面向应用型本科院校的微电子类课程体系建设与实践

马湘蓉　花涛

摘 要 以南京工程学院校训“学以致用”为目标，从课程的特点和学生实际出发，建设微电子类课程混合式分层次立体化的应用能力培养体系，既重视传统知识的传授，又注重学科前沿及创新能力的培养，力求使得学生对微电子类课程进行系统的学习后，较好地掌握微电子类课程的核心内容和设计方法，为培养高水平和高素质的高级工程人才打下可靠的基础。

关键词 应用型本科；微电子类课程体系；学以致用

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）08-0072-03

Construction and Practice of Microelectronics Class Curriculum oriented to Applied Colleges//MA Xiangrong， HUA Tao

Abstract The school motto of Nanjing Institute of technology is that study for the purpose of application， application ability training system for microelectronics class curriculum is constructed based on the course characteristic and students facts to achieve school motto， this system not only attaches importance to traditional knowledge teaching， but also does development of subject frontiers and innovation ability， the reformation make students better master central content and design method after systematic learning of microelectronics class curriculum， and lay a reliable foundation for training high quality senior engineering talents.

Key words applied colleges； microelectronics class curriculum； study for the purpose of application

1 引言

隨着集成电路和大规模集成电路的不断更新和发展，微电子工程与技术也应运而生并快速发展。其涵盖内容广泛，包括电路设计、材料制备等一系列的技术，具有较长的产业链，是信息技术和高科技的核心内容。2015年10月29日在北京召开“第十六届北京微电子国际研讨会”，会议的主题定为“把握机遇，共促中国集成电路产业大跨越”。与会者对国内外微电子技术的发展进行了广泛而深入的交流，认为我国当前的微电子技术的发展还存在广阔的发展空间，还远未达到市场的要求，且技术创新远远落后于发展的步伐[1]。

2015年5月8日，国务院正式印发《中国制造2025》这一战略性的纲要，为集成电路产业的发展提供了制度和政策的保障，将我国微电子技术的发展及集成电路的产业化指引到一个新的发展层次[2]。受国家政策驱动，集成电路产业发展掀起新高潮，但微电子人才的短缺是集成电路产业发展的瓶颈，作为担负培养人才重任的高校，理所当然应该承担起此项任务。如何培养合格的人才，既具有扎实的理论基础知识、过硬的专业知识，又兼具创新能力的高素质人才，是摆在每个高校面前的一个非常现实的问题。

市场虽然需要理论基础扎实的创新型微电子人才，但工程应用型人才的缺口更大。对于应用型人才的标准，指的是指德、智、体、美等方面全面发展，在设定培养目标时，更加注重专业知识和技能的培养，是以实践动手能力为核心，在教学中除理论知识外，加大实践环节的培养，更加注重技术性、实践性和应用性。培养的学生比高职高专的学生理论基础知识更深厚，而实践动手能力比传统本科生要强[3]。

面对国内迅猛发展的微电子市场，大量国外微电子制造业巨头争相登陆中国，国内一些中小规模的微电子制造设计企业也在不断发展，希望在这个巨大的市场分得一杯羹。这些企业无疑需要大量的微电子人才，但他们需要的人才不要求掌握非常扎实的理论基础知识，需要的是工程应用型人才。面对这样的市场需求，作为培养人才的摇篮，高校应主动适应市场需求，没有必要太注重学生层次的拔高，更应注重培养出具有掌握实用知识和技能的专业人才。

很多国内高校已经充分认识到这个问题的症结，在培养方式上进行诸多改革和创新[4]，提出须以夯实课程基础、优化课程体系、加强实践教学和注重创业与就业教育为重点，侧重学科、专业知识的学习和专业能力的培养，培养在微电子方面具有扎实的理论基础、较强的实践动手能力和一定的创新精神的微电子相关领域的高级工程型人才。

2 微电子类课程体系的特点与现状

电子科学与技术专业的培养模式、数量规模和市场的关系是紧密相连的，是一种相互制约又相辅相成的辩证关系。结合这些年各高校的教学实践来看，微电子类课程的教学特点表现为课程知识难度高，专业性很强；培养体系实践性很强，而能提供实践教学的设施及维护费用非常高。南京工程学院电子科学与技术专业2015年新的培养方案里的微电子类课程主要有半导体物理、新型微电子器件、集成电路设计等课程，这次修订除注重培养学生理论知识，尤其强调实践动手能力的培养，要求大力加强理论基础教学，培养具有动手实践能力的学以致用的应用型人才。因此，传统的课堂教学和一般性的实训教学已经不是很适用。

作为微电子技术的前期基础内容，半导体物理研究、半导体材料和器件的基本性能与内在机理是该方向的重要理论基础内容。半导体物理是半导体科学的理论基础，是多个相关专业的公共基础课程，但该课程理论抽象，数学物理的知识点较多，学生普遍反映该课程枯燥、抽象、用处不大。对于缺乏一定前期基础知识的学生来说，该课程在学习和理解上的确会有很大的难度。教师首先必须在熟悉半导体工艺和集成电路设计的基础上，化繁为简，不要过多沉醉于理论推导，尽可能结合实际问题，提高学生的学习兴趣，以期提高半导体物理课程的教学质量。

2015年5月8日公布的《中国制造2025》中明确指出，必须尽快实现由集成电路生产制造大国向集成电路研发强国的转变，而转变的核心任务在于培养一批高质量的与国际先进技术接轨的超大规模集成电路工艺技术人才，这也是新型微电子器件这门课程所要达到的目标。这一目标的实现直接取决于该课程教学效果的好坏，但当前新型微电子器件课程的教学效果在部分高校并不理想。究其根本原因，实质上是以往教学中所运用的教学模式已不再适应新形势下新型微电子器件课程的教育教学。

因此，如何针对信息化环境下对新型微电子器件课程教学的新要求和新特点，探索与提炼微电子类课程新的、信息化的教学模式，成为当前亟待解决的新问题，也是本学科组研究的重点。另外，从新型微电子器件课程教学的重要性来讲，它的教学内容不仅是学生必须掌握的重要知识，还与半导体物理、集成电路设计等一系列核心课程一脉相承，互为前提。因此，该课程教学效果的好坏直接影响着本专业一系列课程群教学质量的好坏。

集成电路设计是高校电子科学与技术、微电子科学与工程等相关专业的主要课程，该课程的教学改革也是微电子类课程的重要内容，模拟电路和数字电路设计是该课程的主要重点。当前，集成电路产业的迅猛发展对集成电路设计课程提出新的要求，传统的培养模式已经不能适应市场发展的需求。为适应行业发展需求，需对现有的培养模式进行改革。本课程涉及整个集成电路的生成过程，其内容包括电路设计、工艺、测试等一系列的生产流程，高等学校不可能具备整個流程的实践条件，通过构建微电子器件和集成电路设计仿真平台的解决办法，以弥补实验硬件条件的不足。实践教学首先应采用新的和产业接近的集成电路设计工具，让学生能掌握这些专用的设计工具，通过这些电路设计工具，弥补高校实验室硬件条件的不足，同时增加综合性的实验和设计内容，使学生经历融合理论、实验、技能和设计的系统技术训练。

3 课程体系的建设与实践

以微电子技术为主干的专业课程体系的建设

1）微电子课程包括半导体物理等基础知识部分和集成电路相关的内容。如前所述，半导体物理是微电子类专业的重要专业基础课，该课程涵盖半导体材料结构、电子状态等内容，为学生后续的课程学习打下基础。该课程主要的特点是理论性较强，较为抽象，数学物理知识要求较高，现有的教学模式是传统被动式的讲授，单一的教学模式导致学生学习兴趣不高，实验环节薄弱。半导体物理应注重理论和实验的结合，现阶段开设的实验偏于简单，效果不好。

针对教学现状，在教学中尝试将研究性的教学思想融入其中，重点是培养学生的学习兴趣，激发学生的学习热情。将科研过程中涉及半导体物理知识的一些研究问题与解决方法渗入到半导体物理的教学中，引导学生自主学习；通过引入研究性的学习方法，让学生查找资料，关注微电子领域的最新科研成果；结合书本的理论知识，引导学生自己思考，在课堂上教师加以引导，进行更进一步的点评。这样可以大大激发学生的学习热情，体会到这些理论知识是非常有用的，不是干巴巴的。知识因此变得鲜活起来，学生能够较好地理解并掌握相关理论，即使暂时没有应用的理论，也能认真地加以学习。

2）利用现在比较先进的集成电路仿真模拟软件如Cadence，可实现对器件工艺的仿真功能，让学生熟悉一些因素的改变对器件性能的影响，能弥补学校没有完整的生产线，又无法到真正的企业去参观实习的缺陷。利用软件可实现整条流水线的生产工艺过程。本专业的新型微电子器件实践教学的改革与探索，主要以实践教学内容项目为引导，积极鼓励教师申报这方面的教学实践科研课题，为学生提供课外教学的实践活动并培养他们的科研素质，为大学生创新及创新学分的获取提供条件。

3）集成电路设计课程具有涉及面广和综合性强的特点，需要学生熟悉各种电子设计自动化工具，实践能力强。随着电子设计自动化工具的不断发展，在电路设计的每一个阶段，电路设计人员可以通过计算机完成电路设计的部分或全部的相关内容。该课程的相关教学工作量比较大，要完成一个电路芯片的设计，需要了解从器件基础到电路搭建、电路仿真调试、版图、工艺、封装、测试等相关知识，同时要通过实验熟悉各种电子设计自动化工具的使用，这就对该课程的教学内容提出更多的要求。

本学科组结合应用型本科的教学实际，以校训“学以致用”为目标，在准确把握应用型本科集成电路设计课程目标、大纲和标准，合理利用各种课程资源的前提下，进行课堂创新教学，确立学生主体、教师主导的课堂角色地位，以调动学生学习积极性，激发学生的学习热情为目标。学生充分感受到学有所用而建立专业兴趣与信心，通过课程设计、实习实训和毕业设计等环节受到工程实践、集成电路设计和基本科研能力的培养。充分利用现代信息技术建设数字化教学资源库，通过教学改革做到理论联系实践、基础和前沿并举、鼓励创新和协作，实现高质量、高效益的课堂教学新模式。

建立微电子类课程混合式、层次化的应用能力培养体系 基于上述微电子类课程理论和实践教学存在的不足，现行的课程不能较好地提供给学生足够的学科相关训练。在实际教学中，采用一种分层次的教学方法，开始部分进行基础知识的传授，随后讲授高层次的内容。通过这种教学方式，由简入繁，循序渐进，结合实践教学内容，培养学生分析问题和实践动手的能力。在进入专业课程教学后，逐步建立电子材料、制造工艺、电子器件、基本单元电路的课程体系，打通自顶向下的知识培养通路。教学中依据混合式立体化教学模式的核心思想，即以课程教学为单元，以能力培养为轴心，以教学资源为平台，动用所有教学要素立体化、全方位地融教与学为一体，设计并制作微电子类课程教学资源库，提高教学效率的同时，提高学生学习效率。

分层次的教学本质上是综合多种教学资源，利用现代教育技术手段和方法，构建将微电子类课程进行融合的知识体系结构，逐层加深课程内容，将课程内容、课堂教学、网络教学和实践教学相结合，达到激发学生学习热情、提高学习兴趣的目的，而其中最重要的就是多种教学资源的搜集和整理。

建立全方位的课程实践能力培养体系 微电子相关专业的课程体系以理论与实践相结合为特质，在有效的课堂教学、完善的实践环节、精选的实驗项目、工程性的课程设计、协同合作的实习实训项目及独立完成的毕设等全方位构建课程实践体系，科学合理建设较为完善的微电子类课程实践能力培养体系。在微电子类课程教学中包含大量工艺流程和工艺实施后的硅片剖面图、结构图和原理图，以及工艺实施过程视频片段，需要大量的多媒体资源的支持。同时，半导体集成电路工艺技术的变化遵循摩尔定律的快节奏，有必要将国内外纷繁多样的多媒体资源收集并积累起来，建立微电子类课程资源支持系统，并随着新技术的发展不断地更新和完善其中的教学资源。

4 结语

本文通过分析南京工程学院电子科学与技术专业微电子类课程体系的现状，分别针对半导体物理、新型微电子器件和集成电路设计等课程的特点以及实践教学中存在的问题，通过课程体系整体优化，科学处理基础课程与专业课程、课堂理论教学与课外教学指导、理论与实践、主干学科与相邻学科等方面关系，注意强化实践能力的培养，依据实施情况，不断对实验教学内容、教学方法、教学手段进行改进，加强校外和校内实习基地的建设。在混合式学习和分层次立体化教学的研究基础上，针对微电子类课程的教学特点，从课堂教学、网络教学和实践教学三个立体面展开研究，力求使得该专业学生对微电子类课程进行系统学习后，较好地掌握微电子类课程体系的核心内容和设计方法。建立知识结构的分层次立体化、理论与实际相结合的培养体系，全方位培养本专业毕业生的理论基础与工程实践能力，最终构建改革微电子类课程体系的方式与方法，提高教学质量和效率，为本专业一系列课程群的全面改革做一个先行者，为培养“学以致用”的创新型人才提供强有力的支持。

参考文献

[1]第十六届北京微电子国际研讨会[DB/OL].[2016-09-30].http：//www.beijing.gov.cn/tzbj/tzxxx/t1454483.htm.

[2]我国集成电路产业正在走向一个新的发展层面[N].中国电子报，2015-10-30（1）.

[3]许碧荣.微电子专业应用型本科人才培养方案研究[J].长江大学学报自然科学版：理工，2014（34）：126-127.

[4]冯晓丽.美国高校微电子类课程模式及其借鉴[J].高等理科教育，2015（1）：67-70.