“知行合一”提高工科生工程能力

天津理工大学 刘慧敏 苏 林 刘 君

“知行合一”提高工科生工程能力

天津理工大学 刘慧敏 苏 林 刘 君

集成电路行业是一个工程实践性非常强的行业，提高学生在工程实践中的职业能力尤为重要。在现有的教育教学体系下，探索了新型的教学学习模式，应用知行合一的教育理念，通过参加集成电路大赛，以赛代练，使学生成为学习的主人，全面培养了学生的工程实践能力，通过实际的教学学习过程探讨和总结了提高工科生工程实践能力的新思路。

教学学习模式；工程实践能力；知行合一

1 问题的提出

集成电路(Integrate,Circuit, IC)设计是多学科交叉高技术密集的学科，是现代电子信息科技的核心技术，是国家综合实力的重要标志。目前国内外对集成电路相关人才需求不断增加。而由于IC行业的高资金投入，使得许多高校的教师无法实现为学生提供对集成电路全流程的认识实践机会，使教学内容、方法只能停留在理论知识环节，存在着脱离实际和产学脱节的问题。目前许多本科生由于人数多、尤其是集成电路行业涉及企业的知识产权的保护，无法或很少能直接给本科生提供合适的实践实习的锻炼机会，不能及时的满足为企业输送有一定实践经验的人才，延长了人才培养周期。如何找到合适的切入点一直是困扰高校和企业的难题。而恰在此时，华大九天杯大学生集成电路大赛，为高校教师和学生开启了一扇窗户，为学校和企业的搭建了一个非常及时的平台。我校自2012年连续四年参加了集成电路大赛，取得了一点点成绩，更重要的是使学生真正认识了解了集成电路专业的魅力所在。下面就我校参加集成电路大赛的一些感受和大家一起分享：

2 国内外工程教育模式比较分析

在国外由麻省理工学院(MIT)和瑞典皇家工学院等发起．现已运用到几十个大学的众多专业．并获得产业界认可的CDIO教育模式，CDIO代表构思(Coneeive)、设计(Design)、实施(Implement)、运作(Operate)。以产品从研发到运行的生命周期为载体让学生以主动的、实践的、与课程之间有机联系的方式学习掌握知识。培养学生的学术知识、职业道德和运用知识解决问题的能力、终生学习能力、团队交流能力和大系统掌控能力，这种教育模式已成为了一种成熟的模式，对培养高级工程师是非常合适的，迄今已有几十所世界著名大学加入了CDIO国际组织，这些学校采用CDIO工程教育理念和教学大纲开展教学实践，取得了良好的效果[1-3]。

在我国高校具有全球最好最大的工科生源，具有巨大的工科教育规模，然而由于诸多的原因使得学校培养的工科生不能很快的适应企业的需求，虽然目前我国的高等教育教学的课程与国外的大学基本类似，但是我们的学生上手慢，到企业容易出现不适应，有时还需要企业重新培训。我们培养的学生理论深度完全是足够的，但缺乏的是与时俱进的工程实践的教学学习模式，从而导致大多数学生只会考试，做题，一面对实践的东西便会感到茫然，不知所措，不能很好的将理论联系实际。

我们知道“知”和“行”是人们认识世界过程中密切关联的两个方面，“知”是说人对客观事物的了解，对客观世界的认识；“行”是说人的行为、行动，是人的生命活动和社会实践。因此我们采用知行合一的教育理念，结合本校学生的特点，探索了新型的教学学习模式，借助参加集成电路大赛来提高学生的工程实践能力。

3 知行合一新型培养模式实施

3.1 以小见大，激发学生的学习热情

集成电路专业的课程任务重，技术门槛高，许多学生在传统的教学模式下需要学习大量的专业理论知识，对其中的许多微观的机理无法正确的理解，从而造成学习兴趣下降，或者是心有余而力不足。

结合大赛的要求，我们对参赛选手的任务进行分解，化整为零，使学生从小处着手掌握基本技能和方法后全面推开并提升其能力。无论是完成大任务还是小任务，我们都采用以下方法：一方面，使学生利用网络资源、EDA工具，通过观察实验现象然后去理解相关的理论知识，做实验探究，通过自己的努力去探索,去发现,让学生学会通过调查分析、实验验证、整理思想等途径，全方位掌握相关知识，以加深对相关知识的理解。另一方面，及时解决学生在学习过程中提出的海量低端问题，使其的迷茫点降到最低，快速进入到集成电路设计的状态中来，通常许多学生刚开始时没有任何头绪，不知从何下手，但一旦入门后，往往会激发起学生强烈的欲望。

经过一系列标准IC设计流程的训练，虽然学生设计的只是一个小小的模块，但他们能够切实的感受到IC设计的魔力，深深的提起了学生对这一方面的兴趣，不积跬步，无以成江海，只有这样积少成多，才会为将来设计更大更复杂功能更强大的芯片打下了坚实的基础！

3.2 以赛代练，使学生成为学习的主人

IC设计是一个系统工程，要用高屋建瓴的眼光统筹设计，通过大赛的练习发现学生由于缺乏对于相关理论深入的理解常常会使其研究进入误区，或者重复别人走过的道路。这时需要老师的及时指导，使学生慢慢形成了先读书后做研究等良好的习惯。许多学生本来以为自己之前的学习还不错，理论考试分数也很高，但是真正到了实践运用上便显得力不从心了，才发现自己的只是没有学透用透，在解决问题时力不从心。

大学生集成电路大赛是结合企业给学校出题目，提问题，学生通过比赛可以加强工程实践意识，以赛代练。以往我们的教学为了使学生掌握主要的知识点，在许多地方都进行了近似或忽略，而在工程实践中这些都是不能忽略的，有许多在实践中必须要面对的问题，学生通过参加大赛学会了能从工程的角度出发做出分析判断，注重解决问题的实用性、有效性、经济性。虽然短短的几个月时间，学生接触了海量的信息，从中学会了进行整理信息和分析方法，为我们以后开展其他科研活动打下了良好的基础，学生逐步学会了利用所学的知识，结合实践来解决问题。

目前我们的教学基本上还是老师讲学生听，学生的主动性不强。授人以鱼，不如授人以渔。学生应当学会能在不同的情境下应用知识的能力，能根据自身得到的反馈信息来形成对客观事物的认识，并由此得出解决问题的方案。通过参加大赛，学生带着任务去探索学习所要学的内容，能够主动的用基础理论知识去解决工程实践的问题，将理论和实践知识相结合，随着项目的实施不断地揭示了学生的理论缺陷，也促使他们能主动的进行及时补充，在学习过程中真正成为了学习的主人。

3.3 团结合作，化有形任务为无形力量

当下我们许多学生都是独生子女，团队意识淡漠，合作意识不强。然而IC设计是一个集体智慧合作的结晶，企业更多的是需要会合作的员工，这就需要我们教育工作者注意培养学生的合作能力。集成电路大赛需要几个学生通力配合合作，才能如期的完成任务。通过参加比赛学生深深体会到了团结合作的重要性。“众人拾柴火焰高”，为了如期的完成任务，学生结合自身的特点，对任务进行明确分工，作品的设计需要出自团队所有人内心的想法，作品的每一点都体现着他们自己独特的想法。从开始，从原理图到版图，他们都把作品当做一个艺术品，通过集体探讨相关问题，这样不仅提高了工作效率，还让他们对所选任务的性能有了更深入的了解。

经过一段时间的努力，学生感觉参加大赛就像是一次实习，或者说像他们在工作一样。每个团队在公司里接到任务，然后大家分工合作，相互讨论交流，如何形成最有效的配比，如何提升性能，提高集成度……就这样将有形的任务化为了无形的力量。

4 总结效果

在2012、2013、2014、2015年举行的北京集成电路设计大赛中我校学生多次分别获得一等奖、二等奖、三等奖的好成绩。更重要的是许多学生能够逐步改变以往被动的学习方式，能够发挥其学习的特长，在此基础上有所新发现。集成电路大赛为学生的综合实践能力的提高奠定了良好的基础。目前我校的部分学生在一些集成电路企业从事相关工作，通过用人单位的反馈信息来看对我们学生具有的职业能力是认可的。还有一些学生还进入到其他兄弟院校进行研究生的学习，通过跟踪调查，反馈回来的信息表明我校的学生上手比较快，其深入学习的能力也还是不错的。

[1]王刚．CDIO工程教育模式的解读与思考[J]．中国高教研究,2009(5):86-87．

[2]王天宝,程卫东．基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践[J]．高等工程教育研究,2010(1):25-31．

[3]陈祝,王天宝,聂海．基于CDIO工程教育理念的微电子工艺课程建设[J]．实验室科学,2012,15(1):32-34．

刘慧敏（1973—），女，青海西宁人，天津理工大学电子信息工程学院，教师，副教授，微电子学与固体电子学博士，研究方向：集成电路设计。

项目资助：

项目名称：天津理工大学教学改革项目，“知行合一”集成电路设计与集成系统专业课课堂教学模式改革初探，项目编号：YB12-08；

天津市高等教育学会‘十二五’高等教育科学研究重点课题，集成电路专业高等工程师培养的研究，项目编号：125z023。