探索微电子专业实践教学新方法——以参加“北京大学生集成电路设计大赛”为例

北方工业大学电子信息工程学院 鞠家欣 张 静 张晓波 杨 兵 孙海燕

探索微电子专业实践教学新方法
——以参加“北京大学生集成电路设计大赛”为例

北方工业大学电子信息工程学院 鞠家欣 张 静 张晓波 杨 兵 孙海燕

通过改革微电子专业传统实践教学方法，以学生参加学科竞赛为抓手，采取“以赛促学、赛学结合”的方式培养学生实际动手能力和工程化设计思想，具有十分重要的理论和现实意义，也是探索微电子专业实践教学新方法的一次尝试。

微电子；集成电路设计大赛；实践教学

1 引言

随着中国经济的迅速发展，电子信息产业的规模逐渐扩大，各种通讯产品、计算机、电子设备得到广泛应用。目前电子信息产业所需的集成电路与元器件的数量呈指数性增长，2015年中国进口价值2300亿美元的集成电路和元器件，已超过石油成为进口量最大的商品。为改变集成电路进口份额过大的局面，提高国产集成电路市场占有率和电子信息产业安全，中国政府出台了多种政策措施，扶持中国的集成电路产业发展，从设计、制造、封装、测试等环节整体提升国产集成电路的水平，并设立多所微电子学院，提升微电子专业人才培养质量，为2025年中国集成电路产品国产化率达到80%奠定了物质基础和人才技术储备。

合格的集成电路人才是决定中国集成电路产业能否快速发展、自主可控的关键因素，这对微电子专业能否培养出适合产业需要的集成电路人才提出更高的要求：工程师能否在学生阶段得到高水平系统的集成电路设计、工艺流程、封测实践训练，具备理论基础扎实，实际动手能力强的素质，这也要求高校对目前微电子专业的人才培养方法和课程体系，特别是实践类课程必须作出变革，以满足时代和国家进步的要求。

目前开设微电子专业的高校，其教育目标是培养理论和实际相结合，适应集成电路产业发展的应用型人才，但长期以来受国家财政资金和整体技术水平的时代限制，对微电子专业的资金投入和师资培训不能满足微电子专业持续发展的需要，仍然采用传统教育模式培养人才：理论与实际相脱节，理论知识教学在课程体系中比重过大，实践类课程偏离实际应用，学生毕业进入企业后还需二次培训，造成重复的人力资源和时间浪费。如何让学生在学校得到充分的实战型培训，提高其实践性以适应未来进入企业解决实际问题的能力，是教育改革实践教学的一个重要研究方向。

如何改善实践教学方法和理论，提高学生实际动手能力，培养适合企业的合格人才，北方工业大学微电子系经过几年的探索，摸索出一条效果显著的新型模式：以学科竞赛为抓手，带动实践教学全方位的改革。

2 以赛促学，赛学结合

北方工业大学微电子系的教师深入多家集成电路企业进行调研，召开校企座谈会，多方位探讨企业的用人需求和特点，推进产学研一体化的人才培养方式，总结出目前的实践教学课程存在的问题：实践教学目标偏离实践特色，实践教学模式没有突出学生主体地位，实践教学方法滞后于行业发展要求。现代的实践教学目标应以学生掌握基本理论，能动手解决实际问题为标志。目前的实践教学只是理论课程的一个补充，以教师讲课为主，学生完成理论课程的实验验证。现代的实践教学模式应该以学生为主体，教师起辅助引导作用，发挥学生的主观能动性，让学生独立完成实践教学目标所规定的任务。目前的实践教学模式是教师根据自己熟悉的知识结构制定实践教学内容，教学内容能否适合学生认知水平和应用能力，都没有做细致考虑和摸底调研，最终都是以一份实践报告或小制作为最终考核依据，对实践教学质量无法做到全程控制。现代的实践教学方法应突出工程化训练和EDA软件的使用，结合实际需要以实战化项目入手，赋予学生工程化思想，并使用EDA软件完成一个项目全部设计流程。目前的实践教学方法以理论分析为主，EDA软件的使用仅限于部分单元，学生缺乏以工程化思想理解问题，往往造成学生动手能力得不到充分锻炼，不能借助EDA工具完成任务。

针对目前微电子专业实践教学存在的问题，我们发现通过指导学生参加学科竞赛，改变传统的实践教学方法和模式，能够培养学生的创新精神和实践能力，是提高和检验实践教学水平的一个有效手段。

因此，从2011年起，北方工业大学微电子系的教师开始指导学生参加“北京大学生集成电路设计大赛”，采取“以赛促学、赛学结合”的实践教学方法和人才培养模式，连续参加6届比赛，取得满意的教学效果和获奖名次。

3 更新教学理念，改变教学方法和教学手段

“北京大学生集成电路设计大赛”主要面向开设微电子学与固体电子学及相关专业的本科生和研究生，参赛人员需要具备模拟/数字集成电路、混合信号集成电路、集成电路工艺、集成电路制造、集成电路测试、常用集成电路测试工具等使用方面的知识和应用经验。大赛采用主流芯片生产厂实际流片工艺，统一配发的技术文档和EDA工具等，按芯片面积、物理检查要求学生自主完成采用全定制设计流程的模拟集成电路或数字集成电路芯片的设计任务。这要求指导教师改变教学理念，采取产学研一体化的教学方法，引入企业的工程师作为副导师进入实践教学课堂，为学生讲解工程化的设计思想和方法。（A）根据具体的赛题选择设计工具。目前主流的集成电路设计EDA工具主要由美国的Cadence和Synopsys公司垄断，并且由于工具的复杂性掌握往往需要大半年时间。我们从实际出发，采用性价比高，容易学习掌握的国产软件：华大九天Aether入手，搭建集成电路EDA设计平台。平台的界面和功能完全兼容Cadence和Synopsys软件，在版图设计方面具有独特的优势，国内多家主流设计公司已经采用此种软件。（B）工艺选择。工艺代表了集成电路加工的技术水准和先进程度。每一项工艺的说明书有上百页，我们教师带领学生从最简单的器件说明开始研究，把每一项说明都研究通透，并对工艺涉及的材料特性进行讲解说明，让学生实际体会到一颗芯片的实际加工过程，从工艺理论和实际材料方面理解集成电路的物理含义：它是各种材料层的堆积，不同颜色的工艺代表不同材料和形状。（C）电路架构选择。我们系利用长期积累的多种集成电路设计案例，挑选出十几种经典电路，由经验丰富的教师和企业工程师给学生讲解设计思路和电路架构方法，在此基础上，让学生仔细体会并动手实践基本单元的设计方法和细节。同时，教师面对面与学生交流，和学生讨论对赛题的理解，制定设计方案和流程，从这些交流中，能考核出学生的基本理论知识和对EDA工具的熟悉掌握程度，全方位的促进学生掌握集成电路设计的理论、方法和工具。学生通过独立完成一个赛题的全过程，设计能力和工程化思维的培养得到建立和提高，为学生适应未来工作的需要奠定了基础。通过指导学生参加大赛，采用新颖的教学方法和教学手段，实践教学水平也进入一个更高的层次，探索出一条理论与实践相结合的新型教学方法和人才培养模式。

4 结束语

以上的方法和模式，经过6年的教学实践，取得了良好的效果，我们期待将此种实践教学方法和人才培养模式应用到更多的微电子专业课程中，探索出一个适合微电子本科专业实践教学新模式。

[1]袁颖,胡小玲.以设计大赛为纽带建设微电子实践教学体系[J].电子世界,2015(23):73-74.

[2]谢星,杨玲玲.基于集成电路设计大赛的大学生创新能力培养模式.[J].电子世界,2015(23):40-41.

[3]韦一,唐莹.大学生集成电路设计大赛对于教学的影响.[J].电子世界,2015(23):14-14.

[4]原渭兰,邱杰.数字化实验教学改革的研究与思考[J].实验技术与管理,2011,28(7):138-140.

北方工业大学教育教学改革和课程建设基金。

鞠家欣，男，讲师，研究方向为集成电路设计与测试技术。