客观、详实的调研报告（3）2015年8月-2016年2月，案例准备阶段。设计四组不同难度，涵盖数字集成电路各重要知识点的教学实践互动案例。分别涉及到基本数字单元设计、数字功能模块设计、时序电路设计分析与优化、大规模集成电路逻辑综合与验证等四个方面。（4）2016年3月-8月，案例实践指导书的编写。针对在该互动式案例教学的学生动手实践环节所用的EDA软件，编写简明易学的安装和使用指导书。并针对实践案例，开发参考设计方案。（5）2016年9月-2016年12月，在数字集成电路课程授课学期，尝试采用互动式案例教学法，不断完善案例，并逐步修改完善相应的课堂组织方法和考核方法。撰写教改论文和工作总结，准备课题验收工作。五、团队成员及分工排序姓名负责工作1史再峰项目统筹,课题调研,组织实施,芯片级设计综合案例开发2高静数字集成电路基本单元设计案例开发3徐江涛EDA软件说明书编写与调试*成员较多可增加表格，没有其他成员可不填此项。六、经费使用计划单位：元序号年度支出科目小计1图书资料费1500元2数据采集费2000元3调研差旅费3000元4计算机辅助设备购置费6000元5小型会议费3000元6咨询费2000元7印刷费1500元8其它1000元9合计20000元七、学院意见单位负责人签字：单位公章年月日八、学校意见单位负责人签字：单位公章年月日5771001803090012095579036822859633082577100180309001238657613739973576069657710018030900135945780775799025155125771001803090012387577164982601818051577100180309001213857213119215891832657710018030900123595790368223610760535771001803090012356576135286143791742577100180309001235557508786970469327917088100343355274101229944325833379170881003433552751018667329388320081708810034335610710158115250150052217088100343356108101000180059871732170881003433542951010741941426870171