微電子專業課程的教學改革

王靜 吉新村

摘要：文章根據高等教育教學改革的基本思想和當前微電子工業對人才培養的基本要求，在總結微電子專業課程教學經驗的基礎上，對微電子專業課程的教學模式進行了較深入的探討。教學過程中通過更新教學內容、改進教學模式、加強實踐環境建設等途徑，明顯提高了學生的學習興趣，改善了教學效果，從而適應了新世紀人才對擴展知識背景、提高創新能力和綜合素質等方面的需求。

關鍵詞：微電子專業課程 教學改革 教學模式

0 引言

隨著科學技術和工程工藝的水平不斷發展，無論是科學界還是工業界對于人才的要求都有了根本性的變化，這一現狀對高等教育提出了巨大的挑戰。深入探討微電子專業課程的教學模式，對新型專業技術人才的培養具有重大的意義。工科專業的學生往往認為專業課枯燥無味，提不起興趣學習。這固然有學生自身的不少原因，然而專業課程內容和科研、生產均有程度不一的脫節，也明顯地影響了學生的學習熱情；同時，常見的灌輸式教學方法也具有較大的改進空間。本文作者很認同韓九強與鄭南寧兩位提出的“柔性教育”概念[1]，即教育模式、教學體系、教學內容和教學方法要能夠充分體現現代教育思想以及現代教育觀念。從具體形式來說，應當根據學生的背景和目標有針對性地提供多樣化的教學內容，結合相關行業發展的現狀和需求，提供符合時代特點的知識和教學方法，提高學生自主學習的興趣和能力，以培育有能力自我提升的創新型人才。

1 更新教學內容，優化課程結構

根據上述精神，我們針對微電子領域的發展現狀和需求，更新部分教學內容，優化了課程結構。

以可編程邏輯器件這門課為例，學生已經修讀數字電路以及C語言編程基礎，但是對于器件的材料特性、微觀結構完全沒有概念，也缺乏實際對器件編程的能力，這門課是學生第一次系統接觸器件編程技術。而現今的產業對人才的要求又覆蓋了包括以上內容的眾多領域，這就和學生的現有知識結構產生了一定程度的錯位。這種現象出現的原因一方面是當今產業快速發展，對人才的綜合知識背景要求逐步提高，而高校的教育無法像工業發展一樣日新月異；另一方面高校的實際條件，無論是硬件、師資還是學生的容納能力都有諸多限制[2]，無法做到無限制地設置專業課程的門數。那么在教學過程中，需要教師跳出課程本身的局限，結合當前的行業方向和需求，向學生介紹必要的背景知識，提高學生在專業方向上的綜合素質。

繼續以可編程邏輯器件這門課為例，我們在教學改革中注意補充器件設計的相關知識。微電子專業的學生僅有計算機語言的基礎，沒有編程中所需的數據結構及算法設計的知識。在教學過程中，我們向學生介紹基本的數據結構相關知識，并將其和器件的邏輯功能對應起來，再結合器件的硬件結構，培養學生根據器件功能設計程序結構的思路，大大加深了學生對可編程邏輯器件的特性、功能的認識。在此基礎上，我們給學生簡單介紹了算法設計的入門知識以及一些簡單的算法，結合本門課程的核心知識，培養了學生的“設計”而非“制造”的意識。從學生課后表現來看，大部分學生對于器件設計的方法、效率評估等方面都有自己的見解，設計代碼的水準也有明顯提高。而對于本課程中與數字電路這門基礎課相重疊的部分，我們在教學過程中僅簡略講解，避免了學生由于重復學習而產生厭倦情緒。

在新型微電子器件這門課程中，我們考慮到學生畢業后可能從事芯片性能評估測試的相關工作，對課程結構進行了稍許調整：減少了對早期電子器件的詳盡介紹，補充最新的器件知識來取代，特別側重于器件各項參數的起源和物理意義，以及半導體材料學表征的常見手段。另外，我們還帶領學生接觸相關行業的工作內容，包括在實驗室用小型電子顯微鏡觀察較新的芯片結構、用四探針儀測量芯片電學特性、參觀工廠的研發和測試部門，等等，增強實際認識。這些課程結構的調整旨在盡力使學生能接觸到最新的業界進展，更新知識結構，加強課堂學習與實際生產、科研的聯系。

從具體教學效果來看，更新教學內容，優化課程結構是非常有效的改革途徑。采取上述方式后，學生的學習熱情、學習能力都有較大提高，具體表現為出勤率、課后請教老師的次數大幅上升，參與電子競賽的人數也明顯增加，說明學生對自身能力的自信得到了明顯地提高。這一結果肯定了我們的教學方法。

2 教學模式的改革

2.1 互動式課堂教學 課堂教學的主旨除了講解必要的知識，還包括培養學生運用知識分析和解決問題的能力，教學內容的組織以及教學方式都應圍繞這點展開。如前所述，需要改進灌輸式的教學模式，而增加課堂教學的師生互動顯然是一種積極的措施。當然，理論講解仍需教師向學生闡述基本原理，但是在理解和運用方面，完全可以多采用啟發式教學，增加提問以及學生上臺演示的機會，達到師生互動的教學模式。對于微電子專業課程而言，對技術問題的討論和分析不僅是教學的內容，也是培養學生工程能力的有效途徑。這一特征使得互動式課堂教學在微電子專業課程的教學中顯得尤為可行。因此，在實際教學中，我們突出設計思想和分析技巧，針對問題增加開放式討論環節，注重培養學生解決實際問題的能力。以小班教學的可編程邏輯器件課程為例，我們經常結合器件的結構和功能特點，針對不同的專題，改變部分設計要求，實行分組討論。上述措施在幫助學生開拓思路，提高分析技巧等方面有顯著效果，課后學生反饋較好。

2.2 建立面向問題求解的教學模式 以可編程邏輯器件這門課程為例，我們參照基于對象學習的思想，促進學生進行研究性學習[3][4]。根據器件的不同類型，我們以專題形式指導學生進行研究性學習。在各個專題內，采用面向問題的方式從不同的專題角度深入學習關于器件結構和編程的有關知識。這一模式不僅全方位提高了學生的認識水平，也顯著促進了學生能夠從多方面解決問題，還把硬件結構和軟件編程有機結合起來，拓展了學生的思路，拓展了學生的知識結構和綜合素質。

通過聽取學生反饋以及考核結果，我們發現，上述改革教學模式的嘗試初顯成效。學生學習興趣增加，樂于在課后從多種途徑搜集相關資料，自主進行研究性學習；學習目的和范圍也不僅限于考核內容，部分學生有興趣運用所學自行設計簡單器件，或是進行改進；學生也更加善于發現和提出有價值的問題。從考核來看，學生的理論基礎與綜合能力以及靈活性均有提高。

3 加強實踐環境的建設

微電子專業課程需要相當多的理論講解，然而實踐性也是極強的。因此我們在嘗試改革課堂教育的同時，還需要加強實踐環節。

當前大學里都有豐富的多媒體資源，教師在課堂上完全可以利用多媒體設備邊講解邊演示，把理論以圖形化的方式展示出來，深化學生的印象和認識。另一方面，可以帶領學生在機房里進行實踐。我們課堂演示之后，在實驗課、課程設計、研究性學習中，或是課后，都大量提供學生親自駕馭如EDA工具、Verilog編程工具等仿真設計工具的機會。另外我們經常更新軟件和硬件環境，力求學生能夠接觸到較新的工具和設計方法，貼近行業主流。學生在此過程中利用所學的理論知識進行仿真和優化，培養了立足理論解決實際問題的能力。另外，帶領學生參觀實驗室，使學生們對常用儀器、半導體元器件、新型微電子器件等有直觀認識，并進行觀察和演示，也是激發學習興趣、熟悉實踐過程的一個重要途徑。

4 結語

微電子專業課程和傳統工科專業的共同點在于理論和實踐兼備，而自身又具有時代性強、覆蓋知識面廣、技術更新快的特點。根據上述特點，教師不僅需要加強專業基礎，還需時刻更新自身知識結構、拓展知識背景、提升專業素養，從而有能力實行針對課程特點的教學改革。我們通過更新教學內容，改進教學模式，加強實踐等途徑，對微電子專業的課程改革進行了有益的嘗試。在此過程中，學生也擴大了知識背景，鍛煉了研究性學習的能力，提升了綜合素質，為進一步提高工程實踐能力打下良好的基礎。

參考文獻：

[1]韓九強，鄭南寧.國外自動化相關學科專業教育教學的現狀與發展研究[J].電氣電子教學學報，2003，25（6）：1- 5.

[2]湯勇明，鄭姚生，等.可編程邏輯器件的基礎與應用課程建設與教學實踐[J].電氣電子教學學報，2007，29（2）：7- 9.

[3]姚纓英，范承志，等.電類技術基礎課程改革的探索與實踐[J].中國大學教育，2012，3：54-56.

[4]唐鶯，翁飛兵，等.電子技術基礎課程改革的實踐[J].教學研究，2006，29（2）：152-154.

基金項目：南京郵電大學引進人才科研啟動基金項目（項目代號NY213017）。

作者簡介：王靜（1985-），女，江蘇南京人，博士，現任職于南京郵電大學電子科學與工程學院，講師，研究方向：半導體微觀結構，硅基光電子學。