基于工程教育认证的“半导体集成电路” 教学模式改革研究

李蕾

摘    要：文章主要说明在工程教育认证背景下“半导体集成电路”课程在教学内容和教学方法上存在的问题，针对性地提出相应的改革方案。对现有教学内容进行丰富和优化，通过对不同内容采取不同的教学方法来提高学生学习的积极性和主动性;通过“线上+线下”、实践教学等教学模式，改变教学理念，达到提升教学效果的目的，从而满足集成电路产业快速发展对人才的需求。

关键词：“半导体集成电路”;工程教育认证;教学模式

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2021）07-0072-02

半导体集成电路是信息技术产业的核心和基石。在工程教育认证背景下，为了满足现代工业对集成电路人才的需求，“半导体集成电路”课程原有教学模式需要改

变。这门课程不仅需要体现集成电路分析与设计的基础知识（元器件和单元电路的版图结构、集成电路的版图设计以及可靠性设计和可测性设计方面），还要兼顾半导体集成电路的最新发展（如集成电路的可靠性和可测性设

计等），以满足集成电路产业的飞速发展，因此教学模式需要与时俱进[1-2]。通过本门课程的学习，要让学生认识到我国集成电路产业发展现状和产业发展瓶颈，从而实现半导体集成电路产业的高质量发展。

传统“半导体集成电路”课程教学存在课程目标设置不明确、教学方法过于单一、学生参与度低等问题，已经无法满足当代大学生学习需求。集成电路教学体系的改革从教学模式的灵活调整，到科技前沿内容的与时俱进，再到实际工程问题的能力培养，受到广泛关注。依据专业素养以及培养目标，灵活调整教学模式;科技前沿内容可以通过随堂引入或开设前沿讲座，让学生及时了解集成电路在科学研究、工程技术上的最新发展;充分利用互动性强的互联网技术辅助提高学生的学习兴趣和课程参与度，从而提升学生学习效果。线上线下混合式教学模式非常值得尝试。

一、“半导体集成电路”课程教学目前存在的问题

“半导体集成电路”课程的主要教学内容是研究半导体集成电路的制备工艺、结构设计和版图设计，分析各种元器件的特性、寄生效应以及如何减小寄生效应。在授课过程中缺少以具体半导体集成电路产品为例，介绍集成电路的正向设计和逆向设计，无法提高学生分析和设计集成电路的能力。

在授课方式上，本门课程的教学方法过于单一，为了提高学生听课质量和学习效果，需要增加先进的教学方法。目前，本門课程在教学方法上，主要是以板书的形式进行讲解，以PPT演示的形式辅助授课，在课堂有限的时间内大量灌输半导体集成电路基础知识，形成的知识体系不完整;教学过程中主要以提问的方式活跃课堂气氛。这种教学方法无法真正调动学生学习兴趣和自主学习能力;对于集成电路中各种元器件的分析方法和制备工艺没有动态演示过程，只是单独地以剖面图的形式进行讲解，学生很难完全理解;由于集成电路生产需要超净环境，并且工艺设备昂贵，学生只能从书本上进行学习。当前必须解决的问题就是改变教学模式，激发学生的学习兴趣和主动性，提高学生实践能力。

二、“半导体集成电路”课程教学模式的改革

教学模式的改革包括“线上课程+线下课程”，对于“集成电路工艺”以及“微纳电子器件”部分的教学与集成电路虚拟实现（VR）实验室结合等。线下教学内容作为本课程教学内容的主线，辅以线上教学来提高学生学习效果，提升课前预习、课堂听讲和课后复习的效率;增加实践教学，提高学生实践能力和相关基础知识的理解能力，进一步满足工程需求。

（一）基于多媒体的线下教学模式

双极集成电路、MOS集成电路和Bi-CMOS电路典型制造工艺无法进行现场操作，在没有实验条件的情况下，各个工艺步骤（氧化、光刻、扩散等工艺）采用播放多媒体动画的形式模拟。以观看动画和视频的形式，使学生更容易和直观地理解抽象的制备工艺，教学效果得以改善。

（二）“线上+线下”教学模式

采用线上线下相结合的教学模式，既培养了学生自主学习与主动学习的能力，又系统地讲解了半导体集成电路的基本理论与基本概念，从而提高本门课程的教学质量。线上教学主要在超星学习通上建设先进的课程信息化体系，为学生提供更多关于集成电路的免费学习资源，并通过签到、讨论、作业、调查问卷、考试等功能，实时了解学生的学习效果和学习进展。线上教学不仅可以弥补线下教学教学方法和教学内容单一的问题，还可以使学生在课余时间能够查缺补漏。学生通过查找资料，对线下教学没有充分理解的学习内容进行自主学习，从而培养分析问题和解决问题的能力。通过“线上+线下”教学模式，使学生能够实时了解集成电路的最新发展情况。

在超星学习通的先进课程信息化体系建设中，教学课件、电子教案和教学录像可以上传，为学生提供自学和复习资源。教师利用线上教学平台对学生进行课堂小测或布置作业，并把这一考核纳入本课程的期末成绩中，这样可以丰富考核方式并制订更为合理的学习成绩评价标准。在超星学习通上，需要定期发放调查问卷，了解学生现阶段对课程体系的认识和看法，及时调整授课内容和方法，达到最佳教学模式。线上教学可以扩展学生的知识视野，也可以培养学生分析问题和解决问题的能力，为提高学生实践能力奠定理论基础。

在线下教学中，利用超星学习通进行课堂签到，通过自拍笔记的形式，对学生每堂课上课状态进行考核，有效地避免了课上点名占用上课时间的问题。在超星学习通中发布讨论题，学生通过课堂学习和网上查阅文献资料等方法，整合各种有用信息，以分组讨论的方式完成发言。将讨论问题作为进一步学习和整合知识的方法，培养学生主动学习、发现和解决问题的能力。分组讨论首先根据本门课程知识体系，设计每堂课的相关讨论问题;将全班学生分组，教师组织学生课堂讨论，各小组讨论后需要汇报讨论结果;在讨论过程中，教师需要不断引导和启发学生;最后，教师针对每组发言进行点评，概括并归纳讨论所涉及的知识重点与难点。小组讨论的学习方式有利于提高学生自主研究能力，有利于促进团队协作能力，有利于激发学生主动学习能力。

（三）实践教学

由于工程化需求，“半导体集成电路”课程的讲授需要知识的连贯性和完整性，知识体系需要环环相扣、融会贯通，学生对所学课程不能只停留在概念的理解上。在本门课程授课过程中需要引入“集成电路工艺”以及“微纳电子器件”实践教学，用于弥补“线上+线下”教学模式以理论教学为主的缺点[3]。实践教学的优势在于能够结合专业特点，将理论学习上升到实践，用于培养学生的创新意识。

半导体集成电路技术更新非常快，主要体现在电路设计和工艺水平更新上。在“半导体集成电路”课程中，有效利用EDA软件精确地实现半导体集成电路设计并完成验证;利用集成电路虚拟实现（VR）实验室，在虚拟环境下实现集成电路制备的完整工艺，在模拟真实工艺场景下进行实践，为学生今后的工作和进一步深造，积累实践工作经验。本课程的实践教学由教师提出实验内容，由学生提出设计方案并动手操作，整个实验过程以小组的形式完成，教师在整个过程中进行指导。通过实践教学，加深学生对相关半导体集成电路基础知识的理解和掌握。

（四）考核方式

在教学模式改革后的考核方式上，应在整个教学环节的基础上，对学生在本门课程上的表现做出更加全面的评价，考核方式包括多个环节，其中，平时成绩（出勤+课堂提问+小组讨论+线上作业）占总成绩的40%，实

践考核占总成绩的20%，期末考试（闭卷）占总成绩的

40%，以上三部分成绩用于综合评定学生在本课程的总成绩。

三、超星学习通对“半导体集成电路”课程的挑战

“半导体集成电路”是一门面向应用、具有很强综合性的专业课程。在学習过程中，灌输大量专业知识容易让学生觉得枯燥无味，传统的教学模式已不再适用于现代化的高等教育。超星学习通为“半导体集成电路”课程的改革创新提供新的契机，学生和教师使用手机等无线设备，不受时间和空间的约束，构建灵活的学习形式，展现出个性化学习方式、多元化学习内容、便捷式学习设备、移动式学习时空、交互式学习模式。

（一）对教师的挑战：制作学习资源、发布学习要求、设计教学过程

在工程教育认证的背景下，教师应充分挖掘超星学习通的学习功能，以学生为主体，为学生提供多元化的学习资源。专业课教师不仅需要具备过硬的专业知识，还需要精通信息技术方面的知识，这样才能更加全面地完善半导体集成电路的知识体系，完成网络资源的收集、整理和制作工作，发布学习要求，设计教学过程。充分发挥超星学习通的优势，改善学生学习的整体环境。

（二）对学生的挑战：自主学习、合作学习、竞争学习

多数学生对超星学习通的认识还不是十分清晰，缺乏自主学习经历和指导，还需要进一步明确学习目标和学习计划。当学生使用超星学习通平台学习时，要掌握自主学习的正确方法，选择自己想要学习的知识，使自主学习、合作学习和竞争学习能力得到全面提升。

“半导体集成电路”是电子科学与技术（微电子）专业大四学生的专业必修课，是对学生整个大学阶段专业课程知识体系的进一步扩展和延伸。本门课程基于工程教育认证的教学改革在于改善“半导体集成电路”课程以理论教学为主的授课方式、课程体系不完备等问题。随着半导体集成电路产业的快速发展，教学模式改革势在必行，“线上+线下”和实践教学等教学模式能够指导从集成电路设计、流片生产到芯片测试的每一个与工程实践相对应的环节，完成以工程需求为导向的最优化教学模式，培养出创新型集成电路人才。

参考文献：

[1]郝丽.LBL整合PBL+TBL教学模式在动物解剖学教学中的应用[J].黑龙江教育（理论与实践），2014（5）：31.

[2]海峡，李文娟，柴明钢，等.现代电子技术课程体系的设计与建设[J].科技信息（科学教研），2007（35）：677.

[3]康海燕，冯晓丽，蔡觉平.数字集成电路实验教学改革与实践[J].高教学刊，2019（12）：141.

■ 编辑∕陈晶