以创新能力培养为目标的集成电路专业实验教学

为响应国家科技强国战略需求，突破核心关键技术，构筑先发优势，在未来全球创新系统中占据战略制高点，迫切需要培养大批新兴工程科技人才[1]。而集成电路产业作为信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业[2-3]，在中国制造大投入、大发展、大跨越的趋势下，集成电路的战略重要性日益突显。然而，我国的集成电路产业仍然未能实现真正意义上的突破，集成电路人才培养存在质和量上的不足。高等院校作为高端人才培养的主场地，如何紧密围绕我国集成电路产业快速发展对高水平人才的迫切需求，遵循集成电路发展规律[4-6]，培养出具有理论和工程实践相结合的综合创新型人才，这对集成电路专业实践教学体系提出了新的要求。

在此大背景下，集成电路中心坚持“人才培养是根本、提升能力为关键、凝聚资源夯基础、科学研究促发展”的实验教学体系建设思路，提出以培养学生的工程实践能力和科研创新能力为核心目标的“四位一体”实验教学体系，实践教学覆盖现代集成电路产业链的主要技术与技能环节[7]，内容层次递进，为微电子与集成电路相关专业的综合创新型人才实践教学培养提供新方案。

一、“四位一体”实验体系构建

图1 “四位一体”实验教学体系

图2 通识实验框架

在新工科的大背景下，实验中心提出以“教学与科研、工程相融合”的培养理念，形成了以培养学生的动手实践能力和创新能力为核心目标的“四位一体”实验教学体系，如图1所示。该体系覆盖现代集成电路产业链的主要技术与技能环节，由“通识实验”、“专业实验”、“科研创新实验”与“综合交叉融合实验”四大模块构成，兼顾物理、器件、电路、设计、工艺等集成电路学科核心内容，适应于培养集成电路人才运用理论分析问题、解决问题等能力，具有覆盖面广、实用性强和创新性等鲜明特色[8-11]。

该实验教学体系在知识结构上从通识课程一直延伸到专业课程，在实验与实践环节上从校内实验室延伸到校外实践基地。实验内容层次递进，通过实验教学最终实现工程实践与系统实验相融合、科学研究与实验相融合、虚拟实验与实践实验相融合以及理论课程与实验相融合。

（一）通识实验模块

通识实验主要面向本科一年级与二年级的学生开设。对于实践性较强的微电子与集成电路专业而言，能够熟练的掌握计算机程序语言以及扎实的物理与电子基础理论知识，可以为后续的专业课程学习奠定基础。因此，在通识实验模块，将程序类实验、物理类实验、电子线路类、信号与系统类实验作为核心内容，四大类实验之间的层次递进关系以及开设的学期如图2所示。

通识实验课程设置坚持由易到难的原则，从计算机程序设计语言类实验入门，进而开设大学基础物理实验；在掌握一定的基础知识后，为进一步培养学生的知识综合能力，在第三学期开设难度稍高的综合物理实验。随着知识点的积累、理解能力以及动手能力的提升，逐渐开设与专业基础相关的电子线路类、电路信号与系统类、半导体物理类实验。实验内容由浅及深，层次递进，进而达到培养学生的实验能力以及实验兴趣的目的。

通识实验模块的实验教学活动，着重在于培养学生的实验兴趣，规范化的实验操作习惯，熟练掌握常规仪器设备（示波器、电流源、信号源、函数发生器、频谱分析仪等）的操作方法，以及处理实验数据和撰写实验报告的能力。实验的考核方式以及所占的比重为：实验预习（40%）+实验过程（40%）+报告为主（20%）。在课程设置时间上，实验课程一般滞后于理论课程四个星期左右，目的是使得学生在充分理解理论知识点，即实验原理的前提下，带着思考问题进入实验室，有目的、有计划地进行实验，充分实现理论课程与实验教学相融合。

（二）专业实验模块

基于通识实验模块，学生已经具备了一定的实验能力且积累了一定的与专业相关的基础知识，具备了专业实验的能力。为了进一步优化实验教学体系，新的实验体系对专业实验的内容进行合理优化，保留传统优势、经典的实验项目，摒弃与优化落后的实验项目，在此基础上，根据科学研究的最前沿，加大科学创新实验以及综合性实验在总实验项目中的比重，使专业实验体系结构更为合理，并构建了半导体器件实验、工艺实验、物理实验、虚拟仿真实为主的六大实验平台，如图3所示。每个实验平台下包含若干与专业主干理论课程紧密相关的专业实验，这些专业实验的内容涵盖面广，由验证型实验→综合设计型实验→创新型实验，实验内容层次递进，相互关联，构成专业实验的核心内容。

文章来源：《微电子学与计算机》 网址: http://www.wdzxyjsjzz.cn/qikandaodu/2020/1120/439.html