每個(gè)人操作著一臺(tái)房子般大小的“電腦”，背著巨大的“手機(jī)”在和遠(yuǎn)方的朋友通話，而且聲音極差……設(shè)想下，芯片出現(xiàn)前的世界也許只能這樣；但芯片的發(fā)明，讓所有的功能都集中在小小的指甲蓋大小的芯片里面，讓所有人都能真正享受這個(gè)無線時(shí)代帶來的便捷……
信息與通信工程學(xué)院閻波教授正在講臺(tái)上引入她的研究生精品課程“ASIC設(shè)計(jì)”，娓娓道來的講授，讓上這門課的學(xué)生有一種豁然開朗的感覺。
做項(xiàng)目不知道如何下手、寫代碼不知道bug在哪兒……初涉科研的研究生“小白”往往有這樣的困惑。為了讓學(xué)生們一開始就打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，閻波和課程組老師們探索出了“項(xiàng)目式教學(xué)－校企類聯(lián)合－立體化培養(yǎng)”這樣一套行之有效的教學(xué)方法。
項(xiàng)目式教學(xué)：培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)與工程創(chuàng)新能力
隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，日趨進(jìn)步和完善的ASIC設(shè)計(jì)技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)之一。
“5級(jí)流水RISCV CPU的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”“基于FPGA的PPG（光電容積脈搏波描記法）心率檢測儀”“可變參數(shù)全配置FIR IP核設(shè)計(jì)”“基于SoPC的AI加速器”……
參與課程的學(xué)生小組，必須以某個(gè)具體問題為出發(fā)點(diǎn)，通過自主查閱資料尋求適合的解決方案，并分工、合作最終完成芯片前端設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證等各個(gè)環(huán)節(jié)的工作。從MATLAB的算法級(jí)仿真到設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫，從硬件模塊的功能與接口定義到代碼的調(diào)試與仿真，小組成員們需要花費(fèi)數(shù)倍、甚至數(shù)十倍于課堂內(nèi)的時(shí)間，才能通過大量的課外學(xué)習(xí)和不斷嘗試，推進(jìn)項(xiàng)目的進(jìn)展。
“‘先聽后做’是學(xué)生生涯中的慣性思維。到了研究生階段，理論知識(shí)和實(shí)踐操作往往是螺旋形的學(xué)習(xí)軌跡，同學(xué)們要掌握‘邊做邊學(xué)’甚至是‘先做后學(xué)’?！遍惒ㄕf。
自主學(xué)習(xí)的方式有助于進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)。然而“ASIC設(shè)計(jì)”課程涉及到的知識(shí)面寬、發(fā)展更新快，剛?cè)雽W(xué)且沒有相關(guān)背景的研究生、基礎(chǔ)相對(duì)薄弱的同學(xué)怎么學(xué)？
研究生精品課程“ASIC設(shè)計(jì)”（MOOC）
為了讓他們能迅速補(bǔ)齊知識(shí)短板，課程實(shí)施了線上線下混合式教學(xué)模式。在梳理教學(xué)內(nèi)容、完善教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，課程組建設(shè)了多個(gè)國家級(jí)在線課程資源，將行業(yè)需求與應(yīng)用案例、關(guān)鍵技術(shù)與研究熱點(diǎn)、解決方案與設(shè)計(jì)要素等及時(shí)、高效地引入教學(xué)體系，并綜合運(yùn)用研討、項(xiàng)目、挑戰(zhàn)、培訓(xùn)講座等多種課程形式，淡化知識(shí)授受而加強(qiáng)學(xué)生探究、理解及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
校企類聯(lián)合：提升全球化思維與國際化視野
“我們要讓企業(yè)進(jìn)入課堂，讓學(xué)生始終緊跟行業(yè)前沿，保持開闊的視野?！?課程組深刻意識(shí)到優(yōu)秀的企業(yè)在行業(yè)發(fā)展中能發(fā)揮引領(lǐng)作用，因此格外重視校企協(xié)同在育人中作用的發(fā)揮。
多個(gè)校企聯(lián)合共建基地的成立，為校企協(xié)同育人發(fā)揮了積極的作用
多年以來，課程組始終以全球化的思維和國際化的視野，與商湯、華為、中興、ARM、Intel(ALTERA)、AMD（Xilinx）、MENTOR GRAPHICS等多家國內(nèi)外著名公司保持了長期、友好的合作關(guān)系。
校企協(xié)作體現(xiàn)在平臺(tái)共建?！半娮涌拼螅璉ntel人工智能芯片與系統(tǒng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”“電子科大－商湯嵌入式人工智能聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”“中科曙光-電子科大先進(jìn)微處理器國家工程實(shí)驗(yàn)室”等多個(gè)校企聯(lián)合共建基地，為教學(xué)提供了一流的可編程ASIC和SoC設(shè)計(jì)綜合、仿真軟件，完整覆蓋了從芯片設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證到測試的各個(gè)環(huán)節(jié)，為學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了良好的環(huán)境。
課程組與中國領(lǐng)先的通信IC設(shè)計(jì)公司中興微電子共同開設(shè)校企聯(lián)合課程
校企協(xié)作也體現(xiàn)在課程共建。在學(xué)校研究生院等部門的支持下，課程組邀請(qǐng)到中國領(lǐng)先的通信IC設(shè)計(jì)公司中興微電子有線芯片開發(fā)部負(fù)責(zé)人、技術(shù)專家等深度參與教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與全程課堂教學(xué)。
在專門為校企合作設(shè)計(jì)的技術(shù)講座中，中興微電子的專家講解了大規(guī)模先進(jìn)工藝芯片的端到端設(shè)計(jì)流程和技術(shù)難點(diǎn)，拓展了同學(xué)們的視野，激發(fā)起大家的科研興趣。
針對(duì)前期收集的課程項(xiàng)目中的共性問題，企業(yè)技術(shù)專家精心準(zhǔn)備了一系列指導(dǎo)文檔，內(nèi)容涵蓋文檔編寫、代碼規(guī)范、功能測試細(xì)節(jié)等多個(gè)環(huán)節(jié)，既強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)技能的提升，又向同學(xué)們展示了工程項(xiàng)目中的團(tuán)隊(duì)協(xié)作實(shí)踐。
在抓住共性問題的基礎(chǔ)上，企業(yè)技術(shù)專家還考慮到同學(xué)們差異化的技術(shù)基礎(chǔ)，為大家提供了區(qū)分難度梯次的項(xiàng)目選題指導(dǎo)。
在課堂研討過程中，企業(yè)技術(shù)專家對(duì)同學(xué)們的項(xiàng)目代碼與設(shè)計(jì)文檔逐一點(diǎn)評(píng)并給予改進(jìn)意見；同時(shí)結(jié)合企業(yè)實(shí)際落地需求，啟發(fā)同學(xué)們對(duì)設(shè)計(jì)思路與細(xì)節(jié)進(jìn)一步思考與優(yōu)化，將創(chuàng)新思維潛移默化到學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)與項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中。此外，專家們也結(jié)合就業(yè)市場現(xiàn)狀，對(duì)數(shù)字IC設(shè)計(jì)方向的職業(yè)生涯規(guī)劃進(jìn)行了講解，幫助同學(xué)們對(duì)未來的就業(yè)規(guī)劃有更清晰的認(rèn)知。
與企業(yè)專家的零距離交流，幫助學(xué)生及時(shí)汲取到行業(yè)的最新動(dòng)態(tài)，有助于擴(kuò)展視野、提升自信。同學(xué)們也紛紛表示，在對(duì)行業(yè)應(yīng)用方向和具體需求有了更深刻理解的基礎(chǔ)上，將以前課堂上學(xué)到的理論知識(shí)快速、高效地轉(zhuǎn)化到實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)與工程應(yīng)用中“似乎也沒有想象的那么難”。
立體化培養(yǎng)：學(xué)以致用，用以促學(xué)
以問題為導(dǎo)向、以知識(shí)為主線，強(qiáng)調(diào)教學(xué)與科研互助、理論與實(shí)踐并重，能夠在理順知識(shí)體系架構(gòu)、高效發(fā)揮課堂教學(xué)效率的基礎(chǔ)上，通過理論課程體系、工程實(shí)踐訓(xùn)練、科研能力培養(yǎng)的漸進(jìn)式多層次的學(xué)習(xí)過程，極大提高研究生的工程實(shí)踐能力和學(xué)術(shù)研究能力。
考慮到同學(xué)們有不同學(xué)科背景和知識(shí)基礎(chǔ)情況，課程組從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、項(xiàng)目選題引導(dǎo)、研討節(jié)奏把控等各個(gè)環(huán)節(jié)都做了精心設(shè)計(jì)，劃分了基礎(chǔ)模塊設(shè)計(jì)實(shí)踐與驗(yàn)證、高級(jí)算法IP設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證、SoC系統(tǒng)搭建與軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)驗(yàn)證等三個(gè)難度層次，并盡可能涵蓋從前端到后端的全流程步驟、從算法到器件的各優(yōu)化層次。
對(duì)于科研基礎(chǔ)較為薄弱的研究生，完成了這樣的一門課程，等同于進(jìn)行了一次老師手把手教、全程答疑的科研入門訓(xùn)練。
“我們小組合作完成了ASIC設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，在方案設(shè)計(jì)階段，我們需要利用MATLAB進(jìn)行頻譜仿真與分析以找到滿足要求且適合硬件實(shí)現(xiàn)的濾波算法；在硬件實(shí)現(xiàn)階段，我們嘗試了不同IP核的設(shè)計(jì)和使用方法；在仿真驗(yàn)證階段，我們開始認(rèn)識(shí)到仿真驗(yàn)證環(huán)節(jié)的重要性以及伴隨的巨大工作量。通過課程學(xué)習(xí)，我們對(duì)完整的ASIC設(shè)計(jì)流程有了直觀的理解與實(shí)踐，得到了老師和同學(xué)們的許多幫助，我們的硬件設(shè)計(jì)能力、文檔撰寫水平也更上了一層臺(tái)階?！眳⑴c課程學(xué)習(xí)后，郭倫壹同學(xué)如是說。
教學(xué)與科研的無縫融合不僅體現(xiàn)在將科研項(xiàng)目及成果運(yùn)用于教學(xué)環(huán)節(jié)，更重要的是研究生在教學(xué)過程中體現(xiàn)出來的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新成果也能夠反過來促進(jìn)科研。
學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)
在心率檢測儀設(shè)計(jì)中，同學(xué)們需要先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波以去除干擾噪聲。為了找到更準(zhǔn)確的波峰波谷點(diǎn)，同學(xué)們于細(xì)節(jié)處加入了自己的創(chuàng)新與巧思，嘗試了包括“雙閾值法”在內(nèi)的各種小技巧，最終獲得了滿意的效果。
這種引導(dǎo)同學(xué)們不斷嘗試并深度挖掘各種“創(chuàng)新”思路并優(yōu)化的教法，獲得大家的一致點(diǎn)贊。
課程組老師不僅鼓勵(lì)同學(xué)們將科研項(xiàng)目小難題帶進(jìn)課堂討論，也推動(dòng)同學(xué)們積極參與各種高水平學(xué)科競賽，如研究生電子設(shè)計(jì)大賽、FPGA創(chuàng)新大賽、嵌入式芯片設(shè)計(jì)大賽等，都有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高創(chuàng)新意識(shí)。
部分科研題目也會(huì)作為競賽訓(xùn)練的備選題庫，促使學(xué)生更加關(guān)注社會(huì)實(shí)際需求、從不同層面對(duì)行業(yè)應(yīng)用前景進(jìn)行深入了解和積極思考。
課程組還鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)的優(yōu)秀博士、碩士研究生深度參與本科教學(xué)環(huán)節(jié)，通過擔(dān)任課程助教等方式鍛煉研究生的組織、交流及協(xié)作能力。
課程思政：強(qiáng)“芯”夢(mèng)邁出一小步
全面推進(jìn)課程思政建設(shè)，是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的必然要求，是全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要任務(wù)。為此，閻波及其課程組在課程教授過程中，有機(jī)融入“求真求實(shí)、工程倫理、工匠精神、榮譽(yù)精神、國家意識(shí)、全球視野”等“思政”元素，進(jìn)一步啟迪學(xué)生的哲學(xué)思辨、科學(xué)思維、系統(tǒng)思維和創(chuàng)新思維。
當(dāng)今國際政治、經(jīng)濟(jì)大背景下，“芯片強(qiáng)國”是我國近年來的重要課題。在課程教學(xué)過程中，閻波就結(jié)合華為芯片斷供事件、美國商務(wù)部“黑名單”上榜事件等，引導(dǎo)同學(xué)們就新時(shí)期中國芯片行業(yè)是走“自主研發(fā)之路”還是“買來主義”、“怎樣才能算是芯片強(qiáng)國”等問題展開深入研究和探討。
“我們?cè)谡n堂上通過觀看網(wǎng)易科技的《中國芯片，路在何方》訪談節(jié)目，結(jié)合近年來的華為事件引發(fā)國內(nèi)對(duì)芯片技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)注等，開展了深入的小組研討和交流，這種形式進(jìn)一步激發(fā)了大家‘芯’系祖國，為服務(wù)國家富強(qiáng)、民族復(fù)興貢獻(xiàn)力量的決定。” 信通學(xué)院余慧敏同學(xué)說。
同學(xué)在課程中的收獲也反映在評(píng)教上：“這類理論與實(shí)踐相結(jié)合的課大大增強(qiáng)了我的項(xiàng)目動(dòng)手能力，希望研究生階段能再多些這樣通過解決實(shí)際問題提升自主學(xué)習(xí)、系統(tǒng)分析及動(dòng)手能力的課程！”“課程模式很好，通過真正參與實(shí)際科研項(xiàng)目中的問題求解，我對(duì)驗(yàn)證方案有了清晰的認(rèn)識(shí)，每次課都有新收獲！”“從未有一個(gè)時(shí)候感到科技自立自強(qiáng)如此重要迫切，強(qiáng)‘芯’責(zé)任在我，時(shí)不我待！”……
閻波相信，教育改革的根本中心點(diǎn)就是學(xué)生，而自主學(xué)習(xí)能力是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容。以“教”為中心向以“學(xué)”為中心的轉(zhuǎn)變不是一朝一夕的事情，只有在“莫聽穿林打葉聲，何妨吟嘯且徐行”的堅(jiān)守中，始終堅(jiān)持“教書”和“育人”相統(tǒng)一，才能最終達(dá)到“瀟瀟有雨聲，潤物細(xì)無聲”的育人效果。
