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微电子技术教学模式和实训环节教改研究

来源:UC论文网2020-09-05 14:30

摘要:

  摘要针对高等学校教学改革,在微电子技术的教学过程中,需要培养学生自主学习和知识组织能力。通过分析现阶段微电子技术的教学模式和实践环节的特点,阐述了微电子技术教学模式和实训环节的设计思路,丰富教学内容,积极引入互动环节,提升微电子技术的课程教学和实训效果。  关键词微电子技术;课程建设;实验教学  中图分类号:G434文献标识码:A  前言微电子技术是现代电子信息技术发展的重要前沿领域,取得了很...

  摘要针对高等学校教学改革,在微电子技术的教学过程中,需要培养学生自主学习和知识组织能力。通过分析现阶段微电子技术的教学模式和实践环节的特点,阐述了微电子技术教学模式和实训环节的设计思路,丰富教学内容,积极引入互动环节,提升微电子技术的课程教学和实训效果。


  关键词微电子技术;课程建设;实验教学


  中图分类号:G434文献标识码:A


  前言微电子技术是现代电子信息技术发展的重要前沿领域,取得了很好的经济和社会效益。微电子技术的发展和应用为促进了电子产品设计及制造领域的变革。微电子技术是以半导体工艺为设计载体,通过器件电路或者硬件描述语言描述硬件电路的连接,再利用专业的开发和设计仿真软件进行工艺仿真、电路仿真和版图设计,最终完成半导体工艺流程、电路硬件集成。在实训教学的过程中,容易将学生带入到工作环境的实景,能够提高学生主动学习的兴趣,激发学生的求知欲。在微电子技术的实训教学过程中,利用设计辅助软件让学生加深对专业理论知识的深度理解,通过实训内容的合理安排,验证所学的专业知识,掌握设计方法和实现手段,从而达到理论和实践有机结合的教学目的,实现本专业学生素质教育培养的最终目的。


  1现阶段微电子技术教学模式分析


  微电子技术具有抽象、层次化、流程复杂的特点,在教学过程中,应该根据微电子技术的特点,在器件模型、硬件描述语言、配套软硬件、实验内容及课程内容设置等几个方面进行课程教学的改革。


  目前,微电子技术的实训教学,主要围绕集成电路工艺、硬件描述语言、可编程器件等环节开展。硬件描述语言具有设计灵活、电路设计效率高的特点。大规模可编程逻辑器件通过编程来实现所需的逻辑功能,与采用专用集成电路设计方法相比,具有更好的设计灵活性、设计周期短、成本低、便于实验验证的优势,在实训环节得到了广泛的采用。现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)能够提供更高的逻辑密度、最丰富的特性和极高的性能,因此,数字集成电路的实训内容,主要围绕FPGA的内部结构以及资源分布做相应介绍。


  微电子技术的实训教学在本科教学中具有极强的实践特点,尤其是作为电子科学本科教学,对学生的电子设计思维模式的构建有着重要作用。实践教学离不开大量的实训反馈。目前大多数高校微电子技术的授课课时数一般安排为48课时,其中实验课占10课时,实践课和理论课的课时数比例约为1:3.8,且课程多安排在三年级。从课时安排来看,存在重理论轻实践的弊端,容易让学生产生盲目应试的想法,导致学生只注重考试,而忽略了至关重要的实践环节。另外,微电子技术课程最好作为专业基础课程,为学习其它多门课程打下良好基础。在微电子技术课程开展教学和实训的时候,最好与学生的其它专业实习的时间错开,让学生能够更加专心对待,避免专业知识和概念的混乱。如果将微电子技术课程课实训安排在四年级第一学期,非常容易与毕业实习、求职环节发生冲突,导致学生对微电子技术课程和实训内容认知不足,仓促应付课程和实训内容,不利于对学生电子设计能力的培养,也会降低学生的就业竞争能力。


  微电子技术的实训环节对于本科生而言,会给学生产生软件编程的想法,不能真正将电路设计的理念深化,会造成实验内容的创新性不够,教学成果难以达到预期。


  2微电子技术实践环节教学


  本课题对现阶段微电子技术课程和实训环节做了深入分析,总结了教学过程中存在的问题及改进需求,对未来的微电子技术实训教学模式进行的理论和实践探索。自动化设计软件是的设计人员可以在计算机上完成很多复杂计算工作。微电子技术软件通常在服务器或者多线程工作站运行,自动化程度很好,具有很强大的功能和丰富的界面。在高校中开展的微电子设计类实训课程是一门实践性很强的专业基础性课程,既可以由学生独立完成,也可以设计成分工协作的实验项目。


  为了提高学生对微电子技术的理解和设计能力的掌握,微电子实训由32个课时组成,其中课内实验分配了16学时、微电子设计实训分配16学时,重点提高学生的动手能力和主动思考能力,激发学生的创新思维。


  2.1课内实验设计


  微电子技术课程的课内实验包含基础验证性实验和研究型实验,其目的是掌握基本的硬件描述语言的编程方式及技巧,并能够采用模拟器件设计模拟集成电路,让学生能够具备独立设计集成电路的能力,熟悉集成电路设计计算机辅助设计手段,结合以往的电子电路知识,完成基本器件的设计和调用。


  课内实验设计以工艺器件仿真、电路设计仿真手段为主,利用准确的工艺和器件模型,准确模拟集成电路工艺的流程和半导体器件的电学特性。软件仿真已经成为新工艺、新器件、新电路设计的重要支撑手段,可以在短时间内建立实验环节、调节参数、修改电路结构,弥补实验室硬件投入不足以及对多种实验室耗材的依赖,有利于学生建立系统性的知识结构。另外微电子技术的课内实验也包含综合性实验环节,通过调用基本功能模块,设计一个适当规模的数模混合集成电路,提高整体电路的综合性能指标,实现良好的信号控制和传输,提高学生的综合设计能力。


  例如,半导体工艺演示实验可以快速呈现不同工艺流程和工艺环境对工艺结果的影响,能够设定不同的偏置条件来研究器件的能带、电场、载流子浓度分布、伏安特性等内部特征,避免恶劣繁杂的对物理过程的解析建模,具有直观和形象的特点,加深学生对理论知识的理解和提高学习的积极性。可以针对成熟工艺,利用仿真软件进行器件和电路设计。实际过程中,参照经典的器件结构和电路模块单元,开展新特性、新功能的设计性实验,锻炼学生综合知识的能力,面向工程实践,对专业知识进行融会贯通。这个过程需要授课教師根据学生的已开设课程和知识结构来编写适宜的实验辅助教材,对实验内容进行精巧的设计及和细致地指导。


  2.2实训环节设计


  微电子技术实训环节旨在锻炼学生的实践动手能力,掌握集成电路设计开发流程,能够根据系统的性能指标进行分层分级设计,根据硬件电路的额性能特点来构建规模化电路。在实训环节中,强调综合设计能力的培养,利用微电子设计的计算机辅助设计工具完成一定规模电路的设计、仿真、版图设计、版图检查等环节。通过微电子技术实训环节的练习,学生能够培养独立设计能力、系统分析能力、电路综合能力等,为将来进入研发设计类型的工作岗位打下坚实的基础。


  对实训环节的考核,采用大作业或者设计报告的形式,让学生通过查阅参考文献进行设计选题,发挥学生的主观能动性。通过对参考文献的参考和综述,掌握课题的结构和流程设计,充分了解系统的模型,理解各模块对系统设计的影响。实训环节是的一次较为系统的设计方法训练,不仅可以巩固课堂和教材上的内容,还可以引入实际工程系统的指标要求,锻炼学生的综合规划和设计能力。


  3微电子技术教学改革实施效果


  通过微电子技术的教学和实训模式的改革,在实践中积极总结得失,发现微电子技术的教学该给能够帮助学生提高微电子设计的专业素养,主要体现在以下方面:


  1)学生对微电子技术课程内容的理解程度大幅提高,原先学生对课本的知识抱有敬畏的心理,在课程和实践环节之后,都产生了很大程度的自信。微电子技术课程、实验、实训考核成绩的优秀率也大大提高,表明通过微电子技术的教学和实践改革,学生能够比较好地掌握课程大纲所要求的内容。


  2)通过细致地设计实践环节,能够调动学生学习专业知识的积极性,实验项目的完成情况比较理想,报告内容的撰写也更加细致、全面。


  3)通过综合设计实验和实训,让学生勤于动脑,在多种手段和方法中,寻找最优的方案,优化设计过程。


  4结束语


  微电子技术的教学和实践环节的改革和探索,取得了较好的效果,在教学过程中,能够较好地体现教学相长的特点。目前,该教学和实训模式也正实践中不断摸索和优化。首先,学生对微电子技术平台和开发流程的理解更為深刻,克服传统教学设计中容易出现的理论与实验教学脱节的现象,实践环节的教学也不会停留在验证性实验阶段,增进了学生对专业知识的理解及运用。其次,实践环节增强了学生学习的主动性,改变了学生偏重理论学习,忽视动手能力培养的片面想法。实践环节的内容丰富,从编程设计、测试、优化到实验仿真,让学生在实际操作中不断提高工程开发能力和创新水平,并为后续课程的开展打下坚实的基础。


  微电子技术作为一门新兴的电子设计技术,需要不断增强学生分析问题和解决问题的综合能力,全面提高学生的科研素质。在今后,仍然需要对微电子技术的课程和实践环节进行不断改进,力求适应未来技术的要求。

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