基于“应用型人才”培养的微电子专业研究生实践教学模式的探索

吴元庆，张宇峰，陆晓东，刘春梅

（渤海大学 物理科学与技术学院，辽宁 锦州121013）

0 引言

2018年的全国教育大会上，习近平总书记强调，我国的教育要提升服务经济社会的能力，优化高校布局和专业设置，产学研用全方位合作，着重培养创新型、复合型、应用型人才.“部分高校”要向应用型转变，结合区域特色，注重培养学生的专业技能和创新精神，以培养应用型人才为目标，服务地方经济［1］.

应用型研究生人才，是指在研究生的培养教育中，注重产学合作和校企联合，提高其动手能力，培养基础知识扎实、应用能力强、创新精神突出的技术性人才.随着世界经济的全球化进程，各国高度重视应用型人才的培养.数据显示，在高等教育的应届毕业生中，美国学生的应用型人才比例约为80%，而我国的应用型人才比例不足40%［2］.

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确要求各高校要加强学生实践教育，提高教育质量.优化实践教学体系，提升学生动手能力，成为各高校专业建设的重点内容.渤海大学微电子科学与工程专业以培养“应用型人才”为出发点，结合地方特色，多方位整合社会资源，构建产学研用实践教学体系，对研究生培养质量和促进区域经济发展具有重要的意义.

1 研究生实践创新能力的制约因素

研究生培养的最初目的是为了补充教育行业的人才缺口，因此研究生教育一直以培养学术型人才为主［3］.近年来，随着招生规模的扩大，研究生的培养逐渐分成学术型和专业型，但是从教学内容上两种区别不大，课程体系与本科内容雷同，缺乏对学生创新能力和实践能力的专门锻炼，过多的集中教学造成学生毕业后社会适应能力差的问题［4］.

经过调研《我国研究生教育质量状况综合调研报告》指出，约半数研究生导师认为我国研究生创新能力不足，约七成用人单位认为我国研究生动手能力差，说明我国的研究生教育对创新实践能力培养的重视程度严重不足［5］.而与发达国家相比，美国的学生培养注重学生的探索精神，德国的研究生培养拥有先进的创新能力体系，都值得借鉴.

同时，我国的研究生培养模式过于单一，学生的培养效果不能满足社会的需求，整个培养过程存在如下问题：

（1）培养模式缺乏变通

无论是学术型研究生还是专业型研究生，我国的研究生培养大多是采用单一导师制.导师的研究方向决定了学生的研究方向，而课题项目通常又与生产实践脱节，因而限定了学生的工作内容.不利于学生拓宽知识范围，创新动手能力和科研探索精神得不到有效的锻炼和发挥.

（2）培养资源匮乏

由于教学条件的不同，各高校能够给予研究生的培养资源十分有限［6］.尤其是对于普通省属高校，教学实验条件有限，科研经费不足，先进设备和实验环境匮乏，学生缺乏足够的实验动手环境.实验室的设备不能满足社会的要求，进入企业的学生需要重新学习设备的使用方法.数据库资源有限，研究生学生对国际领先的技术不能及时了解，学术视野受到了限制，不能与国际接轨.如国际上已经开发5 nm及以下的芯片技术，而我国微电子学生还在研究28 nm或者更宽的芯片工艺条件.

（3）培养师资薄弱

对于大多数普通高校来说，都存在师资力量不足的问题，缺乏学科带头人，专业特色不足［7］.多数教师都是博士毕业直接进高校，没有社会经验，对于生产现状缺乏了解，不能给予学生足够的指导.有实力的导师往往身兼繁复的行政职务，无力顾及研究生培养.部分导师学术水平不足，课题选择缺乏先进性和应用性，造成学生的创造力和科研视野受限，影响研究生创新实践能力的提高.

2 基于“应用型人才”的实践教学模式的探索

随着高等教育的发展，对于当前的人才要求也逐渐从理论培养转向应用型人才的教育.因此需要学生们不仅具有扎实的理论基础，还需要具有良好的创新精神，能够满足工程实践的需求，对所掌握知识的实践性、应用性要求更高，具有较好的从事专业设计、芯片研发、知识技术管理等能力，成为国家的栋梁［8］.

“应用型”研究生实践教学的整体方案如图1所示.整个方案中主要包括实践体系的设定、教学方法的革新以及产学合作联合培养模式的尝试.

图1 整体研究方案

2.1 培养目标的设定

应用型人才的培养，要时刻密切关注社会的人才需求情况.企业需要才是人才培养的源动力，一个典型的微电子企业，其所需的人才中设计开发人员约占30%，工艺操作人员约占30%，设备维护人员约为20%，其他人员约占20%.对于研究生的培养来说，应重点定位在设计开发人员和工艺操作人员，因此应注重提高研究生的设计能力、动手能力、交流能力和自我学习能力等.

对于微电子行业来说，企业的技术能力一般是由其工艺程度来决定的，设计能力的影响相对较弱［9］.描述芯片技术的尺度一般以光刻线宽作为衡量标准，而线宽尺度决定于光刻机的光刻能力，最先进的光刻机制造商ASML曾提出，即使其公开光刻机的图纸，其他企业依然无法仿制，因为光刻机使用的零件是世界各国工艺结晶的结合体，差之毫厘谬以千里［10］.同样，对于研究生的培养需要找到学术与技能之间的平衡，不能主观觉得工艺人员缺乏技术含量而轻视.

应用型人才，介于学术型和职业型两者之间，应注重学科和知识的交叉掌握.因此，需要在学习知识的过程中，更注重技能的侧重，在微电子专业研究生的培养中，注重工艺能力的培养.在整个培养目标的设定中提出“工艺+设计”“工艺+测试”“工艺+仿真”等多目标培养模式.

2.2 实践教学内容体系的探索

当前研究生的培养，应该具有国际视野，其研究的内容应该与国内外生产实际接轨.按照应用型人才的培养规格，重视基础教育，提高动手实践能力，提高学生素质，培养创新精神［11］.在研究生学生的实践教学体系中，应该突出应用型的特色，调整实践类课程的比例，提高学生的工程观.将扎实的理论知识应用于实际工作，使学生成为理论实践能力兼备的应用型实践人才.

提升研究生学生实践课程的占比，将实践环节的内容从25%提高至40%以上，增设微电子专业工艺、微电子专业测试两门实验课程.实验题目的选择结合生产实际，提升实验题目知识面，将企业案例用于专业实验.如某微电子器件企业生产的半导体特种薄膜质量不均匀，则实验题目相应设定为“半导体特种薄膜质量的研究”.

依托合作企业，采用工业案例的形式，将课程内容与之结合，提高研究生解决生产实际问题的能力.增设企业实践环节，安排学生到行业内顶级企业实习，采取订单式培养的方式，提高学生就业能力.并以课题组为单位，结合国际先进技术导向，开设自主设计验证课题，提高课题开放程度［12］.课题融合集成电路中“设计-仿真-加工-测试”所有环节，加深其微电子专业学习认知程度.

丰富成绩测评方式，以学术报告代替成绩测验，改变以往单纯期末考试或者实验报告一类的低效率测评方式.通过学术交流，提高学生的知识掌握程度.根据图2所示的“学习金字塔（learning pyramid）”模型，不同听课方式的学习效率是完全不同的，单纯的听讲座，看文献，看视频等对于知识掌握效果并不理想，只有通过互相讨论，互相学习，做报告等方式才能将学习效率提高到50%以上.而将知识学会了以后用于指导他人，则学习效率可以高达90%.

图2 学习效率金字塔

2.3 教学方法的改革

美国学者布朗认为，当前新时代的学生具有的学习特征包括：小组活动、目标导向、注重体验、热衷交流.这对学生培养来说，具有一定的指导意义［13］.

应用型人才的培养，注重基础知识的掌握程度.而实践证明，主动式学习比被动式学习效果要好的多.只有带着问题去学习，提高研究生的课程参与度，才能使得其知识的掌握程度更好.丰富教学方法，以案例教学为中心，采用启发式、参与式、讨论式等教学手段，培养研究生的思维能力，自主学习的同时，提高了工程实践能力.

理论与实践结合，用“观察-实践-创新”三步走的方式展开实践教学.对于实验和实践中先进的仪器设备和实验环境，要通过细致观察入手，逐步实践，并进一步展开创新应用.实践操作的同时，结合理论知识的讲授，不能使两者脱节.理论指导实践，实践验证理论，促进理论知识的掌握和吸收.以应用为中心，构建全面系统的实践内容学习模式.

课内与课外衔接，研究生的学习不仅仅包括课堂内的知识掌握，还有课外的知识扩展以及动手验证.将课外学习加入到课程考核体系中，重视第二课堂的教育环节.通过课下自学、课上讨论的方式，拓宽研究生的知识面.以红外传感器为例，研究生在相关知识的讨论中，不止掌握了红外探测的原理，也进一步了解了该传感器的国内外现状、工艺加工水平，相应电路的设计等环节.也能提高将传感器应用于工程实践的创新创造能力.

2.4 产学研用合作机制的探索

以教育部产学合作协同育人项目为契机，展开校企深度合作，搭建学校、企业、科研机构产学研用平台.学校提供人才队伍，科研机构提供科研内容，企业提供生产环境，多方位配合，丰富研究生学生的学习资源，提高其动手能力，使其学有所用，学有所得［14］.

教育工作的宗旨在于育人，如何培养好学生是整个教育工作的重点.举全校之力，协调各机构之间的关系，做好桥梁和纽带，给学生良好的教学环境，是学校的职责所在.整合实践平台、合作课题、共建实验室、双师双能育人团队等资源，有效解决地方普通高校教学科研资源不足的不利情况，形成教学相长、协同进步、共同研讨的教学新局面.研究生学生在学习过程中，既能接触高端的科研课题，又能接触到行业领先的企业生产线，用丰富的案例来调动学生的学习兴趣，从而大大提高学习效率［15］.

采用企业导师制，全面指导研究生的实践环节，教学中引入创新精神、创新理念，构建“联合培养+企业孵化+种子基金”的全面合作模式，产学合作模式结构图如图3所示.有效解决了由学校到企业，由课堂到实践，由科研到生产之间的过渡问题.加强科技创新人才的培养，促进科技成果转化，联合培养优秀的新时代应用型人才.

图3 产学合作模式

鼓励教师到企业挂职，共同开发课题项目，丰富行业经验，加大双师型教学队伍的规模.鼓励企业导师到学校给学生授课，利用丰富的创新经验提高学生的学习动力和扩展知识范围.通过产学研用合作机制，学生知识提高的同时，也能促进教师的企业经验，有效解决了师资问题、行业经验问题、科研项目问题以及校企对接问题，一举多得.

3 实践教学质量评价方法

3.1 权重系数

权重系数的确定，对评价学生能力和学业成绩提高起到重要作用.从学生的能力培养来说，综合考虑的数据越全面、越广泛，设定的权重系数越具体，结果的说服力就越强，同时也可以有效指导学生培养工作.权重系数一般与下列方面有关：

1）实践难度.根据学生实践难度的等级，可以将其划分为A~D四个评定等级，从低到高，实践内容难度的不同，对于学生的锻炼不同，得到的收获也各不一样；

2）个人能力.学生个人在不同实践领域的适应能力不同，在不同的工作岗位上具有不同的适应程度，从而会影响其实习、实践效果；

3）环境因素.实践能力锻炼领域，往届生的评价会对后来者有极大的影响，望名生畏.因此，在衡量实践锻炼的过程中，需要在专家指导意见下实施.

同时，权重系数需要实时更新，每次学生的实践结果检测都要作为数据记录，用于指导更新实践内容权重因子，从而提高实践指导工作.

3.2 实践评价体系

对于实践教学体系的质量评价，需要综合考虑学生的学习效果和动手能力的提高，衡量的指标主要包括创新意识、文献查询能力、知识点学习能力、理论联系实践能力等多个指标，简单的评价并不利于对实践教学的综合评定，因此本文提出了一种新的评价方法.

该方法在熵权法的基础上结合了主观赋权法，既考虑了不同学习指标的重要性，又在评价的基础上考虑了各指标的实际价值，从而使得评价内容更为全面.实践教学的评价过程为：

根据实践体系中的学生数量m和评价指标数量n，建立初始系统数据矩阵R：

式1中，矩阵R中的元素rij，其意义为第i位同学的第j个评价指标的值，其数值来源于上文中的权重系数.参数Pij代表该指标参数的比重.可以描述为：

实践评价体系中，第j个实践评价指标的熵值ej表示为：

熵权值wj表示为：

根据学生实践能力要求和专业方向侧重，确定其实践评价体系主观权重值αj，αj的大小表明了该指标对于学生能力影响的重要程度.综合权重值βj由主观权重和权熵共同构建，表示式为：

综合权重值βj代表了对于学生实践动手能力的整体评价，从而可以用来分析学生实践过程对于学生能力的影响.由此可以得到实践能力考核的权重分配情况如图4所示.

图4 实践考核权重分配情况

4 产学合作实践教学培养实践

基于产学合作协同育人项目的培养，要注重锻炼学生的动手能力，以企业的实际需要设立题目，通过网络资源培训，使其理论结合实际操作，有效提高实践能力.根据生产实际的前沿性，设立相关的题目，如表1所示.

表1 实践项目

改革学生的实践课堂评价体系，依据图4对课程评价权重进行重构，改进后课程体系中实践成绩的构成模块如表2所示.

表2 实践课程成绩构成

对学生的成绩评定进行了更具体的分配，从而可以有效考核实习实践中的各个方面表现，如学生实践过程中平时表现成绩的分配如表3所示.操作能力评价评分分配如表4所示.

表3 平时表现成绩分配

表4 操作评价分配情况

对于本校2019级微电子科学专业研究生实践教学内容进行调整，采用基于产学合作的应用型人才培养模式.通过实践和总结，可以发现，采用新的模式后，学生的能力全面提高，尤其是在自我学习和锻炼动手方面更是有了长足的进步.学生成绩对比情况如图5所示.

图5 成绩对比情况

由图5可知，通过进行相关的实践教学改革后，学生的成绩和能力都有了明显的提高，证明了该模式可以有助于提高学生的能力，对于工科学生培养来说，具有重要的意义.

5 “应用型”研究生实践教学的意义

在与行业相关企业的密切合作基础上，锻炼研究生学生的知识运用能力和创新能力，提高知识掌握能力，把握国内外行业现状，基于应用型人才培养的研究生实践教学体系具有如下重要意义：

（1）有利于实现应用型研究生人才培养的目标.对于微电子专业的研究生来说，要求其具有较好的工程实践能力，由于摩尔定律的存在，行业技术更新快，要求其具有较好的创新实践能力和与国内外行业接轨的知识掌握能力.

（2）有利于规范人才培养过程.研究生的培养对实践能力的要求越来越高，只有通过真正的企业生产实践过程，才能使学生了解企业的生产现状，促进人才培养和企业需要之间的结合.

（3）有利于提升人才的竞争力.随着高等教育的发展，对于人才竞争力的要求也与日俱增，而只有通过好的实践教学，才能提高学生的知识掌握和运用能力，提高创新能力，进而提高竞争力.

（4）有利于提升专业教师的专业素质.“师者，传道授业解惑也”，教师的专业能力会深刻影响学生的成长.

6 结语

基于“应用型人才”的研究生实践能力培养模式，可以通过产学合作，提高研究生学生的工程实践能力和知识创新能力，对其提高自身竞争力具有重要而深远的意义，也是国家对人才培养战略的要求，从而可以进一步促进社会和谐进步.

经过多年的实践探索，基于校企合作的模式，利用产学研合作平台，不仅可以有效提升研究生学生的工程实践能力，而且可以有效提高其对企业项目运营的管理能力.提高自身的创新创业能力，为将来的职业发展道路打下坚实的基础.随着校企合作的逐渐深入，研究生学生的培养模式也逐渐向应用型转型，这种根据个人情况分散式培养的研究生，个人能力更强，社会适应度更高，能够迅速实现从普通的学生向工程师的角色转变.