《模拟集成电路设计》课程线上线下混合式教学设计探索
​石跃 陈功 张洪波 凌味未
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​石跃 陈功 张洪波 凌味未,. 《模拟集成电路设计》课程线上线下混合式教学设计探索[J]. 电路系统研究,2023.7. DOI:10.12721/ccn.2023.157298.
摘要: 《模拟集成电路设计》课程是微电子科学与工程、集成电路与系统相关专业的核心主干课程。本文基于学习产出的教育(OBE)理念,以成都信息工程大学《模拟集成电路设计》课程改革为例,从学校课程教学现状出发,基于线上线下混合式教学特点,设计出一套线上线下混合式教学方法,并给出相应的教学评价实现方式,期望能对今后的线上线下混合式教学改革提供一些参考。
关键词: 模拟集成电路设计;线上线下混合式教学;教学评价
DOI:10.12721/ccn.2023.157298
基金资助:JG2021-1008,新工科背景下以培养集成电路专业人才为导向的双创教育与专业课程教育深度融合模式探索,四川省2021-2023年教育教学研究与改革项目;JYJG2023089,面向数字加密应用的《数字集成电路设计》线上线下混合一流课程建设;JYJG2022002,集成电路与集成系统专业建设项目

集成电路产业是现代信息技术产业的核心与基石,也是支撑国家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[1]。当前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期和攻坚期,培养新工科背景下优秀的集成电路设计人才迫在眉睫。在集成电路产业链中,设计是首要环节,模拟集成电路设计在集成电路设计中占据举足轻重的地位[2]

《模拟集成电路设计》课程以微电子器件原理、电路分析、模拟电子电路等课程为基础。通过课程讲解让学生了解模拟集成电路设计的一般概念、掌握MOS管的IV特性、单级放大器、差动放大器、电流镜、运算放大器、带隙基准等基本知识,理解各种放大器或模拟集成电路模块的小信号分析方法,能够对常见的简单模拟集成电路模块进行频率特性分析和稳定性分析[3]。此外,通过本课程的学习,还能够让学生了解模拟集成电路在整个IC产业中的地位和作用,理解模拟集成电路系统的稳定性及频率特性,能够对简单模拟集成电路模块进行电路分析、仿真和设计,旨在为培养新工科背景下优秀的集成电路设计人才打下坚实的基础。

1.《模拟集成电路设计》课程教学现状

成都信息工程大学《模拟集成电路设计》课程开设于2006年,课程组老师积累了丰富的教学经验,多采用传统的单一线下教学方式,但是随着互联网的快速发展和信息网络的建立,传统的教学方式不再适应当今的课程教学发展,学生的学习积极性和创新性难于得到充分提升,其教学状况如下:

(1)教师多采用线下课堂直接讲授,利用PPT讲解和板书结合方式,将知识传授给学生。学生在学习过程中更多是被动接收,除了相对较活跃的学生,其他学生与教师互动较少,知识点接收程度差异较大,主观能动性较难发挥出来。

(2)《模拟集成电路设计》课程需要理解分析掌握的知识点较多,难点也多,学生很难在有限的线下课堂时间内完全听懂或掌握,更谈不上灵活应用,需要利用好课下时间进行复习和巩固。

(3)课程实验内容繁多,需要学生完成多个实验,每个实验都包含多个设计任务。这些任务需要学生进行复杂的电路设计和仿真,通过独立思考和自主实践,解决课程设计中的各种问题,提高其综合运用所学知识的能力。实验涉及到电路的电学性能、信号传输、功耗等多个方面的设计,尤其是在进行子电路与模块设计时,需要学生根据实际参数要求,对电路进行综合性能设计与优化。但目前绝大部分学生停留在基础设计阶段,很难对电路进行优化,在主动创新方面还比较欠缺。

2. 线上线下混合式教学特点

《模拟集成电路设计》课程线上线下混合式教学特点在于充分发挥两种教学方式的优势,实现教学的全面提升。线下教学可以提供实验室、设备和教师等资源,让学生能够亲自动手操作,掌握实际的设计技能。同时,教师可以及时解答学生的问题,进行面对面的指导。而线上教学则可以提供更加灵活的教学方式,如网络直播、录播课程等,让学生能够随时随地进行学习,节省时间和成本。此外,线上教学还可以提供更加丰富的学习资源和多样化的学习形式,如在线作业、讨论区、在线测试等,可以使学生更加主动地参与学习。采用混合式课堂教育模式可以将以前教师单向灌输模式向多维立体互动模式转变,突出学生的主体性,增强学生创新能力[4-6]。具体的线上线下混合式教学特点如下:

(1)线上教学不受时间空间的限制,能充分发挥学生的主观能动性。教师和学生可以利用好中国大学MOOC、SPOC、网易公开课、网易云课堂、腾讯课堂、雨课堂,以及国外的Coursera、edX等优秀的教学视频平台,借助网络平台提供更丰富的学习资源,包括视频、音频、PPT、案例等,丰富了学习内容和形式,更拓展了课程学习的广度和深度。同时,学生可以在任何地方、任何时间通过网络学习课程内容,大大提高了学习的便利性[7]

(2)借助线上平台,提高线下教学效率。教师可以在线下课堂加入线上视频、测试等学习过程,学生可以体验课堂的多样性,激发积极性。在线讨论、实时答疑等方式也可以增加师生之间的互动和交流,提高教学效果、学生的参与度和学习效率。

(3)教学效果更能及时评价与体现。线上教学可以通过在线测试、作业提交等方式对学生学习效果进行监测和评估,教师可以借助教学信息技术和数据挖掘技术,综合收集包括作业在内的各种教学反馈信息并分析其结果,使得教师获得学生的学习数据更加便捷、准确,帮助教师及时了解学生学习情况,提供个性化的教学辅助[8]。针对错误率较高的题目可以及时重点评讲,做针对性的改进。

3. 线上线下混合式教学设计

基于本校《模拟集成电路设计》的教学现状,结合线上线下混合式教学特点,线上线下混合式教学设计主要包括课前预习、课中授课和课后巩固三个部分,每个环节环环相扣,调动学生的学习兴趣和积极性,丰富学生的学习内容,最大限度地提高教学效果。具体教学设计如下:

3.1 课前预习

课前预习主要针对线上教学,教师根据课程教学大纲,将课程的重点和难点录制视频,提前几天放到腾讯课堂、雨课堂等在线学习平台上供学生预习观看。同时也会推荐线上教学资源的公开课、短视频等教学资源给学生们,作为知识面的拓展和补充。通过课前线上预习,可以使学生对课程内容有初步的整体认识,理清知识点之间的逻辑关系,并在此过程中发现问题、提出问题,激发学生的主观能动性。学生做好预习之后,可以在线完成对应部分的课前测试,及时反馈自己的预习效果,教师及时统计课前测试的结果,对错误率较高的题目可以在线下课堂上重点讲解。线上预习时,教师、学生均在线,学生有问题可以及时提问,教师可以在线解答,提高了学习效率。通过课前预习,教师可以把握学生的预习进度、预习效果,了解学生的难点所在,并根据此数据进一步完善改进线下教学内容,可以更有针对性地进行教学,真正做到因材施教。

3.2 课中授课

教师在传统线下授课的基础上,结合学生的个体差异和课前预习情况,灵活调整上课内容的重点和难点,以满足不同学生的学习需求,强调个性化教学。除了传统的PPT、板书等讲解方式,教师还可以设计相关测试问题和问卷调查,开展翻转教学,引入多样化的教学手段,更好地掌握学生的学习进展。尤其对于理论与工程结合的学科,还可以在课堂上引入工程实例,这种教学方式能够激发学生的学习积极性,让学生明白学习的目的并加以应用。针对工程性的教学场景,教师可以逐步演示相关工程问题的提出和解决方案的设计,甚至展示实物并邀请学生实际操作。这样的教学方法不仅能够活跃课堂氛围,还能调动学生的学习积极性,并让学生对相关工程问题的解决有更深刻的认识,将知识应用到实际工程中去,实现实践性教学。

3.3 课后巩固

在课后巩固阶段,主要是帮助学生进行自我复习和教师进行反馈总结。教师根据课堂教学的反馈提供复习资料给学生作为课后学习使用。这些资料可以包括课堂重点、难点的进一步强化内容,帮助学生有针对性地进行复习和深入学习。学生则根据复习资料和自己上课时的学习情况,对书本知识进行复习和再理解,这有助于巩固学习内容、加深理解并加以应用。其次,教师根据学生在预习阶段和课堂讲授阶段的错误率较高的题目,设计相应的课后作业,并通过腾讯课堂、雨课堂等在线教育平台发布,让学生在线提交作业,教师及时在线进行作业批改,实现了高效的作业管理。再次,为了培养学生的创新能力和自主学习能力,鼓励学生自行设计实践项目,可以使学生更加主动地参与学习过程,提高问题解决能力和学习动力,促进学生的深度学习和综合能力的提升。

4. 教学评价

线上线下混合式教学评价考核方式主要包括平时过程化考核和期末试卷考核。平时过程化考核主要包括文献阅读、平时作业(包括预习作业和课后作业)、课堂测试、课堂讨论、考勤和实验完成情况。其中,平时作业(包括预习作业和课后作业)、课堂测试和考勤是通过线上教学平台实现,数据收集方便,大大降低了教师在平时成绩考核方面的工作量;文献阅读和课堂讨论主要考核学生对课程知识的掌握和理解程度;实验完成情况针对学生实验设计和仿真进行评价,以小组为单位进行,每组学生不超过三名,有优化电路的创新过程可适当加分。期末试卷重点考核学生对课本理论部分知识的掌握情况,涵盖多种题型,从基础知识部分到综合分析部分,全面考核学生的学习情况。最终的评价成绩将真实、客观地体现每位学生的学习和掌握情况,做到公平公正。

5. 总结

线上线下混合式教学方式为教育带来了新的机遇和挑战。在混合式教学模式中,师生可以更好地利用信息化技术,实现教学资源整合与共享,促进互动学习与合作学习,方便数据分析与个性化教学,建立问题解决与反馈机制,让线上线下优势互补并形成更好的教学模式。教师也应不断改进和创新教学方法,关注教学平台的发展和技术的更新,不断适应和应用新的信息化技术,为教学改革做出积极贡献,推动线上线下混合式教学进一步发展。

参考文献

[1]许佳雄,刘振.基于OBE的模拟集成电路设计课程教学改革探索[J].高教学刊,2023(18):134-137.

[2]刘伟景,汤乃云,陈磊,等.模拟集成电路分析与设计教学实践研究[J].高教学刊,2018(5):118-120.

[3]毕查德·拉扎维.模拟CMOS集成电路设计(第2版)[M].西安:西安交通大学出版社,2018.

[4]毛齐明,王丽娟,代薇.高校翻转课堂的实践反思与超越路径[J].高等教育研究.2019,40(12):75-80.

[5]王伟.新工科背景下“电子技术”课程教学改革探索[J].电气电子教学学报.2021,43(2):12-14+45.

[6]陈静,李楠.实践导向的“电子技术”课程改革研究[J].电气电子教学学报.2019,41(1):53-56+ 133.

[7]刘春玲,马薇. 线上线下混合式教学改革探索[J].科技与创新.2022(16):4-6+9.

[8]姚鹏,闫四海,任静,等.基于线上线下混合式教学模式的探究-以“模拟电子技术”为例[J].教育教学论坛.2021(47):79-82.

作者简介:

石跃(1981-),女,四川泸州人,硕士,副教授,研究方向:集成电路设计与系统

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