某某大学第四届青年教师教学竞赛教学设计

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1、附件 c某某大学第四届青年教师教学竞赛实施方案竞赛内容及流程以“上好一堂课，上好一门课”为竞赛理念，本次竞赛 由教学设计、课堂教学和教学反思三部分组成，成绩评定采 用百分制，三者权重分别为 15%、80%、5%。计算方式：教学 设计 15 分+课堂教学 80 分+教学反思 5 分=100 分。竞赛内容及方法（一）教学设计参赛教师需提交以下材料：1. 参赛课程的教学大纲；2. 参赛课程 5 个学时的教学设计，主要包括题目、教 学目的、教学思想、教学分析（内容、重难点）、教学方法 和策略以及教学安排等。所选取的 5 个节段在全部课程中应 基本均布；(范例见附件 1-1)3. 参赛课程 5 个教学节

2、段的目录；4. 参赛课程 5 学时相对应的 5 个课堂教学节段的 PPT 。 具体评分标准见附件 1-2。（二）课堂教学课堂教学时间为 20 分钟。评委主要从教学内容、教学 组织、教学语言与教态、教学特色四个方面进行考评。竞赛 由承办单位组织青年教师观摩，参赛选手面对评委和观众进 行课堂教学。参赛选手可根据课程需要，携带教学模型、挂 图、激光笔等器具。具体评分标准见附件 1-3。（三）教学反思参赛选手结束课堂教学环节后，结合本节段课堂教学实 际，从教学理念、教学方法和教学过程三方面着手，现场进 行 5 分钟的教学反思，要求联系实际、思路清晰、观点明确、 表达流畅。不允许用赛前准备的书面或电子资

3、料。具体评分标准见附件 1-4。附件：1-1 某某大学第四届青年教师教学竞赛教学设计（范例） 1-2 某某大学第四届青年教师教学竞赛教学设计评分表 1-3 某某大学第四届青年教师教学竞赛课堂教学评分表 1-4 某某大学第四届青年教师教学竞赛教学反思评分表附件 1-1某某大学第四届青年教师教学竞赛教学设计（范例） VLSI 数字通信原理与设计课时 4：重定时技术授课题目学情分析教学目标重定时技术（选自教学内容第三章：重定时）一、学生知识背景学生在之前已修“计算机体系结构”和“数字逻辑”，对流水线技术有所了解。 二、学生特点分析本节课授课对象为微电子本科三年级学生，具有一定专业基础，可以很快理解

4、与掌握知识点，但自主学习的能力与灵活运用原理的能力不足，需要教师实际引导。 三、教学内容分析本次教学内容为重定时的基本概念和作用，引导学生能够运用 k 倍降速的割集 重定时方法，提升系统的处理能力。在此次授课的过程中采取将教师与学生结合起 来的教学方式，教授讲授完课程之后，由学生就相关知识点发表自身的看法，增加 了学生在课堂上的参与度。学生根据课前相关文献的阅读对重定时有一定了解后， 可以为之后教师授课奠定良好的基础。培养学生独立发现问题、分析问题、解决问 题的能力。本节内容难度适中。一、认知目标学生能够描述重定时的基本概念和作用，区分割集重定时、节点重定时和流水 线重定时。二、技能目标学生能

5、够运用 k 倍降速的割集重定时方法，提升系统的处理能力。三、情感目标介绍当芯片设计完成后，如果实际的工作频率距离目标还有少量差距，若重新教学思想教学内容教学重点教学难点教学方法教学策略再做可能要花费数个月的时间，此时可以利用重定时的手段，通过平衡每一段路径 的延迟，少量地提高系统工作频率。使学生能够针对不同的目标应用采用不同的解 决方法，追求卓越，培养学生的工匠精神，同时增加对本专业的兴趣。1. 鼓励学生运用相关技术进行数字信号处理算法 VLSI 设计，帮助他们将所学知 识熟练地应用于学习生活中去。2. 引导学生独立发现、分析和解决问题。3. 训练学生清晰思考和语言文字准确表达的能力，提高学生

6、对知识掌握的能力。 1. 重定时的基本概念。2. 重定时的方法。3. 重定时的作用。4. 重定时的应用。重定时的方法：割集重定时、节点重定时、流水线重定时、k 倍降速的割集重定时 重定时的数学定义。1. 文献指导法：在授课之前，给学生推荐与重定时有关的书籍或者期刊论文，让 学生对重定时有一定的了解。2. 小组讨论法：给学生提问：既然有了流水线，为什么还要学习重定时技术？根 据课前推荐的相关文献和课堂的授课内容，让学生分组讨论，引导学生积极思 考问题。3. 案例分析法：分析与重定时有关的典型案例，给学生重点讲解难点，指导学生 更好地运用知识点解决问题。1. 提前上传课堂 PPT ，让同学提前了解

7、本节课程基本内容；并推荐相关文献，供 学生课前阅读。2. 以平衡速度、面积和功耗为驱动，引入重定时的应用。3. 设置学生汇报这一环节，对相关知识点发表自己的观点，让学生成为课堂的中 心。4. 针对教学难点 ，首先阐述重定时的数学定义的意义在于，面对大规模的电路时， 可以通过把它转成数学模型，通过数学的方式来做寄存器的权衡，从而利用工 具来自动实现重定时。然后配合 PPT 动画和具体例题来对重定时的数学定义进行详细讲解。教学过程教学要旨：为了达到更快的运行速度，可以在关键路径插入流水线寄存器，所付出的主要代价就是面 积变大。相反，在有些情况下不需要那么快的运行速度，而是想减小面积，可能需要撤去某

8、些 流水线，以减少延时的数目。为了能在各个性能指标之间进行灵活的折中，就希望能制定一套 增加或减少系统延时数目以及改变系统延时分布的方法，重定时技术就应运而生了。首先，介绍重定时技术的基本概念，通过实例的讲解，介绍重定时的基本规则及其性质。 然后引出两种重定时：割集重定时和流水线重定时。接着通过具体例子详细讲解割集重定时的 过程，借助数据流图来帮助学生形象理解割集重定时的过程，并辅助板书，清晰展示教学思路。 然后引出割集重定时的一个特例：节点重定时。同样，通过数据流图讲解其过程，引导学生自 己思考，把前面割集重定时的思路举一反三，巩固学习到的知识。接着引出重定时在流水线上 的应用：前馈割集重定

9、时，再扩展到 k 倍降速后的割集重定时。通过一个三阶格型滤波器的例 子，加深对重定时的理解，掌握重定时的方法。然后讲解重定时的两个作用：加快速度和减小 面积。通过一个简单数据流图的例子，形象的说明重定时的作用，使学生对重定时能够全面认 知。接着讲解两个课后习题，巩固割集重定时和 k 倍降速重定时，通过提问，了解学生的掌握 情况，对学生掌握不够的知识点着重讲解。最后对本讲内容进行概括性总结。一、重定时的背景介绍 （3 分钟）1. 首先提出一个芯片制造中的常见问题：当电路设计完成后，发现时钟频率差一 点达到要求，那么该如何解决？2. 然后通过回顾流水线技术，提出流水线技术会带来面积增大的问题，从而

10、引出教学安排重定时技术能够通过减少关键路径和寄存器数目来减少面积。二、重定时的基本概念 （7 分钟）1. 重定时技术的定义：是一种变换技术，在不改变系统的输入输出特性的前提下， 改变电路延迟元件的配置。2. 延时单元可以在所有输出与所有输入之间移动，主要方法是减少关键路径与寄 存器数量。3. 最后给出一个三级流水线的具体实例帮助学生理解重定时如何改变关键路径和寄存器数目。三、重定时的分类（13 分钟）1. 最基本的重定时是割集重定时，给学生讲解割集重定时，并用图表法进行展示：具体方法： 在一个方向的边上增加延时。 在另外方向的边上减少同样的延。2. 用框图强调节点重定时和流水线是割集重定时的特

11、例。节点重定时。 r r r 流水线重定时3. 扩展到 k 倍降速后的割集重定时。通过一个三阶格型滤波器的例子，加深对重 定时的理解，掌握重定时的方法。四、重定时的数学定义和性质 （20 分钟）1. 重定时的数学定义 用有向图 G 表示电路：顶点𝑣表示组合逻辑单元，顶点值表示组合逻辑的延迟。边𝑒表示两组合逻辑间的连接，权重𝑤表示边上的寄存器数。 重定时：将一个电路 G 映射到一个重定时电路 G ，即 G G 重定时值：每个节点 V 的重定时值 r(V) 用来表征 G G 的重定时解。 重定时方程：用来确定节点 U 到 V 的边 U V 重定时后的

12、权重。即：𝑤𝑟(𝑒 ) = 𝑤 (𝑒 ) + 𝑟(𝑣 ) 𝑟(𝑢 ) 路径权重 W：从顶点𝑢 到𝑣任一路径的最小寄存器数。 路径延迟 D ：从顶点𝑢到𝑣任一包含 W 路径的最大延迟。2. 重定时的算法已知：𝑤(𝑒), 𝑊(𝑢,𝑣), 𝐷(𝑢,𝑣)，目标时钟周期&#

13、119879;目标：求一组重定时值𝑟(𝑣 )约束： 重定时后任意边的寄存器不小于 0，即𝑤𝑟(𝑒 ) = 𝑤 (𝑒 ) + 𝑟( 𝑣 ) 𝑟(𝑢 ) 0 对于路径延迟𝑫(𝒖,𝒗)𝑻 的边，关键路径上至少有一个寄存器，即𝑟(𝑣 ) 𝑟(𝑢 ) 𝑊 (𝑢, w

14、907; ) 1给出重定时算法的流程图如下：0 1 k k 0r 3. 用 IIR 滤波器为例，详细讲解割集重定时的过程，使学生可以阐述重定时方程 的作用。同时给出重定时的实际应用，以 Xilinx Vivado 2016.3 为例，介绍如何 使用工具进行重定时。4. 根据重定时方程归纳重定时性质 对于重定时的路径 p= V V V ，只与路径起始、终止节点的 重定时值相关。 重定时不改变环路中的总延迟数：因为环路的 V =V 重定时不改变 DFG 的迭代边界 T ：T =TL/W ，因为环路的运行时间和延 迟数都不变化。 所有节点重定时值 r(V)都增加常数值 j，重定时映射 G G 不变。

15、五、课堂总结 （2 分钟）总结本节课程内容，布置作业巩固割集重定时和 k 倍降速重定时。教学流程设计节点重定时上课上一讲内容回顾本章知识框架及学习目标介绍重定时的重要作用重定时的基本概念割集重定时流水线重定时举例重定时的数学定义重定时的算法K 倍降速后的割集重定时否学生是否掌握是本章总结，布置作业2. 重定时方程：约 束条件教学内容板书设计讲解重定时技术的基本概念，并说明 其主要的功能。重定时技术可在不改 变系统输入输出特性的前提下，改变1. 重定时的功能a. 改变时钟频率 b. 改变寄存器数目板书设计电路延迟单元的配置讲到重定时的数学求解时，给出重定时方程，并阐明两个约束条件： 1. 重 定

16、时后每条边的延迟不小于 0；2. 关键 路径上至少有一个延迟以IIR滤波器为例，运用重定时方程进 行求解。首先通过调整每个节点 v的 重定时值r(v)，将电路G映射为Gr，再 根据约束条件选出适合的方案习题 1，习题 11= + 𝒗 𝒖 关键路径延迟03. 重定时方程的具体应用：调整权重，将 电路G映射为Gr，同时满足约束条件课程作业思考题参考文献教学评价习题 1 考察迭代边界的计算方法、关键路径的计算和流水线重定时的方法；习题 11 考察流水线重定时的方法以及 k 倍降速后的重定时方法。割集重定时中常用的技术是𝑘 倍降速。𝑘 倍

17、降速在重定时前把每个寄存器换为一组𝑘 个寄存器，从而方便后续重定时优化。通过阅读文献回答 𝑘 倍降速的优点和缺点是 什么？N. Weaver, Y. Markovskiy, Y. Patel, J. Wawrzynek. “Postplacement C -slow retiming for the Xilinx-Virtex FPGA”. Eleventh ACM International Symposium on Field Programmable Gate Arrays, 2003: 185-194.教学过程的评价1. 同学们的投入程度：通过观察同学们

18、的专注度，并辅以“割集重定时、节点重 定时和流水线重定时有什么区别”等问题。2. 教学目标的完成情况：在割集重定时例子中请同学分组完成，并到讲台进行展 示。教学结果的评价1. 根据作业的完成情况总结大家对知识点的掌握情况。本章重点词汇1. 重定时（Retiming）2. 割集重定时（Cutset Retiming ） 3. 节点重定时（Node Retiming）附件 1-2某某大学第四届青年教师教学竞赛 教学设计评分表选手编号：项目教学设计方案（15 分）评委签名评测要求符合教学大纲，内容充实，反映学科前沿。 教学目标明确、思路清晰。准确把握课程的重点和难点，针对性强。教学进程组织合理，方法

19、手段运用恰当有效。 文字表达准确、简洁，阐述清楚。分值22542合计得分得分注：评委评分可保留小数点后两位。（32 分附件 1-3某某大学第四届青年教师教学竞赛 课堂教学评分表选手编号:项目评测要求理论联系实际，符合学生的特点分值8得分教学内容注重学术性，内容充实，信息量大，渗透专业 思想，为教学目标服务10（32 分） 反映或联系学科发展新思想、新概念、新成果 重点突出，条理清楚，内容承前启后，循序渐进 教学过程安排合理，方法运用灵活、恰当，教学设计方案体现完整31111教学启发性强，能有效调动学生思维和学习积极性11课堂教学（80 分）组织 教学时间安排合理，课堂应变能力强熟练、有效地运用

20、多媒体等现代教学手段 板书设计与教学内容紧密联系、结构合理，板书与多媒体相配合，简洁、工整、美观、大小适当343语言教态（11 分）教学普通话讲课，语言清晰、流畅、准确、生动， 语速节奏恰当肢体语言运用合理、恰当，教态自然大方 教态仪表自然得体，精神饱满，亲和力强542特色 教学理念先进、风格突出、感染力强、教学效果好 （5 分）评委签名注：评委评分可保留小数点后两位。5合计得分附件 1-4某某大学第四届青年教师教学竞赛 教学反思评分表选手编号：项目评测要求分值得分教学反思从教学理念、教学方法、教学过程三方 面着手，做到联系实际、思路清晰、观 5（5 分） 点明确、表达流畅。评委签名注：评委评分可保留小数点后两位。合计得分