集成電路設計與集成系統專業CDIO培養模式的研究與實踐

摘 要：本文以現有集成電路設計與集成系統專業的課程體系為基礎，以實施“卓越工程師計劃”為契機，進行該專業CDIO培養模式的研究。所制定的人才培養方案和教學大綱以項目為導向，將相關課程有機結合起來，規劃和設置出獨具特色的構思、設計、實施、運行項目；建立基于CDIO理念的教學運行機制，改變傳統“教與學”的關系，真正做到以學生為主體，充分發動學生的積極性，將“卓越工程師計劃”與CDIO理念有機結合，形成本專業CDIO培養模式。

關鍵詞：集成電路設計；CDIO；卓越工程師計劃

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2013）02-0042-02

自2000年CDIO 工程教育理念被提出以來，國內外諸多高校加入到CDIO合作計劃中，并積極投入到CDIO教學模的開發和完善中。隨著CDIO教學理念逐漸被社會認同，CDIO模式在全世界以MIT為首的幾十所大學開始操作實施，并取得了顯著成效。自2005年汕頭大學首先引進CDIO工程教育培養模式到我國以來，各工科院校相繼開始研究和實踐基于CDIO理念的人才培養模式，形成了多樣化的CDIO，所涉及的課程領域也越來越廣泛，如自動化專業、計算機專業、軟件工程等專業。

集成電路設計專業是我國新型專業，具有門檻高、內容新、發展快、屬于交叉學科、與產業聯系緊密、實踐性強等突出特點。對學生運用知識解決問題的能力、總結實踐經驗發現新知識的能力、團隊工作的能力、與人溝通和交流的能力以及創新能力有很高的要求。到目前為止，還沒有任何高校進行集成電路設計與集成系統專業CDIO培養模式的研究與實踐。研究和實踐該專業的CDIO培養模式，對哈爾濱理工大學切實作好該專業工程教育，改革哈爾濱理工大學工程教育模式，開展教育部“卓越工程師計劃”具有重要意義。

一、集成專業實施CDIO培養模式的必要性及面臨的問題

集成電路作為信息產業的基礎和核心，是國民經濟和社會發展的戰略性產業，在推動經濟發展、社會進步、提高人民生活水平以及保障國家安全等方面發揮著重要作用。傳統教育模式不能適應該專業對人才培養的要求，找到一種適合該專業的特點和我國國情的工程教育模式是我國集成電路產業和集成電路設計與集成系統專業更快、更好發展的必要條件。CDIO工程教育模式包括：構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）。它是“做中學”和“基于項目的教育和學習”的集中體現，以產品的生命周期為載體，讓學生理論和實踐有機結合。本專業自頂向下（Top -Down）設計的流程可以主要概括為四個大的部分：理念（Idea），設計（Design），實現（Implement）和驗證（Verify）。可見，二者從形式到內容上不謀而合。CDIO工程教育模式很適合在本專業實施。

按照CDIO工程教育理念的要求，在本專業實施CDIO模式需要解決以下問題。1.如何將“卓越工程師計劃”與CDIO理念有機結合，制定出以“卓越工程師”為培養目標，以CDIO理念為指導思想的本專業CDIO培養模式；2.如何在教學計劃和教學實踐中圍繞項目設計將相關課程有機聯系起來，并規劃和設置獨具特色的構思、設計、實施、運行項目（CDIO 項目），應如何設置CDIO 項目，設置多少個，哪些課程需要設置等問題；3.如何將“做中學”貫徹到整個本科教學過程中，加強學生的實踐與動手能力；4.如何制定科學合理的考核機制；5.如何盡快提高教師的個人能力使之勝任CDIO課程體系的教學模式；6.如何實現理論學習的實踐操作局部化與整體化的統一。

二、CDIO培養模式的實踐方法

為了切實做好本專業CDIO培養模式的實踐。在制定和實踐CDIO培養模式時應與時俱進，抓住“卓越工程師計劃”的有利時機，充分與其相結合。切實做好實施CDIO的四個主題：一是課程改革，以產業需求為導向，以完成項目來設置課程、安排教學計劃；二是不斷提高教師的教學水平，科學合理設置該專業的CDIO項目；三是以本專業的專業方向課為出發點，逐步開展CDIO課程實踐；四是進行評價體系改革，注重對實踐能力、創新性技能的考核。

（一）課程改革

按照CDIO大綱要求對構思、設計、實施、運行系統的能力這四個目標進行細化，建立二級指標和三級指標，并以現行大綱為基礎，找出差距，針對具體問題進行課程改革。為確保改革切實可行，學院成立CDIO工程教育改革委員會，組織全院教師集體學習和研討CDIO 理念、CDIO 培養大綱、教育框架和標準，明確今后的改革方向和主要任務。

（二）不斷提高教師的實踐能力

CDIO模式是融于產業發展，并與產業發展同步的工程教育模式。切實實踐該工程教育模式，就要不斷提高教師的實踐能力，使其成為“雙師型”教師。不僅要有扎實的理論基礎，還應該具備豐富的實踐經驗。為此，我院采用“請進來”與“走出去”相結合的方式，請有經驗的工程師到校任課，派年輕的教師到企業中實習。另外，我院還定期舉辦CDIO研討會，讓教師參與討論，讓成功的教師分享其實踐經驗，以便其他教師學習借鑒。加強與集成電路產業緊密合作，發揮校企合作優勢，與企業共同建立適合本項目實施的案例庫。

（三）專業方向課中進行CDIO 課程實驗，逐步推廣

為使改革穩妥進行，也為今后全面推廣CDIO模式提供經驗。在集成電路設計與集成系統專業選擇幾門專業方向試點課程進行初步探索，總結經驗，逐步向其他課程推廣。在教學方面實施探究式學習和主動實踐學習，提高學生學習的方向性和主動性。學院CDIO 工程教育改革領導小組、教學委員會和試點課程任課教師有計劃、有目的的就試點課程的授課方式、效果、學生的反映以及存在的主要問題等方面進行研討和總結。

（四）改善評價體制，注重對實踐能力的考核

改變以考試為中心、以死記硬背為基礎的考試制度，實行考試方法多樣化，考試評價標準多元化。考核方式必須突破原來比較單一的模式，引入形式多樣、靈活科學的考核手段。

三、目前取得的研究成果

在實際操作中采用頂層設計、模塊化的改革方式，對集成電路設計與集成系統專業進行探索式的教學改革，目前已取得了部分成果。

（一）制定集成電路設計與集成系統專業CDIO

培養模式

在現有研究基礎上，按照CDIO國際組織制定的標準，結合本專業的實際情況，制定了本專業的CDIO培養模式。具體包括：以“卓越工程師計劃”中的培養目標和規格為該模式的培養目標和規格；建立以CDIO理念為基礎的教學方式、方法及管理和評估制度。如果以簡化的公式表示，即：目標（“卓越工程師”）+過程與方式：基于CDIO的“（教學內容和課程+管理和評估制度+教學方式和方法”。

（二）制定本專業基于CDIO理念的人才培養方案

目前本專業的CDIO工程模式教學改革已取得一定的成績，已形成兩個一級CDIO項目、三個二級CDIO項目和四個三級CDIO項目。設置兩個一級CDIO項目：以“認識實習+專業導論”為第一個一級項目，學生在教師指導下，了解本專業的核心內容與實際產品的關系；熟悉集成電路產業鏈；掌握集成電路設計的基本工藝流程；建立起與專業相關的整體概念。“生產實習+畢業設計”為第二個一級項目。設置三個二級CDIO項目：由信號與系統、數字信號處理、數字IC設計、集成電路邏輯綜合技術、集成電路設計驗證技術、布局與繞線等課程構成的數字集成電路設計項目；由數字電路及邏輯、ASIC設計、嵌入式系統設計、FPGA結構與設計等課程構成的嵌入式設計項目；由電路理論、電子電路、集成電路工藝、模擬IC設計、版圖設計等課程構成的模擬集成電路設計項目。在四門課程中設置三級CDIO項目：版圖設計、數字信號處理、數字IC設計、邏輯綜合。

（三）制定基于CDIO理念的課程大綱

參照CDIO 大綱并結合我國工程領域的實際情況，系統制定該專業專業課程的CDIO 課程大綱。大綱制定要著重考慮課程概述及相關課程的關系、課程教學對象與教學目的、課程內容、學時分配及主要的教學方法、實踐環節的要求、課程考核等方面的問題。每門課程大綱的制定除了要充分體現CDIO理念，還要考慮與相關課程及項目之間的關系。所制定的大綱應包括：基本理論知識、個人能力和職業技能、人際交流與合作能力，在企業和社會環境中構思、設計、執行和使用各種系統的能力。按照以上要求制定了CDIO課程大綱制定的模板及制定標準。

（四）建立基于CDIO理念的教學運行機制

為了改變傳統的應試教育的填鴨式方式，避免出現學生“上課記筆記，課后整理筆記，考前背筆記，考完就忘記”的現象。以CDIO 培養理念為指導，哈爾濱理工大學軟件學院建立了學習效果評估機制，完善現有評價體系；建立新的教學計劃、教學方法和考核方法。如考核方式突破原來比較單一的模式，引入科學的、形式多樣的考核手段。注重實踐環節的考核，使學生真正理解消化所學知識，使其所學知識“內化”。

集成電路設計產業發展是衡量現代社會發展水平的重要標準。集成電路產業的發展歸根結底是人才的培養。人才的培養要依賴于科學的、行之有效的人才培養模式。本文以CDIO理念為指導思想，以實施“卓越工程師計劃”為契機，對我校集成電路設計與集成系統專業CDIO人才培養模式進行了探討。根據哈爾濱理工大學該專業的實際情況和現有條件對該專業進行CDIO培養模式改革，并將現有改革成果做了詳細說明，對該專業CDIO培養模式的進一步研究與實踐奠定了基礎。

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