【战“疫”师说】邸志雄 ： 芯片设计课程线上线下混合式教学新模式探索

一、课程信息

课程名称：ASIC设计原理

课程性质：专业必修

教学形式：线上内容讲解（教师自己的MOOC课程）+“慕课堂”课堂教学组织管理+腾讯会议直播讲解与答疑

二、教学设计

1. 线上平台

充分利用自建MOOC的优势：本课程授课教师2019年12月在“中国大学MOOC”平台上线课程“芯动力——硬件加速设计方法”，该MOOC课程第一轮教学已经于2020年2月11日结课，第二轮课程于2020年2月24日开课。第一期参与学生共计1898人，好评度均为4.9星。本学期课程针对本校教学班单独设置了异步SPOC课程《ASIC设计原理》。线上课程内容与线下授课内容几乎完全一致，因此，MOOC课程内容可以得到充分利用。

图1 第一轮MOOC评价

挖掘和分析第一轮MOOC数据，指导教学环节设计：为了能够掌握各个知识点的教学难度并设计相应的教学方式，在设计SPOC教学内容前，充分分析了第一轮MOOC课程的数据统计结果。如图2所示，针对“逻辑综合”和“静态时序分析”这两部分内容较为枯燥无趣的内容，根据芯片设计流程中不同环节的特点，教师采用情境导入、问题导入、故事导入等形式，帮助学生开拓思维，丰富联想，变好奇为浓厚的学习兴趣。

图2 “芯动力——硬件加速设计方法”第一轮MOOC视频分章节观看人数

2．课堂环节管理与过程控制

教师端：采用“慕课堂”对教学过程进行管理与控制，在教学推进的过程中，以15-20分钟为间隔，通过签到、练习、问卷、讨论的方式控制课堂节奏，实时检验学生掌握程度，以精确到分钟的方式，稳步、精准推进课堂教学环节。为了更好地控制课堂教学组织过程，教师利用多余的手机和平板，以学生视角进入“慕课堂”和“腾讯会议”，确保实时关注和监控学生端展示情况。

图3 教学辅助设备

学生端：教师将“教学组织形式表”提前3天发放给学生，让学生熟悉流程，并且有助于学生在课堂组织中，严格按照课程进度需求使用“慕课堂”和“腾讯会议”等软件配合教师完成授课。

辅助方法：教师制作了精确到分钟的“在线授课检查单”，从备课、课前、课中、课后等多个阶段严格控制落实。此外，为了能够实时在线上和线下推动教学，掌握每一位学生的情况，课程建立了2个QQ群：（1）教学QQ群，主要包括助教、每位选课的学生、有兴趣听课的教师等；（2）教学管理QQ群，主要成员为2个教学班的班长和学习委员。在邀请学生认证MOOC、注册等课程前期工作中，教学管理QQ群发挥了重要作用。

图4 教学过程控制材料

3．直播授课与答疑

针对本课程采用的异步SPOC形式，结合课程中涉及大量的软件操作细节的讲授，教师充分调研和试用了现有各种教学平台，发现只有“腾讯会议”能够非常完美支持对2K分辨率及以上的电脑屏幕的共享。“超星直播”、“腾讯课堂极速版”、“QQ群课堂”等均对电脑共享屏幕的分辨率有限制。

同时，教师对“腾讯会议”在2月17号、2月24号等高流量压力时期进行了测试，均未发现卡顿。“腾讯会议”还支持教师和学生双向语音沟通、支持共享学生电脑屏幕，方便帮学生解决碰到的软件操作问题。因此，本课程使用“腾讯会议”和数位板，共享教师和学生屏幕，实时展示软件操作细节，并完成答疑和白板讲解。

4．作业和练习题设计

线上实验设计：将所有软件的操作都提前录好操作视频发放给学生，方便学生在线下也能够熟悉软件的使用流程。实验内容源自教师近年来指导学生参加各类学科竞赛的获奖作品。通过高水平比赛作品激发学生学习兴趣，并使学生清楚地认识到自身知识缺陷，最终强化理论学习效果。

线上题库：支持平时练习和在线考试。题库内容都来源于授课教师多年来收集的国际一流芯片设计公司的校招面试题和笔试题。通过一流企业接轨的笔试题，延伸和拓展课堂教学内容，加深学生对课堂内容的理解；同时，激发学生对这门课程的兴趣，带着问题来学习。

5．课程思政设计

芯片是装备制造业的“心脏”，代表着科技革命和产业变革的制高点，其技术水平和发展规模已成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一。课程可从“华为被美国制裁”事件为导入，让同学们明白芯片问题已经成为我国亟待解决的核心问题，“缺芯”是华为之痛，也是我国之痛。

在课程内容中，重点通过三个方面来落实“思政”：（1）教学内容方面积极宣传国产芯片和EDA工具在近年来的飞速发展，阐释芯片国产自主可控的重要意义，介绍国产芯片在轨道交通领域的应用；（2）实验条件：加入国产软件和开发平台，培养学生对国产芯片的认同感和自豪感。（3）在每周提前发放给学生的“教学组织形式”文件中，撰写“ASIC小黑板之中国芯”专栏，鼓舞学生认真学习、增强本领，为中国芯贡献力量。

三、线上教学材料

1．线上教学现场图文资料

图5 在线授课现场

2．“慕课堂”教学互动数据统计

图6 课堂互动数据统计

图7 课堂签到数据

3．互动记录

图8 QQ群互动记录

4．学生评价（QQ截图）

图9 QQ群互动记录

四、课程特色

1. 本课程在2019年Xilinx全球开发者大会(XDF)亚洲站的“Xilinx Industry-Academia Collaboration Ecosystem” Session中入选Xilinx PYNQ开源框架课程体系（共12门课程）。

附注：Xilinx(赛灵思)是全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商，全球最大的可编程芯片（FPGA）厂商，《财富》杂志2019年“未来50强”、位列所有半导企业之首。赛灵思开发者大会（XDF）是每年一度由赛灵思举办的全球范围的技术盛会，数以千计的赛灵思技术工程师与专家会携广大合作伙伴以及行业领导者带来最新的技术解决方案与新技术突破，2019年XDF于2019年12月3日- 4在北京国家会议中心举行。

2. 本课程被Xilinx推荐为2020年“第四届全国大学生集成电路创新创业大赛”参赛学生培训课程之一。课程得到大赛官方公众号“智前沿”的宣传和推广。

附注：该赛事由工信部主办，是国内集成电路设计领域水平最高的学科竞赛，已进入中国高等教育学会发布的高校竞赛排行榜，为国家级赛事。2019年报名队伍1300余支，参赛师生达到4000人，参与高校逾130家。

3. 本课程得到“Xilinx官方技术社区”以及 Xilinx-教育部产学研合作项目的支持。“Xilinx技术社区”也对本课程进行了宣传和推荐，并捐赠价值一千元PYNQ开发板鼓励学生持续学习。

4. 本课程得到了行业知名自媒体“矽说”、“图灵教育（人民邮电出版社）”、“IC人才港（南京集成电路产业服务中心ICisC）”、“网络交换与FPGA”、“IC技术圈”、“科学计算technomania”等的宣传和推荐。

5. 本课程已被青岛科技大学微电子学院《集成电路EDA技术》课程在“中国大学MOOC平台”引用和复制为异步SPOC。

6. 以本课程前期线下内容为技术基础，指导学生荣获2018年全国大学生集成电路创新创业一等奖、2018年Xilinx OpenHW全国总决赛全国三等奖、2019年集成电路设计EDA精英挑战赛全国一等奖、2019年第三届FPGA创新设计大赛全国二等奖与三等奖各1项。