發(fā)布時間：2020-02-08所屬分類：教育職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：集成電路設(shè)計作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，其改革和探索是人才培養(yǎng)的重要保障.在新工科的要求下，結(jié)合創(chuàng)新思維與理念，針對課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實踐環(huán)節(jié)、校企合作和人才隊伍等方面存在的問題展開研究與探索，對當(dāng)前存在的問題進(jìn)行了
摘要：集成電路設(shè)計作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，其改革和探索是人才培養(yǎng)的重要保障.在“新工科”的要求下，結(jié)合創(chuàng)新思維與理念，針對課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實踐環(huán)節(jié)、校企合作和人才隊伍等方面存在的問題展開研究與探索，對當(dāng)前存在的問題進(jìn)行了分析，并按照人才培養(yǎng)目標(biāo)與要求，進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，以滿足國家對創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的需求.
關(guān)鍵詞：新工科;集成電路設(shè)計;課程改革
集成電路是人類發(fā)展史中的重要發(fā)明之一.現(xiàn)代電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，離不開集成電路的高速發(fā)展，集成電路的發(fā)展水平已經(jīng)在一定程度上反映了一個國家的科技發(fā)展水平[1-3].集成電路產(chǎn)業(yè)是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)[4-6].集成電路從小規(guī)模起步，經(jīng)過中規(guī)模集成，發(fā)展到大規(guī)模集成，近十幾年又提高到超大規(guī)模和特大規(guī)模時代[7-8].集成電路的快速發(fā)展，離不開集成電路人才的培養(yǎng)，目前集成電路設(shè)計人才短缺已成為制約其發(fā)展的瓶頸之一[9-10].高等學(xué)府作為培養(yǎng)國家科技人才的基地，可以從本科專業(yè)的設(shè)置和課程的建設(shè)，來支持國家的實業(yè)振興.在新工科建設(shè)中，把培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才已經(jīng)提到了首位.而集成電路設(shè)計作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程之一，就必須改變過去的課程培養(yǎng)體系、教學(xué)模式和實踐方式，并以實踐和動手能力培養(yǎng)為主，在新的課程設(shè)置和教學(xué)模式下，按照集成電路發(fā)展規(guī)律，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和動手能力.
1 課程教學(xué)現(xiàn)狀
1.1 課程內(nèi)容存在不足
1.1.1 課程體系 目前該課程是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的選修課，為學(xué)生知識拓展，以及能力提升之用.集成電路設(shè)計設(shè)置在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)大三第 2 學(xué)期，修完的專業(yè)基礎(chǔ)課只有模擬電子電路、數(shù)字電子電路、電路分析、理論物理基礎(chǔ)和半導(dǎo)體物理，對集成電路設(shè)計課程來說，還缺少必要的固體物理、晶體管物理以及量子力學(xué).此外，也沒有集成電路設(shè)計相關(guān)的專業(yè)課，如集成電路工藝、集成電路設(shè)計 CAD、集成電路封裝與測試等專業(yè)課.若沒有集成電路專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)就比較吃力，教師講授也相對較困難，也就是說，不管對教師教學(xué)，還是學(xué)生學(xué)習(xí)，都沒有很好的知識體系框架的保障.
1.1.2 課程內(nèi)容 根據(jù) 2017 版《電子科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)人才培養(yǎng)方案要求，教材選用高等教育“十一五” 國家級規(guī)劃教材——電子工業(yè)出版社出版的《集成電路原理及應(yīng)用》[11]，教學(xué)內(nèi)容要求見表 1.從表 1 可以看出，課程要求的大多數(shù)是模擬集成電路的原理及應(yīng)用，對數(shù)字集成電路介紹相對較少，同時每章的課時分配也比較少，特別第 4~7 章模擬集成電路的功能電路.這樣，教師講授課程內(nèi)容節(jié)奏就比較快，學(xué)生能理解和掌握的知識就少了.因此，學(xué)生很難短時間接受新知識，內(nèi)化新內(nèi)容.
1.2 實踐環(huán)節(jié)偏少
集成電路設(shè)計課程應(yīng)用性較強，特別是要求掌握的實際動手環(huán)節(jié)較多，但目前只配置了一門實驗課，而且沒有課程設(shè)計之類的教學(xué)實踐環(huán)節(jié)輔助.集成電路設(shè)計實驗也只設(shè)置為 6 個實驗?zāi)K，每個模塊也只有一種電路形式，每個班級一個實驗?zāi)K也僅有 1.5 的學(xué)時.并缺少大型的實驗平臺和相應(yīng)的模型器件，來培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新精神.這樣很難讓學(xué)生真正體會到設(shè)計的樂趣，以及課程內(nèi)容及公式的真正意義.對學(xué)生以后走向社會的就業(yè)、創(chuàng)業(yè)都有一定程度的影響.
1.3 校企合作欠缺
1965 年 Gorden E. Moore 提出了著名的摩爾定律，即集成電路的集成度，每隔 18 個月增加一倍，也就是說，集成電路產(chǎn)業(yè)的更新速度非常快.當(dāng)然，產(chǎn)業(yè)的更新離不開知識的更新，特別是前沿技術(shù)的學(xué)習(xí).企業(yè)是產(chǎn)業(yè)或產(chǎn)品發(fā)展的試金石，企業(yè)的發(fā)展更離不開前沿技術(shù)的研發(fā)，所以企業(yè)掌握著大量的前沿信息和技術(shù).高校所講授的課程內(nèi)容，基本上都來自書本，而書本的理論和技術(shù)，可能都是前幾年，甚至是前幾十年的經(jīng)驗總結(jié)和理論分析.在實際的教學(xué)中，要想讓學(xué)生具有創(chuàng)新精神，就需要學(xué)生掌握先進(jìn)的開發(fā)和設(shè)計經(jīng)驗.而人才培養(yǎng)方案或?qū)嶒瀸嵺`教學(xué)中，剛好就缺少這一重要環(huán)節(jié).
1.4 專業(yè)教師缺乏專業(yè)的教師團隊和先進(jìn)的管理模式是專業(yè)人才的重要保障.電子科學(xué)與技術(shù)教研室目前在職教師 12 人，其中具有微電子學(xué)專業(yè)背景的教師 3 人，且研究方向各有不同.若按照集成電路人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，專業(yè)教師嚴(yán)重不足，并且同一課程講授 3 年以上的，具有豐富教學(xué)經(jīng)驗的教師，更是鳳毛麟角.
2 課程教學(xué)改革措施
2.1 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化
集成電路設(shè)計教學(xué)中，對該領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)要求較高，適當(dāng)增加固體物理、量子力學(xué)和晶體管物理的課程設(shè)置，讓學(xué)生掌握必備的電路結(jié)構(gòu)、功能和設(shè)計過程中的基礎(chǔ)知識，增加集成電路測試、工藝和封裝等領(lǐng)域的專業(yè)課.并根據(jù)電路設(shè)計過程的需要，掌握在各個階段所采用的工具軟件.現(xiàn)有的集成電路設(shè)計課程中，模擬集成電路知識占課程內(nèi)容的 89%，其中由集成運放構(gòu)成的集成電路分析占總內(nèi)容的 67%.在現(xiàn)有總課時的基礎(chǔ)上，加大集成運放構(gòu)成的集成電路模塊的講授課時，例如：可把集成運放的基礎(chǔ)知識提升至 8 課時，模擬集成電路的線性和非線性應(yīng)用各自提升至 9 個課時，模擬集成電路模塊電路各自按 6 個課時講授，預(yù)留 4 個課時給學(xué)生熟悉專業(yè)軟件的使用，進(jìn)行電路設(shè)計指導(dǎo).因此，為了實現(xiàn)人才培養(yǎng)方案的要求和滿足社會的需求，提高電子專業(yè)的本科教學(xué)質(zhì)量，需重新審視和規(guī)劃課程安排和課時分配.
2.2 實踐環(huán)節(jié)改革
在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的背景下[12]，如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力，已成為大學(xué)教育教學(xué)改革的方向.在“新工科”實踐要求下，更是把學(xué)生的專業(yè)實踐動手能力作為教育教學(xué)的目標(biāo)之一.集成電路行業(yè)發(fā)展日新月異，但學(xué)校固有的理論教學(xué)傳統(tǒng)卻根深蒂固.為了改變這一局面，必須加大教學(xué)中實踐環(huán)節(jié)的投入.在現(xiàn)有集成電路設(shè)計實驗課程基礎(chǔ)上，再增加 18 學(xué)時，以增加集成電路功能模塊的設(shè)計，如穩(wěn)壓電源、濾波器和 A/D 器件等實驗.此外，可引進(jìn)先進(jìn)的實驗操作平臺，使學(xué)生不僅可以學(xué)會仿真，也可以進(jìn)行實際操作，如設(shè)計、制版和測試等.并且在理論和實驗課程結(jié)束后，增加一個系統(tǒng)性、綜合性較強的課程設(shè)計，對整本書所講授的電路，可以設(shè)計成大的組合電路，完成相應(yīng)的功能，并盡可能把課本中的單元電路都涉及到.這樣，不僅能進(jìn)一步理解理論知識，而且也能提高學(xué)生自身的動手設(shè)計能力，對學(xué)生以后的就業(yè)有一定的幫助作用，又為學(xué)生提供了創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識的平臺.
2.3 教學(xué)模式改革
改變現(xiàn)有的以理論講授為主，實驗仿真為輔的教學(xué)方式.在課堂上，以教師問題引導(dǎo)為主，學(xué)生自學(xué)和回答問題為輔的互動教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性.教師利用專業(yè)的仿真軟件，根據(jù)課程內(nèi)容的理論分析，進(jìn)行動態(tài)仿真分析，并以實驗圖片與理論分析對比，加深學(xué)生對課本內(nèi)容的理解，也讓學(xué)生學(xué)會了專業(yè)仿真軟件的使用方法.不僅可以加深理論知識的學(xué)習(xí)，而且可以培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)有理論進(jìn)行設(shè)計仿真的能力.
2.4 校企合作培養(yǎng)
根據(jù)“資源共享、優(yōu)勢互補、共同發(fā)展”的原則，以提高大學(xué)生的專業(yè)水平和動手能力為目標(biāo)，加大與企業(yè)的交流和合作.定期邀請大中型企業(yè)，集成電路設(shè)計領(lǐng)域的設(shè)計師到學(xué)校進(jìn)行前沿技術(shù)介紹、集成電路設(shè)計與測試方法，以及企業(yè)運行模式和考核辦法講座，讓學(xué)生真正了解企業(yè)，指導(dǎo)學(xué)生該學(xué)什么及怎么學(xué).積極開展第二課堂，深入企業(yè)，拜師學(xué)藝，可讓學(xué)生體驗下企業(yè)的工作氛圍，以及如何工作，如何設(shè)計.讓平時的理論學(xué)習(xí)活起來，也讓學(xué)生真正感受設(shè)計出成果的樂趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的動力.可適當(dāng)組織企業(yè)員工與大學(xué)生的知識競賽，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的不足，激勵學(xué)生和教師不斷成長.
2.5 適當(dāng)引進(jìn)專業(yè)技術(shù)人才
我國集成電路產(chǎn)業(yè)近幾年發(fā)展迅速，集成電路相關(guān)產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，集成電路設(shè)計企業(yè)的薪酬待遇有較大優(yōu)勢，高學(xué)歷的畢業(yè)生大部分都選擇留在一二線城市的大中型企業(yè)和研究所.作為省屬高校，對高學(xué)歷人才的吸引力度不足，可以適當(dāng)引入具有集成電路專業(yè)的碩士研究生和企業(yè)的專業(yè)技能人才，充實教師隊伍，彌補實踐教學(xué)的不足，提升大學(xué)生的實踐能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新水平.
2.6 課堂教學(xué)方法改革
在課堂教學(xué)時，轉(zhuǎn)變過去滿堂灌的講授教學(xué)法，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和各種在線學(xué)習(xí)平臺，采用啟發(fā)式、趣味性的混合教學(xué)方法.改變過去教師上課時，只需一根粉筆、一個黑板就可以授課的模式.不僅教師講得辛苦，而且學(xué)生也聽得困難.學(xué)生被動地學(xué)習(xí)，掌握和理解的內(nèi)容自然就比較少.因此，必須發(fā)揮學(xué)生在課堂中的主體地位，激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性和主動性.例如：教學(xué)時，利用“雨課堂”等軟件，增加教師與學(xué)生的互動，并對課堂信息進(jìn)行統(tǒng)計，分析學(xué)生的掌握理解情況，并適當(dāng)增加知識性的趣味游戲，讓學(xué)生“樂學(xué)”起來，最終達(dá)到掌握知識的目的.
3 結(jié)語
集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)是我國經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，也是電子、通信和測控等領(lǐng)域發(fā)展的基石.集成電路設(shè)計人才的培養(yǎng)也是事關(guān)國民經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵.本文根據(jù)“新工科”的發(fā)展要求，按照人才培養(yǎng)方案目標(biāo)，針對目前集成電路設(shè)計專業(yè)課程的實際情況，分析了課程體系、實踐環(huán)節(jié)中存在的主要問題，對電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的集成電路設(shè)計課程進(jìn)行了改革，并對課程內(nèi)容等多方面進(jìn)行了優(yōu)化.為學(xué)校工科的發(fā)展，以及創(chuàng)新型和應(yīng)用型的設(shè)計人才的培養(yǎng)，進(jìn)行了有益的探索和實踐.
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