刘雷波：用英文教几万人设计集成电路

通讯员 曾繁尘

【教师简介】刘雷波，太阳集团tyc5997教授、博士生导师。1999年和2004年分别在清华电子工程系和微电子学研究所获得学士和博士学位。2004年留校任教，2006年、2013年和2017年分别在欧洲微电子中心、美国麻省理工学院和英国牛津大学进行学术访问。2017年起任清华微电子所长聘正教授。长期从事可重构计算芯片、硬件安全和密码芯片、VLSI数字信号处理等研究工作。先后主持863计划重点项目（首席专家）、“核高基”重大专项课题（负责人）、自然基金重点项目（负责人）、国际合作重大项目（负责人）等20余个项目。发表高水平学术论文200余篇，授权发明专利60余项、出版著作3部。曾获国家技术发明二等奖、中国专利金奖、教育部技术发明一等奖等重要奖励。

【课程简介】“数字集成电路分析与设计”主要从晶体管级和电路级讲授数字集成电路的分析与设计。以CMOS集成电路为主，从回顾基本的集成电路器件开始，讲述CMOS反相器、组合逻辑电路、时序逻辑电路分析设计、算术运算逻辑功能部件、互连线模型和互连线寄生效应，并介绍常用数字集成电路设计方法和流程，重点针对数字集成电路基本单元的各种电路类型，从电路结构原理及其面积、速度、功耗等方面进行分析和设计优化。本课程对应的线下本科生必修课在2010年被评为太阳集团tyc5997精品课，并保持该称号至今（清华本科生精品课比例小于5%）。

用英文教几万人设计集成电路

对于为什么要开设“数字集成电路分析与设计”在线课程，刘雷波有三方面的想法：

首先，集成电路已经成为影响国家综合竞争力的战略性产业，其技术水平和产业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。当前，我国正在通过多种渠道积极推动集成电路产业的发展，集成电路设计作为集成电路产业三大核心领域之一，未来必将需要大量的设计人才。这门课是集成电路设计领域的本科生核心课程，是最重要的课程之一。“既然是这个领域里如此重要的一门课，我们有没有可能扩大它的受众范围，让更多人能够加入进来？能不能让更多人投入到这个行业里来，为国家集成电路产业的发展做贡献？这是我的第一个初衷。”

其次，这门课程选用英文经典教材，授课内容和课程安排与全球顶级高校接轨，采用全英文的授课方式，让学生能够直接接触到相对领先的学科方法、思想和技术，在线教育的授课方式能让所有选课的人收获和国外同步的知识与思想。

再有，这门课在2010年就被清华评为精品课，刘雷波希望让更多人能够享受到清华优质的教育资源，了解学科最新的科研成果，慕课无疑是非常好的形式。

正是出于这三个目的，刘雷波开设了“数字集成电路分析与设计”慕课，而这门课的效果，远远超出他的预期。

集成电路在我国的学科体系中类似于一门三级学科，电子科学与技术学科下的微电子学是二级学科，再往下细分才是集成电路，这是一门实实在在的小众学科。然而，这门十分小众、也十分专业的课程，却吸引了几万人在线选课。

“我在招收研究生或招工程师来清华进行产业化工作时，时而碰到有人就说在线选修过我这门课，而且通过了。以前我没想到这种网络课程的影响力会有这么大，因为清华每年选这门课的学生很少，毕竟我们系体量比较小，学生不多。但到了社会上，居然有这么多人来听这个课，远远超出了我的预期。而且有不少学生在网上问问题、回答问题。作为老师来说，能够把知识传递给更多学生，我觉得是一件很好的事情。”刘雷波笑着说。

在线英文授课的新变化

要把一门面向清华本科学生的课程变为慕课，刘雷波付出了许多努力。特别是在课程内容和作业的设置方面。

“清华的本科学生基础比较好，接受能力也比较强。现在把课程搬到慕课上，听众可能是国内其他高校学生，也可能是国外某些高校的学生，或者是某些公司或企业的相关从业人员。大家的背景都不一样，水平参差不齐。”在这种情况下，刘雷波不可能像要求清华的本科学生一样要求线上学生。

针对选修慕课课程学生基础差异大、学习目的不同的情况，刘雷波在课程设计上，将授课内容分为电路基础、分析以及设计三个层次内容，让不同背景的学习者都有所收获。

同时，为使选修慕课的学生更好地理解课程内容，刘雷波在授课过程中特意增加了背景知识讲解、相关知识在实际电路设计中的应用等内容。

在作业设置方面，刘雷波认真梳理课程每一章、每一节的重要知识点，把相应的作业设计成为便于通过网页答题的形式，而不是传统的列式子计算；同时，刘雷波设计了不同难度的作业，使选课的学生能通过作适合自己基础的作业巩固知识。

此外，作为一门注重实践的课程，刘雷波专门安排课时讲解软件(HSPICE)的使用方法、基本测试电路的搭建方法等，从而让学生能够“用”这些方法去完成课程设计并应用到实际电路设计工作中。此外，他还将前沿科研成果作为案例穿插在课程中，以理论联系实际的方式，把学术前沿知识传授给学生。

由于课程中选用的电路设计案例与实际工程设计非常接近，能够帮助学习者在研究和工作中轻松上手，因此“数字集成电路分析与设计”不仅受到在校学生的欢迎，也受到集成电路设计工程师的青睐。

“在线教育也许是未来的趋势”

在刘雷波看来，在线教育的未来充满无限可能：“大学本身的存在，可以让更多的人获得知识、共同成长，而在互联网发达的时代，老师的思想可以超出象牙塔的范围，比如在线授课，我们可以通过这种便捷的通讯方式，把个人的知识和信息和别人分享，我觉得这是一个特别好的交流方式。”在线教育让刘雷波更加坚定地认为，授课是一件会给人带来很大乐趣和满足感的事情：“学生从中获得了知识，今后成为这个领域的中坚力量，这也是我们间接对这个行业作出的一份贡献。”

在投身在线教育领域的几年中，刘雷波也有了许多自己的感悟。

在刘雷波看来，作为一名清华的老师，开设在线课程必须要有责任感。“如果你是清华老师，那么你在自己授课的领域中，势能是比较高的。所以当你开设一门慕课，听众可能会比较多，可能别人会认为，清华老师开设的课程就应该质量很高。在这种情况下，一定要注意认真备课、字斟句酌地考虑所讲的内容、使用的素材，因为它们可能会影响一批人。包括跟人沟通的方式也不一样了，慕课的学生可能会问你学校同学不会问的问题，你要进行解答，这些都是要认真准备的。”

而这份责任心，除了体现在对课程内容的精益求精，还反映在慕课制作的每个细节之中。比如刘雷波最初对于“对着摄像机讲英文”有一些不适应，为达到满意的效果，每次正式录制前都要和助教一起排练，调整讲课的方式；为了让更多同学从这门课收益，后期又花了大量的时间为课程配了中文字幕，打消了很多同学的语言顾虑。虽然花费了大量的额外时间，但在刘雷波看来：“如果不做好这些事情，这门课就不能达到最好效果，反而会让人觉得课程水平不高，课程可能就不会被人接受。所以这方面需要做大量的工作。”

为了更好地维护课程，以满足每学期新选课学生的需求，刘雷波一直保持着课程内容和设计的更新：“开完课就不管是不行的，课程的维护是一个长期的过程，需要持续地投入和努力。”

在过去一年中，刘雷波对课程进行了诸多完善，包括习题更新、课件更新、考试题目更新等。为了提升线上、线下课程质量，他多次组织清华本科学生参与线上课程学习和线下面对面答疑及讨论活动，同时，还建立了课程微信群、讨论区等，对线上、线下课程进行充分的交流。

未来，刘雷波还考虑将自己的研究生课程“超大规模集成电路数字信号处理”以慕课的形式推出，这门课可以被看作是“数字集成电路分析与设计”的进阶课程，将教会学生如何进行数字信号处理，并将这一技术应用于人工智能、物联网、云计算或大数据分析等领域。

相信未来还会有更多人，会从这些在线课程中受益。

（清华新闻网11月22日电）

供稿：在线办 编辑：宁宁 审核：襄楠