新工科背景下微电子专业实践教学改革(3)

3 结语

在新经济蓬勃发展形势下，面向新工科教育的微电子专业实践教学改革是培养一线工程应用型人才的必备条件，是推进学校实践教学体系改革和创新的基础工程和重要保障。

通过实施这些实践教育环节，培养学生的实践能力、创新能力、独立研究能力、综合实践探究能力及岗位适应能力，进而提升学生的综合素质，培养学生的个性特长，增强学生的社会适应能力和社会交往能力，更好地服务国家和地方经济建设。

[1] 钟登华. 新工科建设的内涵与行动[J]. 武汉: 高等工程教育研究, 2017(03):1-6.

[2] 李东生, 尹学忠. 改革传统课程教学强化EDA和集成电路设计[J]. 北京: 实验技术与管理, 2005(04):1-2.

[3] 王树国. 关于一流大学拔尖人才培养模式的思考[J]. 北京: 中国高等教育, 2011(02):9-11.

[4] 杨奕, 徐鹏, 彭小峰. 电子设计竞赛与实践教学改革[J]. 上海: 实验室研究与探索, 2013(4):172-175.

[5] 钱晓田. 社会资本视域下高校校友资源的创新整合[J]. 南京: 南京社会科学, 2016(09):88-93.

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482.2 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 开展ITP计划我们希望培养出更多的“宽口径、厚基础、高素质、创新性”的拔尖人才[3]。“信息新蕾”计划ITP(Information-technology Talent Program)应运而生，该计划旨在加强本科拔尖生的创新能力培养，选拔一批优秀生进入科研实验室，参与科研团队的科研工作和学术活动，接受良好的学术文化熏陶，学习和初步掌握科学研究方法，锻炼提出和解决问题的能力，培育初步的科研素养，为进一步深造和发展打下良好的基础。我院微电子科学与工程专业本科生近三年有84人次参与了该计 微电子专业实习为了达到对本科生实践能力的培养要求，满足我国集成电路产业对人才的迫切需求，我院相继设立了多个校外实习基地，早期主要安排学生去分立器件和集成电路制造企业开展参观、学习和实习性质的实践活动。后来增加了半导体材料制造和专用集成电路设计企业的实习活动。在与西安市集成电路产业发展中心的全力合作下，给学生增加了集成电路EDA软件、半导体器件和芯片搭建电路的实训活动，从而形成了针对本科生全方位的教学实践活动。近4年，我们与西安市知名的集成电路企业合作，开展本科专业实习。安排了内容丰富甚至具有诸多挑战的生产实习活动。涉及的企业包括：中国航空工业第631研究所(芯片设计)、西安中兴通讯终端科技有限公司(芯片设计)、航天民芯科技有限公司(芯片设计)、西安华芯半导体有限公司(芯片设计)、三星(中国)半导体有限公司(芯片制造及封装测试)、西测电子(器件和芯片测试)，陕西天宏硅材料有限责任公司(硅单晶企业)、西安卫光科技有限公司(大功率半导体器件和军用元器件研制、生产定点企业)、西安华天科技(西安)有限公司(芯片封装)、西安西谷微电子有限责任公司(器件和芯片测试)、西安芯派电子科技有限公司(大功率场效应管及电源管理IC开发设计)、西安永济电气有限责任公司(电传动装置研制企业)等。这些企业代表了半导体和集成电路产业链上从晶圆制造、芯片设计、芯片制造、芯片封装测试、功率模块和装置各个典型环节。通过企业工程师的讲解和交流，使学生领略到涵盖当今半导体领域的典型产品的设计和工艺流程、接触到最先进的半导体芯片集成电路技术、设备，体验丰富多彩又日新月异的制造艺术和管理理念 参加各类竞赛我院大力提倡本科生在教师的指导下积极参加各类竞赛。通过竞赛，培养学生的创新能力、拼搏精神以及团队协作能力[4]。我院微电子专业本科生在2015年—2017年参加的全国大学生集成电路设计大赛中，连续三年都取得了全国一等奖，并在2017年获得特等奖一项 多种形式的校企合作(1)2016年在学院的大力倡导下成立了微电子院理事会。理事成员包括院士、行业著名专家，是我院加强与企业合作、产学研融合的具体体现。企业与大学的结合，不仅能形成生动活泼的育人局面，更能大大提高创新创业的成功率并促进企业的良性发展。为校企联合、微电子领域人才培养及学院发展提供新的思路与契机，共同探索新工科背景下的人才培养模式，走出一条具有我院特色的人才培养道路。(2)微电子院与20家企业签订合作办学协议。现有12个研究生培养基地和8个本科实习实训基地，包括多个国家龙头企业，涵盖半导体材料、工艺制造、器件、IC设计与加工、封装等全产业链。通过加强和企业的联系，开展技术交流、跟踪新技术发展，改善大学生专业培养方案实践教学，使课程教学与生产实践和社会发展相结合。(3)聘请企业合作导师25名，其中有集成电路封装和测试领域的企业家、芯片制造外企的高管、从事技术研发和生产管理的工程师。企业导师带领学生更好地完成毕业设计，通过详细讲解和交流，积极引导启发、调动学生结合实际，综合分析、处理生产中接触到的实际问题，最为重要的是让学生理解企业现有生产技术、了解技术的变迁以及个人如何适应微电子产业发展。让学生感受到微电子产业及涉及到专业知识的纵深，体会到将来欲从事微电子产业必须具备的专业素养，更明白先进的科学技术研究对制造业的支撑作用。(4)成立校友专家咨询委员会，定期举办校友论坛。校友资源的整合利用和有效开发，不但能产生强大的社会效益，而且能强化高校可持续发展的后劲和活力[5]。我院微电子专业校友专家咨询委员会是由微电子行业校友发起成立并致力于母校发展的专家组织，目前聘请专家校友19名。该组织的职责在于对微电子专业的学科建设与改革发展方向、教学大纲、课程设置和人才培养提出意见与建议，协助完成学生实习和教学实践，为学生开设课程或讲座，介绍行业最新发展动态，辅导毕业生就业。3 结语在新经济蓬勃发展形势下，面向新工科教育的微电子专业实践教学改革是培养一线工程应用型人才的必备条件，是推进学校实践教学体系改革和创新的基础工程和重要保障。通过实施这些实践教育环节，培养学生的实践能力、创新能力、独立研究能力、综合实践探究能力及岗位适应能力，进而提升学生的综合素质，培养学生的个性特长，增强学生的社会适应能力和社会交往能力，更好地服务国家和地方经济建设。参考文献:[1] 钟登华. 新工科建设的内涵与行动[J]. 武汉: 高等工程教育研究, 2017(03):1-6.[2] 李东生, 尹学忠. 改革传统课程教学强化EDA和集成电路设计[J]. 北京: 实验技术与管理, 2005(04):1-2.[3] 王树国. 关于一流大学拔尖人才培养模式的思考[J]. 北京: 中国高等教育, 2011(02):9-11.[4] 杨奕, 徐鹏, 彭小峰. 电子设计竞赛与实践教学改革[J]. 上海: 实验室研究与探索, 2013(4):172-175.[5] 钱晓田. 社会资本视域下高校校友资源的创新整合[J]. 南京: 南京社会科学, 2016(09):88-93.

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