新工科背景下微电子专业实践教学改革

0 引言

2017年2月，教育部基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求提出了我国工程教育改革的新方向：新工科3E(emerging engineering education)建设，其内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才[1]。

微电子是21世纪电子科学技术与信息科学技术的先导和基础，是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础，因此，也是典型的“新工科”专业。探究微电子专业实践教学改革，培养具备更高的创新创业能力和跨界整合能力的工程技术人才具有重要的意义。

1 工程教育目前存在的问题

1)实践环节薄弱

“实践出真知”是亘古不变的真理，对于工科学生来说尤为重要。然而，以教师为中心、以知识传授为主要目标、以课堂教学为主要方式仍然是大学主要的教育模式而忽视了实践应用环节。学生所学的专业知识只是停留在理论层面，无法应用到实际中去，制约了学生的积极性和创新性。

2)教材内容陈旧

微电子行业知识更新非常快，根据摩尔定律，集成电路的特征尺寸不断减小，每隔18个月就有技术的革新。然而，学校给学生上课所用的教科书、讲义上的内容没有及时更新，仍然是10多年前的内容，虽然是经典教材，但未能与工业界进展同步。因此学生所掌握的知识与现实半导体行业要求相差甚远，无法满足企业的需求。

3)企业作用发挥不明显

微电子专业主要涉及半导体材料、半导体分立器件、集成电路芯片和应用系统。半导体产业支撑着计算机、消费电子和通讯等先进应用技术，是当今高新技术的核心和硬件基础。但是，半导体产业也是全球各种先进技术中最为复杂的科学和工程，以最为典型的集成电路产业链为例，它包括单晶制造、集成电路设计、芯片制造、集成电路封装和测试四个关键环节。随着半导体及其集成电路产业的发展，每个方面都形成了社会上独立运行的企业，从而形成了集成电路产业独有的上中下游的产业链模式。这种企业分布状态给微电子专业的实践教学，尤其是生产实习活动安排，带来了极大的挑战，针对某一个知识模块或某个企业的实践往往只能使得本科生了解某一个工程环节，很难窥其全貌。

4)实践教学成本高昂

科学、系统的专业实践教育是教学中的重要环节，在培养学生创新思维、提高实践能力上有着不可替代的作用。然而，与微电子技术密切相关的集成电路设计、芯片制造、封装与测试等，都涉及非常昂贵的设备和严格的环境要求。以集成电路设计为例，前端设计和后端验证所采用的EDA(Electronics Design Automation)电子设计自动化工具大多采用国外进口软件，每一套软件的价格都在几十万到几百万，对实践经费投入需求很大[2]。而芯片制造、封装和测试更加难以实现。

2 实践教学改革的有力措施

2.1 修订教学大纲，增加专题实验课程

针对微电子专业理论课和实践课比例分配不合适的问题，我们修改了教学大纲，为所有的微电子核心专业理论课配备对应的专题实验，具体安排示于表1。按需要引进先进设备和教学仪器，通过实验教学，使学生加深和巩固对现代半导体物理器件的基本理论的理解，培养学生的实际动手能力与分析问题、解决问题的能力，树立理论联系实际的学风和良好的科学工作作风。

表1理论课及配套实验课序号理论课配套实验课课程名称学时课程名称学时1半导体物理56半导体物理与器件专题实验482半导体器件563半导体数字集成电路56数字集成电路专题实验484半导体模拟集成电路56模拟集成电路专题实验485微电子制造技术32集成电路工艺专题实验486集成电路设计基础32集成电路CAD专题实验48

2.2 开设“项目设计”和“科研训练”课程

“项目设计”课程为必修课，学生通过该课程完成一项专题制作：从项目规范制定、项目设计和制作到实际样品或者样机测试的一个完整过程。“科研训练”课程则让学有余力的学生在本科阶段就参与到教师的科研活动中，提前接触文献调研、科学实验、科技论文写作等方面的活动，培养学生的科研素养。近三年来，修完“项目设计”和“科研训练”课程的学生总计约220人次，大幅度提高了本科生的实践动手能力，取得了很好的效果。

文章来源：《微电子学与计算机》 网址: http://www.wdzxyjsjzz.cn/qikandaodu/2020/1216/444.html