“知行合一”提高工科生工程能力

天津理工大學 劉慧敏 蘇 林 劉 君

“知行合一”提高工科生工程能力

天津理工大學 劉慧敏 蘇 林 劉 君

集成電路行業是一個工程實踐性非常強的行業，提高學生在工程實踐中的職業能力尤為重要。在現有的教育教學體系下，探索了新型的教學學習模式，應用知行合一的教育理念，通過參加集成電路大賽，以賽代練，使學生成為學習的主人，全面培養了學生的工程實踐能力，通過實際的教學學習過程探討和總結了提高工科生工程實踐能力的新思路。

教學學習模式；工程實踐能力；知行合一

1 問題的提出

集成電路(Integrate,Circuit, IC)設計是多學科交叉高技術密集的學科，是現代電子信息科技的核心技術，是國家綜合實力的重要標志。目前國內外對集成電路相關人才需求不斷增加。而由于IC行業的高資金投入，使得許多高校的教師無法實現為學生提供對集成電路全流程的認識實踐機會，使教學內容、方法只能停留在理論知識環節，存在著脫離實際和產學脫節的問題。目前許多本科生由于人數多、尤其是集成電路行業涉及企業的知識產權的保護，無法或很少能直接給本科生提供合適的實踐實習的鍛煉機會，不能及時的滿足為企業輸送有一定實踐經驗的人才，延長了人才培養周期。如何找到合適的切入點一直是困擾高校和企業的難題。而恰在此時，華大九天杯大學生集成電路大賽，為高校教師和學生開啟了一扇窗戶，為學校和企業的搭建了一個非常及時的平臺。我校自2012年連續四年參加了集成電路大賽，取得了一點點成績，更重要的是使學生真正認識了解了集成電路專業的魅力所在。下面就我校參加集成電路大賽的一些感受和大家一起分享：

2 國內外工程教育模式比較分析

在國外由麻省理工學院(MIT)和瑞典皇家工學院等發起．現已運用到幾十個大學的眾多專業．并獲得產業界認可的CDIO教育模式，CDIO代表構思(Coneeive)、設計(Design)、實施(Implement)、運作(Operate)。以產品從研發到運行的生命周期為載體讓學生以主動的、實踐的、與課程之間有機聯系的方式學習掌握知識。培養學生的學術知識、職業道德和運用知識解決問題的能力、終生學習能力、團隊交流能力和大系統掌控能力，這種教育模式已成為了一種成熟的模式，對培養高級工程師是非常合適的，迄今已有幾十所世界著名大學加入了CDIO國際組織，這些學校采用CDIO工程教育理念和教學大綱開展教學實踐，取得了良好的效果[1-3]。

在我國高校具有全球最好最大的工科生源，具有巨大的工科教育規模，然而由于諸多的原因使得學校培養的工科生不能很快的適應企業的需求，雖然目前我國的高等教育教學的課程與國外的大學基本類似，但是我們的學生上手慢，到企業容易出現不適應，有時還需要企業重新培訓。我們培養的學生理論深度完全是足夠的，但缺乏的是與時俱進的工程實踐的教學學習模式，從而導致大多數學生只會考試，做題，一面對實踐的東西便會感到茫然，不知所措，不能很好的將理論聯系實際。

我們知道“知”和“行”是人們認識世界過程中密切關聯的兩個方面，“知”是說人對客觀事物的了解，對客觀世界的認識；“行”是說人的行為、行動，是人的生命活動和社會實踐。因此我們采用知行合一的教育理念，結合本校學生的特點，探索了新型的教學學習模式，借助參加集成電路大賽來提高學生的工程實踐能力。

3 知行合一新型培養模式實施

3.1 以小見大，激發學生的學習熱情

集成電路專業的課程任務重，技術門檻高，許多學生在傳統的教學模式下需要學習大量的專業理論知識，對其中的許多微觀的機理無法正確的理解，從而造成學習興趣下降，或者是心有余而力不足。

結合大賽的要求，我們對參賽選手的任務進行分解，化整為零，使學生從小處著手掌握基本技能和方法后全面推開并提升其能力。無論是完成大任務還是小任務，我們都采用以下方法：一方面，使學生利用網絡資源、EDA工具，通過觀察實驗現象然后去理解相關的理論知識，做實驗探究，通過自己的努力去探索,去發現,讓學生學會通過調查分析、實驗驗證、整理思想等途徑，全方位掌握相關知識，以加深對相關知識的理解。另一方面，及時解決學生在學習過程中提出的海量低端問題，使其的迷茫點降到最低，快速進入到集成電路設計的狀態中來，通常許多學生剛開始時沒有任何頭緒，不知從何下手，但一旦入門后，往往會激發起學生強烈的欲望。

經過一系列標準IC設計流程的訓練，雖然學生設計的只是一個小小的模塊，但他們能夠切實的感受到IC設計的魔力，深深的提起了學生對這一方面的興趣，不積跬步，無以成江海，只有這樣積少成多，才會為將來設計更大更復雜功能更強大的芯片打下了堅實的基礎！

3.2 以賽代練，使學生成為學習的主人

IC設計是一個系統工程，要用高屋建瓴的眼光統籌設計，通過大賽的練習發現學生由于缺乏對于相關理論深入的理解常常會使其研究進入誤區，或者重復別人走過的道路。這時需要老師的及時指導，使學生慢慢形成了先讀書后做研究等良好的習慣。許多學生本來以為自己之前的學習還不錯，理論考試分數也很高，但是真正到了實踐運用上便顯得力不從心了，才發現自己的只是沒有學透用透，在解決問題時力不從心。

大學生集成電路大賽是結合企業給學校出題目，提問題，學生通過比賽可以加強工程實踐意識，以賽代練。以往我們的教學為了使學生掌握主要的知識點，在許多地方都進行了近似或忽略，而在工程實踐中這些都是不能忽略的，有許多在實踐中必須要面對的問題，學生通過參加大賽學會了能從工程的角度出發做出分析判斷，注重解決問題的實用性、有效性、經濟性。雖然短短的幾個月時間，學生接觸了海量的信息，從中學會了進行整理信息和分析方法，為我們以后開展其他科研活動打下了良好的基礎，學生逐步學會了利用所學的知識，結合實踐來解決問題。

目前我們的教學基本上還是老師講學生聽，學生的主動性不強。授人以魚，不如授人以漁。學生應當學會能在不同的情境下應用知識的能力，能根據自身得到的反饋信息來形成對客觀事物的認識，并由此得出解決問題的方案。通過參加大賽，學生帶著任務去探索學習所要學的內容，能夠主動的用基礎理論知識去解決工程實踐的問題，將理論和實踐知識相結合，隨著項目的實施不斷地揭示了學生的理論缺陷，也促使他們能主動的進行及時補充，在學習過程中真正成為了學習的主人。

3.3 團結合作，化有形任務為無形力量

當下我們許多學生都是獨生子女，團隊意識淡漠，合作意識不強。然而IC設計是一個集體智慧合作的結晶，企業更多的是需要會合作的員工，這就需要我們教育工作者注意培養學生的合作能力。集成電路大賽需要幾個學生通力配合合作，才能如期的完成任務。通過參加比賽學生深深體會到了團結合作的重要性。“眾人拾柴火焰高”，為了如期的完成任務，學生結合自身的特點，對任務進行明確分工，作品的設計需要出自團隊所有人內心的想法，作品的每一點都體現著他們自己獨特的想法。從開始，從原理圖到版圖，他們都把作品當做一個藝術品，通過集體探討相關問題，這樣不僅提高了工作效率，還讓他們對所選任務的性能有了更深入的了解。

經過一段時間的努力，學生感覺參加大賽就像是一次實習，或者說像他們在工作一樣。每個團隊在公司里接到任務，然后大家分工合作，相互討論交流，如何形成最有效的配比，如何提升性能，提高集成度……就這樣將有形的任務化為了無形的力量。

4 總結效果

在2012、2013、2014、2015年舉行的北京集成電路設計大賽中我校學生多次分別獲得一等獎、二等獎、三等獎的好成績。更重要的是許多學生能夠逐步改變以往被動的學習方式，能夠發揮其學習的特長，在此基礎上有所新發現。集成電路大賽為學生的綜合實踐能力的提高奠定了良好的基礎。目前我校的部分學生在一些集成電路企業從事相關工作，通過用人單位的反饋信息來看對我們學生具有的職業能力是認可的。還有一些學生還進入到其他兄弟院校進行研究生的學習，通過跟蹤調查，反饋回來的信息表明我校的學生上手比較快，其深入學習的能力也還是不錯的。

[1]王剛．CDIO工程教育模式的解讀與思考[J]．中國高教研究,2009(5):86-87．

[2]王天寶,程衛東．基于CDIO的創新型工程人才培養模式研究與實踐[J]．高等工程教育研究,2010(1):25-31．

[3]陳祝,王天寶,聶海．基于CDIO工程教育理念的微電子工藝課程建設[J]．實驗室科學,2012,15(1):32-34．

劉慧敏（1973—），女，青海西寧人，天津理工大學電子信息工程學院，教師，副教授，微電子學與固體電子學博士，研究方向：集成電路設計。

項目資助：

項目名稱：天津理工大學教學改革項目，“知行合一”集成電路設計與集成系統專業課課堂教學模式改革初探，項目編號：YB12-08；

天津市高等教育學會‘十二五’高等教育科學研究重點課題，集成電路專業高等工程師培養的研究，項目編號：125z023。