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Abstract: Aiming at the current teaching and shortcomings of JAVA course design, this paper discussed systematic the teaching pattern on the JAVA course design, put forward some ideas on computer programming courses design, these methods were positive for course teaching reform.
關鍵詞: JAVA;課程設計;教學模式;評價體系
Key words: JAVA;course design;teaching pattern;evaluation architecture
中圖分類號:G42 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)29-0226-02
0引言
當前各類高等院校都會在本、專科開設至少一門計算機程序設計類必修課程,例如:Visual Basic語言、Visual FoxPro語言、C語言、C++語言等[1],并安排了相應的課程設計。但從實際教學情況來看,計算機程序設計類課程設計教學卻存在著諸多問題,導致課程教學低效。針對這種狀況,筆者結合自身教學實際,以JAVA課程設計為例,對計算機程序設計類課程設計教學存在的問題加以分析,并提出解決問題的思路與對策。
1JAVA課程設計的教學現狀分析
從國內計算機程序設計類課程設計教學現狀來看,存在的問題和原因主要有如下幾點:
1.1 課程設計認識不到位,目的性不強部分教師和學生對課程設計的認識不到位,認為課程設計無非是把該課程的幾個知識點簡單湊合在一起所構成的“拼盤式”課程,認為課程設計就是大作業,并在授課時基本上按教材章節順序授課,實施的目的性不強,與專業的整體發展結合較差,達不到課程設計要求。從而使得學生對所學理論知識不能很好地運用于實際,造成與實踐的脫節[2]。
1.2 課程設計選題單一,內容陳舊現行的JAVA課程設計存在著選題單一、內容陳舊、理論過多、與實踐相脫節的情況,不能從多視角去發現和創新,尋找新的命題。很多從事JAVA課程設計指導的教師本身缺乏大型項目開發的實戰經驗和經歷,對課程設計的題目和內容往往無法準確的地位,設計的題目和內容與實際相脫節;同時,部分學生對教師設計的題目和內容也不一定感興趣,因此也容易扼殺學生的積極性和創新能力。
1.3 課程設計評價方法不夠科學,標準簡單大多數課程設計是以小組的形式完成,參與學生多,指導教師制定課程設計時要求不明確,分工不詳細,監管力度不到位,容易導致項目開發團隊在執行的過程中出現某些學生任務過重或者過輕的情況。并且現行課程設計的評價往往是指導教師根據學生提交的報告來評分,這樣容易忽略對學生綜合能力的評價,可能只反映出小組整體水平甚至是某個學生的水平,而不能反映出小組每個學生的真實水平。
1.4 實驗室設備落后,管理不夠完善指導教師在安排課程設計時使用的是新技術、新設備和新方法,而學生到實驗室所接觸到的往往是一些過時的、陳舊的和落后的實驗設備和應用軟件,很難真正滿足教師和學生對實驗室的需求;另外,大多數實驗室還要承擔其他專業和年級的實驗教學任務,無法有效保障課程設計的教學任務。
2JAVA課程設計教學模式的設置
課程設計是課堂理論教學的延伸和補充,是綜合性較強的實踐教學環節。它能使學生全面掌握該課程的基本知識、基礎理論、基本技能,并能將本課程的各個知識點融會貫通,訓練、培養學生把所學知識應用到實際中去的能力。對于幫助學生全面牢固地掌握課堂教學內容,培養學生的實踐和實際動手能力,提高學生素質具有很重要的意義[3]。為改善計算機程序設計類課程設計教學,筆者有如下幾點認識和思考:
2.1 引導和幫助學生樹立信心,端正學習態度由于學生對JAVA課程設計往往具有畏懼情緒,不知從何著手,指導教師要做好宣傳和引導工作,幫助同學們消除恐懼感,同時加強對學生誠信品質的培養,杜絕弄虛作假和抄襲現象的發生,端正學生的學習態度,確保課程設計的順利進行。
2.2 研制課程設計教學平臺,規范設計成果組織有關人員,在現有硬件資源和網絡環境的基礎上研制課程設計教學平臺,開通FTP功能和WEB方式管理功能,便于師生間的交流和管理。
指導教師可利用該平臺安排課程設計的題目、要求、進度和答疑,以及查閱和審核課程設計總結報告等相關資料。學生可根據自己的專業基礎,興趣和未來就業意向通過該平臺選擇自己喜歡的題目和指導教師,并通過FTP提交課程設計成果和總結報告等相關資料。
學生在指導教師的指導下,有選擇性地進行分組,一般3至5人為一組,選定組長,確定開發項目,設計和論證項目的總體方案,規劃出項目計劃(包括編寫目的,項目背景,參考資料,標準、條約和約定,以及項目概述和團隊組織等),配置計劃和開發計劃等,報告指導教師批準后方可開始實施。課程設計完成后,按照統一制訂的文本規范,小組的每位成員都必須提交一份關于課程設計的總結報告,結報告正文主要包括項目需求分析(方案的可行性分析、方案的論證等內容)、項目總體設計(系統的總計結構設計等內容)、項目詳細設計(各模塊的設計、算法原理闡述、完成的程序框圖等)、項目復審(對分析、總計設計和詳細設計進行詳細的復審)、編碼(設計結果進行編碼的程序清單)、項目測試(使用程序調試的方法和技巧排除故障;選用合理的測試用例進行程序系統測試和數據誤差分析等)和總結(本設計核心內容程序清單及使用價值、程序設計的特點和方案的優缺點、改進辦法和意見等),以及主要參考文獻。
2.3 結合專業發展和社會需求,增強課程設計的針對性計算機技術的快速發展要求我們將新的知識單元及時引進到教學中來,課程體系的設置要有超前和發展的眼光[4],但課程體系的設置、教材的編寫無法及時保持教學計劃的動態性和前瞻性,而課程設計實踐環節恰恰能夠彌補這一不足,對專業主干課程和專業基礎課程安排課程設計,利用寒暑假組織學生在校內或者到企業開展項目研究和開發,通過綜合運用專業基本知識和理論來分析和解決實際問題,學習程序設計開發的一般方法,掌握項目開發的過程及方式,培養正確的設計思想、分析問題和解決問題的能力;通過對標準化、規范化文檔的學習和查閱有關技術資料等,培養項目設計開發能力,滿足和適應社會和IT行業的需求。
2.4 培育課程設計意識,完善過程管理沒有過程管理必然流于形式。在課程設計的過程管理中主要狠抓五個環節:一是任務書,課程設計任務書是指導教師填寫并經審議后按組提供給學生的,每組一份,主要包括本課題要解決的主要問題,計劃進度和規定學生必須閱讀的重要文獻,以及大體上可從哪幾個方面去研究和論述等,要求學生按照任務書的要求按時保質保量完成任務;二是師資隊伍,選拔具有項目開發經驗的老師或者引進企業技術人員組成課程設計指導團隊,并備課,以學進度和重點安排,保障學生在課程設計實施中學有所得;三是制訂統一的評價標準和規范文本,以增強課程設計過程管理的科學性和嚴密性,保證課程設計成果的完整性;四是對課程設計的成果進行匯總管理,教研室并組織抽查與評估,保證教學活動落到實處;五是把課程設計作為學校課程改革的一項探索性工作予以重點扶持,提供經費和設備保障。
2.5 建立合理,科學公正的師生互動評價體系為保證課程設計的實現效果和考核的準確性,建立合理、科學、公正的師生互動評價體系,將評價的過程分解到課程設計的各個環節,本文建立的評價體系包括:課程設計成果,演示與答辯和互動評價三部分,詳細評價標準見表1。表中給出了各評價項目達到A級的具體要求和評價主體,各項目的評分分為A、B、C、D、E五個等級并賦予相應的分值范圍。最后學生的總評定成績為40%×課程設計成果+30%×互動評價+30%×學生演示與答辯評分。評價的表達既有等級性的定量評價,又有描述性的定性評價,這些評價的主要目的是引導學生對課程設計學習的興趣,而并非簡單的成績評定。
3結束語
課程設計作為教學計劃中的重要一環,它承擔著培養學生綜合運用所學的知識和掌握的技能,分析和解決實際問題,獨立工作,團隊協作,問題表達等能力的任務。通過課程設計能夠提高學生的職業素質、實操技能和項目經驗,有效地縮短同企業需求之間的差距,緩解“企業招聘難、畢業生就業難”的困境。因此,必須高度重視并積極探索計算機程序設計類課程設計教學的改革。
參考文獻:
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關鍵詞:工程能力;教學方法;課程設計;實踐
一、概述
工程實踐能力是評價車輛工程系本科生對專業基礎理論掌握程度的重要手段,同時也是衡量學生未來就業水平的關鍵指標。作為應用型本科教育的主體之一,上海理工大學近年來一直踐行創建“精品本科”教學目標,為社會提供優秀的應用型本科技術人才。應用型本科教學的實踐教學,是應用型本科教育的核心,同時也決定了高校對學生培養目標的順利實現[1-3]。在車輛系本科教學中,除了專業基礎課程外,實踐類課程的教學目標達成與否在很大程度了決定了學生的培養水平。在上海理工大學車輛工程系本科生的培養計劃中,有專門的12門專業實踐課程,用以提升學生對專業理論知識的掌握水平以及工程實踐能力。然而,在實際的實踐類課程中仍存在一些問題,本文通過分析當前課程設計工作中存的若干問題,從課程設計的題目、學生的參與狀況、課程設計的教學形式和評分機制等方面,提出了進一步規范課程設計教學環節。同時以課程《汽車制造技術課程設計》為對象,通過對提出新的教學方法的實踐應用,從而提高教學質量。
二、目前工程類課程設計教學中存在的問題分析
從整體上來說,目前實踐類課程教學中主要存在以下問題:
(一)選題方式單一,選題題目欠新穎
目前課程設計的選題方式一般采用教師出題目,學生被動選擇的情況,這就導致部分學生對選題內容不感興趣,對課程設計的參與度差,因此如何在課程基礎上,鼓勵學生自己命題,激發學生的課程興趣等是支撐學生是否能夠積極參與的重要手段。另外,目前課程設計的題目欠新穎,缺乏多變,學生往往能根據往屆學生的設計結果修修改改以應付答辯,這在很大程度上降低了學生的學習效果。因此,課程設計選題需要定期更新并注重與時俱進。題目的深度、廣度和難易度要適當,使學生在計劃時間內經努力能夠完成任務。注重理論聯系實際,優先選擇與生產、科研等密切相關,具有實際應用價值的題目[4]。同時要豐富題庫中題目的數量讓學生能有更多的選擇空間。
(二)學生對課程設計的參與積極性不高,部分同學存在抄襲現象
課程設計全過程的認真實踐能夠培養學生對工程問題的分析能力、問題解決思路、工程繪圖能力以及成果答辯中的表達與溝通能力等,這些能力的達成對于學生未來就業水平的提升均具有重要的作用。然而,由于選題題目比較集中,分組設計及答辯的形式使得小組內部分同學注意力分化,另外在對課程設計成績評定方面僅根據答辯結果進行評分,導致學生對課程設計的參與積極性不高。因此如何從上述幾個方面的教學方法上進行改革提升學生對實踐類課程參與度是待解救的關鍵問題。
(三)課程設計教學形式傳統,缺乏詳細可操作的教學流程,過程管理松散
目前課程設計的教學形式一般采用教師給出備選題目,學生分組后被動選題形式;在設計過程中主要是學生自身在課下完成,同時教師在固定時間的答疑環節;最后通過小組答辯形式給出評價成績。在以往的教學過程中,課程設計結果抄襲現象嚴重[6],另外有的課題小組內部成員除了答辯小組長對設計結果能夠較好答辯外,其余成員對問題解決思路、工程圖紙制作過程以及設計說明書內容等均不能給出合理解釋。另外,課程設計答辯過程太過松散,導致小部分學生在課程設計中抄襲,蒙混過關。因此,除了在答辯環節的教學方法改革外,如何在課程設計的實施過程中,加大過程監控,確保每一位同學都在認真的開展自己的課程設計是目前存在的又一關鍵問題。
(四)課程設計評分機制不合理
由于以往課程設計成績均是基于最終答辯環節給出,如小組內學生共同完成一個變速器箱體的機加工工藝設計規程與對應的夾具設計工作,但小組內每個學生對課題的參與程度與完成度都是不一樣的,但在小組答辯后的成績相差無幾,這就導致了課程設計中學生得分大多比較集中,區分度不夠,自然這種評分機制不能夠調動學生的積極性。同時學生的得分多少多依賴于學生最終上交的課程設計,這種評分機制評分方法不能體現出學生在整個課程設計過程中每一個階段的表現。因此,制定詳細可操作的評分機制,能夠分階段的給學生對課程設計的參與度與完成度打分,同時確定每一個階段的得分在最終評分中所占的權重,是提升學生實踐能力的關鍵步驟,也是激發優秀學生創新性的重要手段。
三、工程類課程設計課程教學方法的探索
針對上述課程設計實踐類課程教學中存在的問題,提出如下新的教學環節與實施辦法,同時通過對企業工程項目實施中管理方法的引入,使得學生及早熟悉工程項目開發流程與時間管理方法,增強學生對課題的參與度,提升上海理工大學車輛工程系本科生的就業水平。
(一)壓力下的選題決策環節以提升團隊協作的能力
目前,課程遇到問題時主要由老師一人評判或決策,在方法層面上可以統稱為Delphi專家決策。該決策在課程設計中的會導致學生過于依賴老師的指導,而頭腦風暴法可能導致長時間達不到共識。因此,為了調高學生的參與度和學生的協作能力,在選題階段,提出壓力選題決策法,該方法是名義小組法的衍生,提高了決策效率的同時,也可以提升了學生和老師的參與度。具體做法如下:通過學生輔助資料的快速研讀,讓劃分為一組的同學在規定的時間達成一致,如課題分析離合器設計和變速箱設計,平均分為兩組人,分別給4種離合器和變速箱的設計結構,并提供混亂的復雜調研數據,讓每個組必須在規定時間達成設計理念共識,并由一人進行設計說明。能達成共識的小組,并能說明結論的小組本輪高分;如最后不能達成一致意見,各個設計理念派一個人進行說明,教師決策最終設計理念,并依據展示的好壞本輪得不同的成績。
(二)設計結果的持續性改進報告———提高學生工程問題分析能力
設計方案決定后,操作層面上分為更小的小組,每組的設計參數不同。進行答辯后獲得基本成績,對于每個小組設計出現的問題,目前主要的方法就是老師指導后改正,學生被動改正后,很多往往不知道原因,也沒有動力做進一步的分析。為避免此類問題,對于設計的問題,要求學生提供改正報告,對于同一個小組,可以將不同問題分給小組不同的成員,分別提供最終的報告,并將報告的內容作為一項重要評分點。
(三)學生表現的階段性過程監控———提升學生參與度與積極性
讓學生能夠主動的參與到課程設計中能夠很好的鍛煉學生搜索相關資料,挖掘資料和利用資料解決問題的能力,同時能夠將嘗試將所學理論知識運用到工程實際中[5],并且深化其對課本理論知識的認識。在學生做課程設計的過程中要對學生進行階段性測試,這樣能夠循序漸進的引導學生來參與到課程設計中,階段性測試中要多以小組成員逐一論述的方式進行,確保每一位同學能夠參與其中。同時要促進各小組間的競爭來讓一部分優秀的學生能夠得到充分的鍛煉。
(四)競爭性答辯與評優環節———提升學生邏輯性與溝通展示能力
對于評優的團隊,答辯過程中,除了在問題改進中的成績,也要進行相互辯論,獲得進一步的評優成績。首先,均按照一定的規范(如5W1H)的邏輯進行課題設計展示,然后進入自由辯論環節,在自由辯論環節,最后,雙方各派一人進行總結。最終老師決定各個評優團隊的勝負,并對各個辯論者評分。
(五)面向全過程的加權評分機制———有效考評學生完成度,營造良好學風
針對目前課程設計評分集中,區分度不夠,無法有效考評學生完成度的問題,可采用面向全過程的評分機制,即采用多階段評分,并給出最終加權成績作為最終評分的形式,督促學生積極參與到課程設計中,讓學生的工程實踐能力得到有效提升,營造良好的實踐類課程學習風氣,不斷加強后續選課學生的學習效果。在課程設計成績的具體評價方法主要采用三階段的成績,而最終的成績為三個環節加權后的綜合成績。綜合評分體系如下:壓力選題環節占比20%,問題改進環節70%,競爭性評優10%。以汽車變速器箱體的機加工工藝規程和夾具設計任務為例,具體操作過程可按照如下形式進行考評:1.壓力選題環節具體評分如下(滿分100分):針對該零件的加工工藝方案,可通過小組討論預選2-3種,然后給定時間期限內,對不同方案的優劣性進行對比分析,小組達成一致70分,不能達成一致50分;發言者1-20分,滿分20分 ,設計理念說明者1-10分,滿分10分。2.問題改進環節具體評分如下(滿分100分):在初始確定的設計方案基礎上,根據教師的改進建議或者小組內部的方案改進措施的實施情況與總結進行答辯,改進措施與報告成績1-40分,40分滿分。設計質量1-30分,滿分30分。問題報告質量1-25分,滿分25分,報告格式5分。3.競爭性評優環節具體評分如下(滿分100分):對于該任務的完成程度進行展示與問題答辯,并根據答辯表現進行評分,表現優秀70分,表現成績良好60分,表現不佳40分,答辯過程中發言者1-20分,20分滿分,總結者1-10分,10分滿分。進一步按照上述各階段的表現進行綜合加權,具體權重值可根據教師對階段性結果的重視程度而定,最終即可獲得課程設計中每位同學的最終成績。上述改進的課程設計類教學方法改變老師選題的金字塔模式,在時間和方案的雙重壓力下選題,提高學生的參與度[7];同時,該問題也是未來就業中實際工程項目在時間節點與方案的抉擇中實際存在的問題;同時能夠在互動討論環節迫使學生更深入理解設計與流程,對于出現的問題,采用實際工程中常使用的設計變更流程與質量控制的報告,使學生初步了解汽車制造企業正規的工作流程;而競爭的答辯提高了學生的表達與邏輯思維能力。而在實際工作中,都會受到競爭對手或者客戶的壓力,通過競爭的答辯環節,可以讓學生對壓力面試以及工作陳述等有更真實的體會。
四、結束語
本文通過對工程實踐類課程教學過程多環節的教學方法改革,如選題內容緊密結合汽車制造工程實際,此外通過互動選題、階段性評分以及緊促的教學節奏提升學生對課程設計課程的參與度與興趣;結合企業實際工程問題的解決方法,將課程設計案例以實際工程項目進行實施,加深學生對課堂制教學知識點的興趣與理解程度,提升車輛系學生的工程實踐與創新能力。在課程設計全過程中執行詳細可操作的教學規則與流程,鍛煉學生在壓力決策、團隊協作、問題解決思路以及溝通展示等各方面的能力,提升車輛工程系學生的就業水平和工程能力。
作者:劉銀華 周萍 單位:上海理工大學
參考文獻:
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關鍵詞:水污染控制工程;課程設計;模式
《水污染控制工程》是環境工程專業一門重要的專業核心課程,也是一門綜合性和實踐性極強的專業課程。通過該課程的學習,學生要認識污水處理的必要性,并了解我國污水排放標準和相關規范,培養綜合運用《水污染控制工程》基本理論和專業知識的能力,掌握城市污水二級處理廠工藝設計的程序、內容、方法和工藝計算。水污染控制工程課程設計是進一步鞏固和加深學生對所學《水污染控制工程》理論課程知識和理解的重要環節,是連接基本理論和工程實際的紐帶和橋梁,培養學生根據所學系統的理論課知識及感觀的認識實習,分析解決工程實際問題,對于培養和提高學生的實踐能力、創新能力以及團隊協作能力具有重要意義[1,2]。近年來大學畢業生就業形勢嚴峻,而我國大學期間的課程設置及教學往往重視理論知識的傳授,對于培養學生綜合應用能力以及創新能力的關注相對較少,雖然目前逐步開設了一些創新創業課程,但仍然不能解決工科畢業生工程實踐能力差、不能滿足就業和社會的需要的問題;另一方面企業不愿意接受應屆畢業生實習,不愿花時間和精力參與培養工程師,都造成大學生就業難的狀況。上海理工大學是一所以理工科為主的培養工程應用型人才的上海市屬重點大學,在就業形勢日益嚴峻的情況下,我們在構建課程及教學內容體系上更加注重培養學生綜合運用各種知識和技能解決工程實際問題的能力,通過課內與課外相結合、教學和實踐工程相結合的方式,搞好課程設計這一實踐性教學環節,對于提升本科生就業率,提高企業對我校環境工程專業畢業生滿意率具有十分重要的意義。在環境工程專業本科生《水污染控制工程》課程設計的執教過程中,我們做了如下探索與建設實踐。
一、改進教學模式
過去《水污染控制工程》課程設計通常安排在《水污染控制工程》理論課教學、認識實習之后集中一到兩周時間進行,時間緊,任務重,而且通常安排作為本科階段專業課程的第一個課程設計。學生沒有相應的工程設計基礎和工程類課程設計基礎,因此對于工程設計的一般步驟、工程設計手冊和設計規范的利用能力較差,往往感覺無從下手[3]。另外,這種先理論教學后課程設計的模式雖然能夠令學生在掌握一定理論知識的基礎上進行工程設計,但由于在實際教學過程中,理論課更注重原理和單個構筑物的設計計算,往往容易忽略構筑物的配水、銜接形式等內容,使得理論與實踐相脫節;此外,課程設計與認識實習分離進行,時間間隔較長,學生基本對處理構筑物走馬觀花地看一遍,不能深入了解構筑物內部結構,對于學生實際了解構筑物結構及運行維護理解困難,對課程設計幫助不大。新教學模式將課程設計貫穿于整個《水污染控制工程》教學的全過程,增加了課程設計的學時數,在理論教學初期,布置任務書,學生根據任務書一邊學習理論知識,一邊完成方案選擇及構筑物計算,理論課結束后完成設計計算說明書的編制及工程圖紙的繪制。在理論教學過程中,授課教師可針對構筑物的結構、原理、設計規范、設計計算、三維動畫演示運行效果等方式更有針對性地進行授課;在實習實踐環節,通過學院實驗室現有構筑物模型或理論課期間安排認識實習,有利于促進課堂教學和課程設計的進行,有助于學生對課程設計和實習內容更深入的理解;期間通過查閱文獻、設計手冊、設計規范,獨立完成設計計算,最后通過答辯、修改等環節提交課程設計成果,教師根據設計成果及時將問題反饋,進一步保證和提升課程設計質量。
二、合理選題,豐富設計題材
根據以往課程設計經驗,我們摸索出一套質量監控措施,最關鍵環節在于我們對選題進行了嚴格控制,課程設計的題目盡可能選用污水處理設施的工程實例,選題范圍盡可能覆蓋理論課大綱的知識點、重點和難點,然后將任務書中的水量和水質進行改變,給出的任務書題目大于學生分組數,令每組學生設計任務書中涉及的污水總量、居民數量和水質(BOD、COD、SS、TP、TN、NH3-N)均不同,做到題目的多樣化,同時對每個題目有人數要求,由學生選擇相應水量和工藝,獨立完成設計計算任務,加深學生對相關理論知識的理解和應用。對于學生分組盡可能做到各組整體學習能力大致相當,但組內成員的理論水平、學習能力及CAD繪圖能力等方面要有一定差異,組長根據組員實際情況對課程設計進行合理分工,明確每個組員的職責[4]并進行列表記錄,用于檢查,減少抄襲現象的發生。這樣既可以讓學生接觸到更多的課程設計,防止全班同一個題目,促進學生獨立思考,同時又能滿足設計團隊成員間相互交流、團隊協作的需要[5]。在課程設計任務書的編排上,按照教學大綱的要求,雖然在難度、深度和廣度等要求上與實際工程設計有一定差距,僅為某城鎮污水處理工藝的初步設計,但選題皆來自實際工程案例,有利于初步培養學生的工程思維和實踐素養;此外,設計任務書明確課程設計的目的、具體設計內容、計劃步驟安排,使學生明確任務,明確在哪些時間節點完成哪些工作,按計劃有序進行,且使指導教師能夠根據進度及時進行檢查、督促和指導[6]。
三、評價體系改革
與傳統課程設計模式中學生上交設計計算說明書和設計圖紙相比,我們在評價體系上做出了相應改革,采用平時成績、中期檢查、答辯和成果評價的評價體系。中期考核是課程設計完成的保障,在以往的畢業設計環節,我們發現學生由于實習、拖沓習慣等各種因素,習慣于在答辯前突擊完成。因此,在指導教師根據課程設計任務書和指導書的相關時間節點進行監督的基礎上,嚴格的中期考核可以較好地督促學生保質、保量、按時完成畢業設計。因此,我們借鑒相關經驗,在穿插于整個理論教學周的課程設計中安排中期檢查,根據學生中期檢查的質量,給出相應的分數,作為平時成績的一部分。在學生完成課程設計初稿的基礎上,組織答辯,讓學生就課程設計的設計背景、設計規模及要求、設計內容、設計原則、工藝流程的選擇、構筑物設計計算、圖紙及設計說明書的編制等方面進行闡述,教師根據計算說明書及圖紙中存在的問題進行點評并給出答辯成績,在規定時間內學生就存在問題進行全面修改,然后提交最終課程設計成果。平時成績根據學生在設計過程中出勤率、討論答疑參與度及按時間規劃完成設計任務的情況(中期檢查)給定;設計成果成績由指導教師根據學生最終提交的設計說明書、設計圖紙等文件的質量情況進行評價。教師根據平時表現、答辯情況及設計成果給出成績。
四、課程設計反饋
通過答疑、中期檢查、答辯和成果評價等環節中出現的一些問題、問題跡象或一些容易出錯的地方,通過集中上課的方式給予講解,保證課程設計穩中有序、按時、保質地完成;在課程設計最后,針對課程設計的一般設計步驟、設計計算說明書及圖紙設計要點、主要問題等進行總結,令學生對污水處理廠的設計有一個系統的訓練,同時鞏固課程所學知識和概念;在課程設計結束后再安排一次認識實習,加深感性認識,同時對污水廠設備、設施的運行維護進一步加深了解,豐富課本外的實踐經驗;學生上交最終設計成果后,針對學生的設計內容,給出總結和意見建議,有利于學生工程實踐能力及畢業設計質量的提高。課程設計是高校培養卓越工程人才的重要實踐教學環節,我校的改革實踐證明,基于就業為導向的《水污染控制工程》課程設計建設取得了一定的效果,采用恰當的教學方法、豐富教學內容和加強實踐環節,將學校教學與企業生產實習相結合,保證學生對實際工程有直觀、全面的認識,對學生工程知識、工程素養的培養有很大幫助,有助于學生盡快適應工作崗位。
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關鍵詞:集成電路版圖CAD;實踐教學;課程實驗;課程設計
Research on practice teaching mode of computer aided design of IC layout course
Shi Min, Zhang Zhenjuan, Huang Jing, Zhu Youhua, Zhang Wei
Nantong University, Nantong, 226019, China
Abstract: In this paper, the practice teaching mode of Computer Aided Design of IC layout course is discussed. According to one trunk line and two related course experiments mode, the experiment contents and methods were designed and implemented. Meanwhile, other efforts including emphasis of extracurricular scientific competition and reform of course practicum, were adopted to pay attention to the cultivation of comprehensive ability for students. The practice teaching mode proved that better teaching effect have been obtained.
Key words: Computer Aided Design of IC layout; practice teaching mode; course experiments; practicum
目前,高速發展的集成電路產業使IC設計人才炙手可熱,而集成電路版圖CAD技術是IC設計人才必須具備的重要技能之一。集成電路版圖CAD課程是我校電子科學與技術專業和集成電路設計與集成系統專業重要的專業主干課,開設在大三第二學期,并列入我校第一批重點課程建設項目。本課程的實踐教學是教學活動的重要組成部分,它是對理論教學的驗證、補充和拓展,具有較強的直觀性和操作性,旨在培養學生的實踐動手能力、組織管理能力、創新能力和服務社會能力。結合幾年來的教學實踐,筆者從本課程實驗、課程設計、課外科技競賽等實踐環節的設計工具、教學內容設計、教學方法和教學手段、師資隊伍建設以及考核管理等方面進行總結。探討本課程實踐教學模式可加強學生應用理論知識解決實際問題的能力,提升就業競爭力,對他們成為IC設計人才具有十分重要的意義。
1 版圖設計工具
集成電路CAD技術貫穿于集成電路整個產業鏈(設計、制造、封裝和測試),集成電路版圖設計環節同樣離不開CAD工具支持。目前業內主流版圖設計工具有Cadence公司的Virtuoso,Mentor Graphics公司的IC Flow,Springsoft公司的Laker_L3,Tanner Research公司的L_Edit和北京華大九天公司的Aether等。這些版圖設計工具的使用流程大同小異,但在自動化程度、驗證規模、驗證速度等方面有所差異,在售價方面,國外版圖設計工具貴得驚人,不過近年來這些公司相繼推出大學銷售計劃,降低了版圖設計工具的價格。高校選擇哪種版圖設計工具進行教學,則視條件而定。我校電子信息學院有2個省級實驗教學示范中心和1個省部共建實驗室,利用這些經費,我們購買了部分業內一流的EDA工具進行教學和科研。目前,我校版圖設計工具有北京華大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。
2 兩種相輔相成的實驗教學模式
我校集成電路版圖CAD課程共48學時(理論講授24學時、實驗24學時),實驗環節是本課程教學的重要部分,在有限的實驗教學時間內既要完成教學內容,又要培養學生創新能力,需要對實驗教學模式進行改革和創新。本課程實驗教學的目的與要求:與理論教學相銜接,熟練使用版圖設計工具,學會基本元器件、基本數字門電路、基本模擬單元的版圖設計,為本課程后續的課程設計環節做準備。緊緊圍繞“一個規則(版圖幾何設計規則)、兩個流程(版圖編輯流程和驗證流程)、四個問題”這條主線設計實驗內容[1,2]。要解決的4個問題分別是:(1)版圖設計前需要做哪些準備工作?(2)如何理解一個元器件(晶體管、電阻、電容、電感)的版圖含義[3,4]?(3)如何修改版圖中的幾何設計規則檢查錯誤?(4)如何修改版圖和電路圖一致性錯誤?表1為本課程實驗內容、對應學時及對應知識點。筆者設計了兩種相輔相成的實驗教學模式:系統化實驗教學模式和實例化實驗教學模式。系統化實驗教學從有系統的、完整的角度出發設計了實驗教學內容,如設計實驗3(數字基本門電路版圖閱讀)時,安排了5學時,采用3種版圖閱讀方式:讀現有版圖庫中的單元電路版圖、顯微鏡下讀版圖和讀已解剖的芯片版圖照片。針對同一內容,采用不同形式,彼此類比,加深印象,既有實物,又有動手操作,增強了直觀性和感性認識。又如設計實驗5(模擬單元MOS差分對管版圖設計)時,安排了5學時,從器件匹配的重要性入手,給出MOS差分對管的電路圖,講解具體器件的形狀、方向、連接對匹配的影響,特別是工藝過程引入器件的失配和誤差,對MOS差分對管的3種版圖分布形式(管子方向不對稱形式、垂直對稱水平柵極形式、垂直對稱垂直柵極形式)進行逐一分析,指出支路電流大小對金屬線的寬度要求,對較大尺寸的對管,采用“同心布局”結構。實例化實驗教學先提出目標實例,圍繞該實例,設計具體步驟,教師先示范,學生再模仿,如設計實驗7(集成無源器件版圖設計)時,由于集成電阻、電容和電感種類很多,不能面面俱到,要求只對多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋形電感等常用元件進行版圖分析和設計。課堂實驗的內容和課時是有限的,為此我們設置了課外實驗項目,感興趣的學生選取一些實驗項目自己完成,指導教師定期檢查。學院開放了EDA實驗中心(2007年該中心被遴選為省級實驗教學示范中心建設點,2009年12月通過省級驗收),學生對本課程很感興趣,課外使用EDA實驗室進行自主實驗相當踴躍。通過上述的實驗教學方法,特別是課外實驗項目的訓練,學生分析問題、解決問題的能力和科研素養得到了提高。
表1 課程實驗內容、對應學時及對應知識點
表1(續)
4 基于0.6μmCMOS工藝的數字門電路版圖設計 5 理解上華華潤0.6 μm硅柵CMOS幾何設計規則;學會CMOS反相器、傳輸門、與非、或非等基本門電路版圖設計;DRC檢查。
5 基于0.6 μmCMOS工藝的MOS差分對管版圖設計 4 MOS差分對管版圖設計,包括匹配原則、同心布局等,DRC檢查。
6 版圖電路圖一致性檢查 3 掌握LVS流程、LVS錯誤修改。
7 集成無源器件版圖設計 3 多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋形電感等常用元件版圖設計。
3 改革課程設計環節
課程設計是本課程培養學生工程應用能力的綜合性實踐教學環節,時間2周,集中指導,提前1個月發給學生任務書和指導書,每個班配備2名指導教師,注重過程控制。筆者在教學內容、考核等方面進行了改革和創新:在教學內容設計上,給出了必做題和選做題,在選做題中要求每位學生完成數字電路版圖1題和模擬電路版圖1題,具體題目由抽簽決定,做到1人1題,避免學生抄襲。考核成績由課程設計成果(占50%)、小論文(占30%)、答辯(占20%)三方面綜合給出。以往的課程設計報告改為撰寫科技小論文,包括中英文題目、中英文摘要及關鍵詞、引言、電路原理與分析、版圖設計過程、分析與討論、結束語和參考文獻,讓學生學習如何撰寫科技論文。精選優質小論文放在本課程網上學習資料庫里,供學生相互傳閱和學習。課程設計答辯具體要求參照畢業設計(論文)答辯要求,包括準備PPT講稿、講解5分鐘、指導教師點評等過程,每位學生至少需要10分鐘時間。學生對課程設計答辯反映相當好,鍛煉了語言組織和口頭表達能力,而且相互間可以直接交流和學習。我們還挑選課程設計成績優秀的學生參加校內集成電路版圖設計大賽。雖然課程設計的改革和實踐需要教師付出很多精力和時間,但我們無怨無悔,學生的認可和進步是我們最大的收獲。
4 精心指導學生參加課外科技競賽
目前我校學生參加的集成電路版圖設計競賽有校級版圖設計大賽以及行業協會和企業組織的版圖設計競賽等。由校教務處主辦,電子信息學院承辦的南通大學版圖設計大賽是校級三大電子設計競賽之一,每年8月底舉行,邀請集成電路設計公司一線設計人員和半導體協會專業人士擔任評委,增加了競賽的專業性和公正性,目前已經舉辦了6屆,反響不錯。從校級版圖設計大賽獲獎者中挑選一部分學生參加行業協會和企業組織的版圖設計競賽,如蘇州半導體協會主辦的集成電路版圖設計技能競賽、北京華大九天公司主辦的“華大九天杯”集成電路設計大賽,其中“華大九天杯”集成電路設計大賽將挑選優秀獲獎學生參加華潤上華的免費流片,學生經歷從電路設計、版圖設計及驗證、流片到測試各個環節,提高了綜合訓練能力。
5 加強師資隊伍建設
要提高課程實踐環節的教學質量,關鍵是指導教師要思想素質好,專業理論知識強,科研水平高,因此我們著力建立一支年齡結構、職稱合理的實踐教學隊伍。目前很多年輕教師是從校園走向校園,畢業后直接上崗指導學習實踐,缺少工程實踐經歷和經驗。為了提高教師自身的業務水平,加強對年輕教師的培養,近十年來,我院每年暑假舉行集成電路CAD技術實踐培訓班,由經驗豐富的教學、科研一線教師主講;不定期地邀請一流IC設計公司一線設計人員來院開設講座;同時挑選年輕骨干教師到一流IC設計公司學習和實踐,時間至少半年以上;現已聘請IC設計公司一線設計人員6人為兼職教師,指導課程設計和畢業設計。集成電路CAD技術日新月異,課程實踐環節師資隊伍建設必須與時俱進。
6 結束語
我校電子科學與技術專業、集成電路設計與集成系統專業2012年被評為省重點建設專業,也是江蘇省首批培養卓越工程師的專業。集成電路版圖設計是這兩個專業卓越工程師培養計劃的重要內容之一,總結和探討集成電路版圖CAD課程實踐教學意義重大,今后我們要繼續推進該課程實踐環節的建設與改革,不斷探索,為我國集成電路設計人才的培養而努力奮斗。
參考文獻
[1] 施敏,孫玲,景為平.淺談“集成電路版圖CAD”課程建設[J].中國集成電路,2007(12):59-62.
[2] 施敏,徐晨.基于九天EDA系統的集成電路版圖設計[J].南通工學院學報:自然科學版,2004,3(4):101-103.
[關鍵詞]以人為本 多元化教育 課程設計
在強調“以學生為主體,以能力為本位”,大力提倡并積極推進高校專業課程改革的今天,我們教師如何提高高校教育專業課程教學中學生學習的主動性,激發學生的學習興趣是一個永遠值得研究的課題。
一、《信息系統》課程教學面臨的困境與現狀
《信息系統》課程的授課對象是溫州醫學院信息系統與信息管理專業大四的學生。由于在實施此課程教學時學生已具有了多門計算機專業課程知識,如果教師還采用以往的教學方式——“教師講解,學生模仿”,學生們可能會缺乏積極性,導致在學習過程中不會主動參與,課堂學習就變成以前的“教師講,學生聽,最后任何作品沒留下”。為了達到教學效果的最大化,我們決定采用“以人為本”的多元化教學模式進行實踐與研究。
二、以人為本的多元化教學模式的改革內容
“以人為本”就是“以學生為主體”進行教學,以培養學生的綜合能力為本位。在實踐課程中由學生選取自己感興趣的主題去做,教師主導并幫助學生順利完成知識的建構。這樣,既能提高學生學習積極性和主觀能動性,激發學生的學習興趣,同時也杜絕了傳統的填鴨式教育。其具體內容如下:
1.以學生自愿為主,教師統籌安排為輔原則對學生進行分組,避免各小組起點水平差距過于懸殊的情況。
2.每個小組自行選出小組長并由組長分配各個組員角色及需完成的任務。
3.每個小組自行進行課程設計的選題,并向教師遞交可行性報告,經教師批準定下最終的課程設計題目。
4.組長定期向教師匯報工作進度和組員的工作表現。
5.系統完成后各小組交叉評閱,找出對方小組的優缺點,為答辯做好準備。
6.各小組進行PowerPoint演示答辯,其成績為其他組別打分和教師打分的加權和。
7.教師跟據各小組的成績,然后參考組長對小組成員的工作評價給出每個學生的最終實驗分。
8.課程設計結束后,教師總結和評價各小組的表現,并指出需要改進的地方。
9.建立一個綜合性的課程教學網站為學生提供課程資源以及行業應用實例,提供在線電子作業遞交平臺及師生間互動的電子交流平臺等。
三、改革過程中需要解決的關鍵問題
1.保持各個學生小組的平衡,避免各小組水平差距過于懸殊。我們按照學生學號順序進行了分組,如學號1~5的學生為一組,不過在分組前我們還是需要先通過輔導員了解了一下各個學生的大概情況,如果某些小組之間的確出現水平懸殊的情況,教師還是必須進行一些微調的。此外每小組的人數也是很有講究的,根據我們的實踐經驗,各小組人數以5人~6人為宜。
2.保持學生與教師之間的動態平衡。當每個項目小組完成課程設計進入個小組交叉打分階段時,如果實踐課程的最終分數完全有學生決定,可能會出現一些小組亂打分(包括故意壓分或太高分數)的現象,而致使結果有失公允。根據我們幾年上課的經驗,學生和教師各占50%的分權還是比較合適的。這樣一來我們既充分發揮學生自身的主動性,又保證了教師控制全局的能力。
3.在教學過程中,最大限度的調動學生的積極性。我們在實踐課程的每個檢查階段,對各小組的階段性工作給出正面或反面的評價之外,這樣可以激發各小組學生的好勝心。此外為了讓個小組學生能博采眾長,對其他小組設計的系統也能有個全面的認識,我們特別設置了“找茬分”,在最終答辯之前,讓各個小組交叉檢閱其他小組的系統,找到其他小組的一個缺陷則獲得一個“找茬分”。
4.教師對每個小組的總結和評價可以起到畫龍點睛的作用。教師的中肯評價可以激勵課程設計做的好的小組,也鞭笞了做的不好的小組,這樣一來有助于培養學生一個正確的榮辱觀。教師做評價的方式可以比較詼諧和多樣化,可以采用“頒獎儀式”的方式,教師頒獎同時講出每個小組的特點和獲獎理由。
5.為了使師生之間的溝通更直接和便捷,我們還建立了課程網絡教學平臺和BBS。
課程網站不僅可以用來公布教師的通知,課件等信息,還可以讓各小組的學生能夠通過這個平臺進行技術方面的交流。各小組的課程設計的成品和半成品都可以放在這個平臺上,這樣也方便其他小組的“找茬”。
四、總結
根據我們的實踐經驗,采用以人為本的多元化教學模式后, 學生的學習積極性有了很大的提高,同時也對畢業設計的整個流程有了清楚的認識,提高了學生畢業設計的質量。采取這種教學模式的優勢具體分析如下:
1.學生自己擔當工作團隊的各個角色,完成相應的任務分工。這樣,既培養了學生良好的團隊意識和集體觀念,并且可提高表達交流的能力,為畢業實習和將來的就業打下堅實的基礎。
2.各個小組互相交叉評閱點評作品,并且進行統一的演示答辯,可以使學生了解畢業設計的整個評判流程,為同學們做好畢業設計打下堅實的基礎。
3.多元化教學模式是指我們要為《信息系統》這門課建立一個綜合性的課程教學網站,豐富多彩的網頁,激發學生主動學習的興趣。學生可以通過教學平臺分享學習成果,獲得成功的喜悅。
最后經過我們統計,2010屆信管畢業生的畢業設計成績中優秀和良好的比例相加近80%,比2009屆畢業生提高了大約10個百分點,說明采取以人為本的多元化教學模式對于提高學生的畢業設計質量是很有幫助的。
參考文獻: