微电子专业建设中实验实践类课程的建设与研究

方玉明 严静 李若舟 夏晓娟 许杰

摘要：微电子专业的发展成为当今社会的一个主要发展方向。为培养微电子专业人才，需要着重探讨微电子专业中实验实践类课程的建设和实施。以实验实践类课程为主要研究对象，该文探讨了如何解决实验类课程中的关键问题，提升教学质量，从而培养学生的实验动手能力、解决问题能力、工程思维能力，从而成为具备独立科研能力，能够解决复杂工程问题的专业复合型人才。

关键词：微电子;专业建设;实验实践;研究型教学;思政

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）30-0169-03

Research on the Experimental and Practical Courses in the Construction of Microelectronics Specialty

FANG Yu-ming， YAN Jing， LI Ruo-zhou， XIA Xiao-juan， XU Jie

（College of Electronic and Optical Engineering & College of Microelectronics， University of Posts and Telecommunications， Nanjing 210023， China）

Abstract： The development of microelectronics has become a major direction in today's society. In order to train microelectronics professionals， we need to focus on the construction and implementation of the experimental and practical courses in the construction of microelectronics specialty. How to solve the key problems in the experimental courses and improve the teaching quality is discussed， so as to cultivate the students' experimental ability， problem-solving ability and engineering thinking ability. To train students to become interdisciplinary talents with independent scientific research ability and able to solve complex engineering problems.

Key words： Microelectronic;Specialty construction;Experimental practice;Research Teaching;Curriculum Ideological and Political Education

1 引言

實验实践类课程在专业课程的教学中具有非常重要的作用。它是对所学的理论知识进行深刻认知，检验和理解知识的重要手段。也是理论联系实际的主要渠道。因为我们的培养目标不仅是需要学生具有扎实的专业基础，更多的是要提高学生自主学习和独立科研的能力，培养学生进行科学研究和工程项目的思维习惯和动手能力。因此，在专业课程的教学中，除了理论课的讲授，必须辅以相配套的实验教学。实验教学是对理论教学的不可缺少的补充和完善。

实验教学的目的和内容培养了学生理解运用知识的能力。实验内容的设计、实施和开展培养了学生的工程思维，独立进行科学研究的能力。而最终实验报告的撰写培养了学生用专业的思维考虑问题，用专业的语言表述解释问题。因此，实验教学是对学生各方面能力，尤其是解决复杂工程问题能力的一个全面提升。

2 实验实践类课程的关键问题[2]

实践实验类课程虽然在整个专业课程建设中发挥着举足轻重的作用。但是要想高质量的实施开展，必须要掌握其中的一些关键因素：

2.1 把德育和专业发展教育相结合

目前在专业课程中加入思政内容的教师比较少，开出的应用类实验和课题中思政内容都偏少。课堂中大量的是专业理论知识的讲授，具体的结合实际的思政内容比例偏低。如何把专业建设和当下的实际有意、有机、有效地结合，紧跟社会的发展，是个关键问题。合理的运用德育的学科思维，提炼专业课程中蕴含的文化基因和价值范式，将其转化为具体化生动化的有效教学载体。培养学生的社会责任感和职业道德。能够树立正确的世界观、人生观、价值观。养成诚实守信的良好习惯，具有团队合作意识、严谨的工作作风。热爱自己的专业，吃苦耐劳，具备工匠精神。能够为祖国建设贡献自己的力量。

2.2 选修学生数日益增长和有限的实验场地、实验器材的矛盾

目前的集成电路设计实验室一次只能满足40组学生做实验，而微电子专业实验室一次只能满足16组学生做实验。而目前的学生选修人数已达到八个小班。而且随着社会的发展以及微电子专业的受关注程度的日益增加。越来越多的学生对微电子、集成电路方向产生了浓厚的兴趣。因此，本专业的学生人数在逐渐上升，因此，在课程时间、场地、器材的安排上都显示出极大的窘迫。迫切需要找到一个适合的解决方法缓解这个矛盾，以便于容纳日益增长的选修人数的要求。

2.3 延伸实验课程的教学作用，发展学生的课外创新实践活动

通常情况下，学生的学习过程由两个阶段组成：第一阶段是单纯接收;第二个阶段是理解运用。目前的教学方式更偏重于第一阶段。而在学习的过程中，更重要的是第二阶段。实验实践课程恰恰弥补了传统教学方法的不足，着重加强了第二阶段。微电子专业实验室除了满足实验课的教学外，更重要的是延伸其教学作用，用于完成微电子方面的科研课题的研究和探讨。因此，在发挥教学作用的同时，尽量能够满足作为本科生进行微电子领域创新性实验、课程设计以及毕业设计的专业实验平台。

3 实验实践类课程关键问题的解决措施

实验类课程里面的关键问题是各种实验课程都必须碰到的问题，因此能够有效解决这些关键问题也就能够有效提升实验实践类课程的教学质量。同时要根据不同年级、不同课程体现创新意识和创新能力的培养。更要激发学生的主动学习和创新精神。

3.1把德育和专业发展教育相结合，各门专业课都融入思政元素

微电子技术作为现今电子产业发展的关键技术，具有广阔的发展前景， 它在社会生活中却起着举足轻重的作用：它同经济发展密不可分，同人民生活息息相关，在国防安全方面也扮演着不可替代的重要角色。芯片成为了各国技术竞争的决定性因素。在半导体这个领域，中国需要挑战的是西方上边百年积累起来的工业体系。在这个当中体现了浓浓的思政元素。整个微电子的发展其实就是激励学生自我强大的一个过程，面对外界制造的各种困难。我们如何迎难而上，持之以恒地勤奋努力，突破技术封锁，提升我国的芯片研发水平。从而培养学生热爱专业热爱祖国的优秀品质。

（1） 采用统计调查方法，对本专业的入学或即将入学的学生、老师进行问卷调查，结合典型调查，分析需求特征，准确定位培养目标;去相关院校进行走访或调研，对课程思政的开展工作进行分析比较研究，借鉴成功经验;根据实际教学和实践的经验，优化设置课程体系，融入思政元素。做好学生对思政教学效果反馈的分析。在此基础上针对不同的課程改善不同的思政内容。教学中引进激励机制，激发学生兴趣、求知欲、好奇心、责任感、上进心，激发学生产生向上的动机和行为。

（2） 课程和学时无法做大的调整的情况下，尝试在课程内容上做些创新。目前基础理论课的学时比较充足，可以在课时里分出2-4个学时讲述该门课程的发展历史、创始人以及他们的生平的优秀事迹。他们在创造出新的产品，或者是发现新的理论之前都进行了艰苦卓越的探索和研究。把专业知识和实际的人物结合起来，增加了课程的趣味性，也能吸引学生的注意力，加深学生对科研工作者的优秀品质的理解和敬佩，从而潜移默化地培养他们向优秀的人学习和靠近，从而加深认识了理论课的重要性。

（3） 实验实践课程中除了融入科研工作者的事迹，同时鼓励教师积极申报校企联合项目，结合科研项目建立和完善专业实验室，补充硬件设备。在今后的专业建设中，应通过各方渠道加强专业实验室的建设和完善，并积极和外校各对口单位联系，争取建立一个稳定长期的校企合作。在这个过程中，能让学生体验到企业的作用，对国家建设的直接推动作用，能够在工作后更好地融入企业培养“工匠精神”。

3.2采取多种方法解决选修学生数日益增长和有限的实验器材的矛盾

随着社会的发展以及微电子专业发展的迫切需要。越来越多的学生对微电子、集成电路方向产生了浓厚的兴趣。因此，不仅本专业的学生人数在逐渐上升，外专业选修微电子方向课程的学生数也是日益增加。但是专业实验室的场地和硬件平台却没有拓展。其他的集成电路设计实验用到的软件也涉及服务器集中安装和版权购买的问题，也限制了一定的灵活性。造成了这两方面的矛盾会日益突出。

（1） 有机会当然还是要争取各方渠道增加实验配置和实验设备。包括实验面积的增加和实验器材套数的增加。各种类型的实验室建设项目都要去积极申请，包括学校层面的经费支持。以满足现有仪器设备的养护维修，新仪器的购买。但受限于实验场地和实验经费，实验器材和实验设备的购买毕竟非常有限，不能仅靠这个渠道维持日益增长的实验需求和要求。现在社会也在不断发展，我们也要与时俱进，从多方渠道保证开展实验内容。

（2） 目前，其他各种类型的实验室也在蓬勃发展，对传统的实验课程也起到了很好的补充作用。比如口袋实验室[1]、虚拟实验室[2]等。本课题组现在也在完成虚拟仿真实验室项目，增加虚拟仿真实验，设置虚拟仿真实验的内容和数量。能很好地缓解实验设备的购置压力。补足学生学习理论知识这块的不足，通过系统仿真实验的开展和学习，使学生能够对半导体器件的工作机理有直观的印象，能够更深入地理解器件的各项特性参数。从而也是将科学研究和基本概念教学联系起来，结合起来，实现教研统一，相互促进。

（3） 目前，本专业的实验实践类课程基本上都是本专业任课老师教授。专业任课老师一般都会承担各种类型的科研项目。因此发挥科研项目对教学工作的支撑也是一个非常好的渠道。不仅能够缓解传统实验室的矛盾，也能使得学生更好地融入科研项目。因此，实验课老师也需要开发新的实验项目，增加实验组数和实验类型。目前，不少老师也在积极承担学校的开放实验室项目。

3.3延伸实验课程的教育作用，培养学生科技创新、独立科研的能力

实验实践课程的教学不能仅仅是完成课堂教学。实验实践课程的最终目的是要学生具备能够独立进行科研的能力，探索和试验实践的能力，解决工程问题的能力，科技创新的能力。因此，不能将实验课程也沦为课堂讲授的满堂灌的形式。不能弱化实验实践课程的最终延伸作用。反而要更多地承担学生解决复杂工程问题能力的培养。

（1） 微电子专业实验室除了满足实验课的教学外，也可以用于完成微电子方面的科研课题的研究和探讨。因此，在发挥教学作用的同时，尽量能够满足作为本科生进行微电子领域创新性实验。加强师资建设力度，提高教师实验教学水平。鼓励专业教师承担大二学生的成长导师、大三学生的科技创新计划。让更多的学生参与科研。

（2） 重视课程设计以及毕业设计的专业实验平台。课程设计和毕业设计都属于实践类的课程，它们和普通的专业实验课还有所区别。专业实验课是学习某一部分知识的实验内容，而课程设计，包括毕业设计，是需要对整个微电子专业知识体系有一个完整的概念，设计一个相对完整流程的课题。因此，发挥好这两个实践课程的教学作用，能够很好地培养学生解决复杂工程问题的能力。

（3） 积极和企业合作，建立校企联合实验室。借用企业平台，利用学校里无法购买但企业里具有的大型设备和先进设备，开展相关的实验实践类课程。不仅增加了学生的知识面和视野，也部分缓解了传统实验室的硬件矛盾。同时，也可以请企业工程师进入课堂，给学生上课。这样也可以达到提前培训学生的工程能力，为学生顺利进入企业的相关工作岗位提供了便利条件。

4 总结

微电子技术作为现今电子产业发展的关键技术，在社会生活中却起着举足轻重的作用。而微电子专业人才的培养中，实验教学是对理论教学的不可缺少的补充和完善。要想提高实验实践类教学，必须有意、有机、有效地紧密结合当下实际，紧跟社会的发展，树立学生正确的世界观、人生观、价值观。

同时，通过从各方渠道积极争取增加实验配置和实验设备，开展虚拟仿真实验的内容和数量，发挥科研项目对教学工作的支撑等各方面，解决选修学生数日益增长和有限的实验器材的矛盾。加强师资建设力度，提高教师实验教学水平，鼓励专业教师承担学生的创新计划，让更多的学生参与科研。重视课程设计以及毕业设计的专业实践课程教学。积极和企业合作，建立校企联合实验室。充分发挥实验实践课程的延伸作用，使学生具备能够探索和试验实践、科技创新以及解决复杂工程问题的能力。

参考文献：

[1] 董介春，于瑞涛，卫成兵.口袋实验室建设与实验教学改革[J].电气电子教学学报，2017，39（3）：133-135，147.

[2] 刘筱兰，张薇，程惠华，等.虚拟实验室的类型及发展趋势[J].计算机应用研究，2004，21（11）：8-10.

【通联编辑：王力】

收稿日期：2021-03-01

基金項目：南京邮电大学“课程思政”教育教学改革研究专项课题（KCSZJG202002）;南京邮电大学实验室工作研究课题（2020XSG05）;南京邮电大学电子科学与技术国家级实验教学示范中心虚拟仿真实验教学项目;南京邮电大学院级“课程思政”优秀教学团队。

作者简介：方玉明（1975—），女，江苏省南京市人，教授，博士，主要研究方向为微电子学、微机电系统、微电子专业教学研究;严静（1987—），女，江苏省扬州市人，讲师，博士，主要研究方向为液晶显示及液晶电光器件;李若舟（1988—），男，湖北省武汉市人，讲师，博士，主要研究方向为微电子学、柔性电子器件;夏晓娟（1981—），女，江苏省扬州市人，副教授，博士，主要研究方向为微电子学、大规模集成电路;许杰（1989—），女，江苏省无锡市人，副教授，博士，主要研究方向为微电子学与固体电子学。