集成电路专业本科国际化人才培养课程体系研究

刘强

摘要：本文通过分析美国加州大学伯克利分校的集成电路方向本科课程的总体要求、体系结构和课程设置等方面，探索适合我国高校集成电路本科专业的课程体系，以建立与国际接轨的国际化、创新型人才培养模式，提高集成电路人才培养质量。

关键词：集成电路；本科专业；课程体系；人才培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）08-0154-02

一、引言

集成电路产业是支撑经济社会发展和保障国家安全的基础性和先导性产业，已经高度渗透、融合到国民经济和社会发展的各个领域，其技术水平和发展规模已成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一。近年来我国集成电路产业发展快速，集成电路产业销售额从2009年的1109亿增至2016年的4336亿元人民币，对国民经济的贡献巨大。然而，我国集成电路设计水平还落后于产业发展水平。2016年中国集成电路进口额高达2270.7亿美元，连续四年超过2000亿美元，是中国进口金额最高的商品，超过原油、铁矿石和粮食进口额。究其根本原因是高素质专业型集成电路人才的匮乏。

2014年6月国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》，要求建立健全集成电路人才培养体系。2015年7月教育部等六部委发布《关于支持有关高校建设示范性微电子学院的通知》，该通知支持国内26所高校建设示范性微电子学院。2016年5月教育部等七部委再次发布《关于加强集成电路人才培养的意见》，要求扩大集成电路相关学科专业人才培养规模，加强集成电路相关学科专业和院系建设，创新集成电路人才培养机制，建设集成电路人才培养公共实践平台。因此，集成电路人才的培养已成为当前国内高校的一个迫切任务[1，2]。集成电路人才培养应遵循《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》提出的深化改革，紧密结合产业发展需求及时调整课程设置、教学计划和教学方式，努力培养国际化、复合型、实用性人才的方针。

根据该指导思想，本文对美国加州大学伯克利分校（简称伯克利）电子和计算机工程专业的集成电路方向的培养模式进行分析和研究，目标是探索适合我国高校集成电路本科专业的课程体系，以提高集成电路人才培养质量，建立与国际接轨的国际化人才培养模式。

二、培养目标

伯克利电子和计算机工程本科专业的培养目标包括三点：

（1）为学生继续在电子、计算机及相关领域求学深造奠定基础；

（2）为学生在电子计算机工程或计算机科学与工程相关领域技术职业发展取得成功奠定基础；

（3）为学生成为电子计算机工程或计算机科学与工程相关领域的领导者奠定基础。

为了实现这些目标，课程设计培养学生以下十项能力：

（1）配置实验系统、实施不同测试条件和评估实验结果的能力；

（2）按照设计规范和成本约束，设计系统、单元或工艺流程的能力；

（3）协作、尊重他人、创造性和负责任的团队合作能力；

（4）发现、阐述和解决工程问题的能力；

（5）理解工程实践中的预期行为规范和职业道德；

（6）高效的说、写和图形化等沟通能力；

（7）能够意识到全球和社会的关切及其在开发工程解决方案中的重要性；

（8）能够独立获取和应用需要的信息的能力，并具有终身学习的意识；

（9）能够了解社会问题；

（10） 具备在电路、物理电子学、通信、网络和系统、硬件、编程和计算机科学理论实践中综合运用软件、仪器设备和实验技术的能力。

三、课程体系和总体要求

伯克利电子和计算机工程专业集成电路方向的教学计划要求本科生学习124学分（表1所示）。1个学分代表每周3小时的学习，包括课堂教学、实验、讨论、测验以及课外学习等。课程设置约31门课，其中包括数学与自然科学类课程8门，32个学分（占25.8%）；人文社科类课程6门，22个学分（占17.7%）；专业必修课15门，45个学分（占36.3%）。

四、课程设置特点

首先关注自然科学类课程的设置。数学1A主要教授单变量函数的微积分，数学1B主要教授积分技术、无穷级数、一阶/二阶常微分方程等。结合另外三门数学课（多变量微积分，线性代数和微分方程、概率论）可见，数学类课程的设置重点在微积分、线性代数、常微分方程和概率论。科学和工程物理学（A/B/C）主要讲授力学和波动、热学、电学、磁学、电磁波、光学、相对论以及量子物理。化学1A主要教授化学反应的计算法、原子的量子力学描述、化学键接、热力学平衡等。这些知识点广泛应用于集成电路的材料制备、设计、制造、封装、测试等多个领域。

其次，专业课程的设置横向上可以分为三类。第一类是计算机类相关课程，包括计算机程序、数据结构、计算机体系结构。第二类是电子类基础课，包括信号与系统、电子电路、数字系统设计等。第三类是集成电路专业核心课，从半导体工艺，到半导体器件，到集成器件，再到模拟集成电路、数字集成电路和通信集成电路。课程设置从纵向看，包括了4门初年级课和11門高年级课，其中高年级课程都包含了实验。此外，专业选修课只有一门。

第三，每门专业课程都包含课堂讲授、课堂讨论、实验和项目等四个部分，体现了理论与实践结合、参与学习、自我学习等特点。

第四，每门课程的最终分数由多部分组成，重视过程监督和考核。以微电子器件和电路课为例，最终分数由课后作业（10%）、实验（20%）、两次中期考核（30%）以及期末考试（40%）构成。

五、与国内集成电路设计与集成系统专业的比较

通过对比我校和伯克利集成电路专业的课程设置发现，双方的专业知识点设置基本符合，区别表现为以下几个方面。

1.我校集成电路专业毕业学分要求为185学分，需修读80门课左右。相比之下，我校专业课程学分和门数偏多，反映在：（1）现有专业课集成度不高，某些知识点出现在多门课程。例如：微型计算机原理课程与计算机体系结构两门课程。（2）理论知识讲授多而深。例如：专业基础课中包含了理论物理和半导体物理，而伯克利大学相关基础在大学物理课程讲授；理论物理对于集成电路设计专业本科生来说内容过深。（3）专业选修课学分多。伯克利大学专业课程强调专业基础，专业选修课只有3-4个学分，而我校有19.5个学分。

2.目前课程主要以课堂讲授为主，学生动手参与、自我学习程度不高。

3.大多数课程的评估方式主要是以期末考试为主，会出现学生集中学习应对考试的现象。

这几个方面的区别，造成集成电路设计专业的学生学习负担重的同时，又缺乏实践动手能力和创新能力。为此，我校培养方案还设置了专业综合实验和专业课程设计等集中实践环节，以及创新与研修计划，有助于提升学生的创新实践能力。

六、小结

通过上述分析与比较，我们发现，中美两所一流大学集成电路专业本科课程体系基本一致。过去有一种意见认为，需要压缩我国本科教育的课程体系，给学生减负。但是，上述分析发现集成电路专业必修课并没有很大的压缩空间，专业选修课学分可能是未来精简的方向。同时，在课程设置情况基本相同的情况下，如何改进课程教授和考核模式是进一步提高集成电路人才培养质量的关键。

参考文献：

[1]刘有耀，杜慧敏，张丽果.集成电路设计与集成系统专业创新型人才培养的课程体系研究[J].教育教学论坛，2015，（35）：49-51.

[2]谢海情，唐立军，唐俊龙，等.集成电路设计专业课程体系改革与实践[J].教育教学论坛，2015，（34）：76-77.

[3][美]约翰·杜威.民主主义教育[M].王承绪，译.北京：人民教育出版社，1990：10.