工程教育專業認證背景下的微電子專業教改實踐研究

摘 要：華盛頓協議的簽署標志著我國的工程教育朝著國際化的目標在大踏步邁進，微電子技術是電子信息技術發展的基石，其工程性與實踐性非常強，桂林電子科技大學在十余年的微電子專業教學過程中，對專業培養方案、理論與實踐課程建設、課程群建設、創新創業課程建設等進行了不斷的教改實踐，并結合工程教育專業認證和科學研究實踐，開展了科教協同培養，摸索出了具有桂電特色的微電子專業培養模式。

關鍵詞：微電子 課程改革 工程教育專業認證 科教協同

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）08（a）-0081-04

Abstract： Washington Agreement signing marks that China’s engineering education is striding towards the goal of internationalization with wide steps. Microelectronics technology， with the characteristic of strong engineering and practicality， is the cornerstone of the development of electronic information technology， Guilin University of Electronic Science and technology （GUET）performed continuous teaching reform and practice in the past decades for the major of microelectronics. It include the professional training scheme， theory and practice of curriculum construction， curriculum group construction and course construction of innovation and entrepreneurship. At the same time， the science and education collaboration teaching process has been performed combining with the accreditation for engineering education and scientific research practice and the research of science and technology. A GUET special feature has been explored in the characteristics of microelectronics professional training mode.

Key Words： Microelectronics； Curriculum reform； Accreditation for engineering education； Science and education collaboration

1 微電子專業與工程教育專業認證

微電子科學與工程專業作為一門新興學科是在材料科學、物理學、計算機科學、電子學與集成電路設計制造學等多個學科和超純、超凈、超精細加工技術基礎上發展起來。該專業旨在培養具有扎實的數學物理基礎，掌握半導體技術基本理論和應用，掌握現代集成電路和集成系統設計技術、工藝技術以及半導體器件的制造工藝，具有一定的實際工作能力和科學研究基礎的創新型科學和工程技術人才。微電子技術是近幾十年來發展最為迅猛的一門高科技應用性科學，是發展現代高新技術實現國民經濟工業化和信息化的先導和基礎，被譽為現代電子信息產業的心臟和高科技的原動力。國內大多數微電子專業是在“半導體物理與器件”專業或者“電子材料與器件”專業上發展起來的，是一個古老又年輕的學科專業。桂林電子科技大學在2002年設立了微電子專業，是國內比較早設立該專業的大學。經過十余年的發展，已經建立起較為完善合理的培養方案和課程體系。

微電子專業是一個典型的工科專業，工程性和實踐性非常強。工程教育是我國高等教育的重要組成部分，我國普通高校工科畢業生規模已位居世界第一。工程教育在國家工業化信息化進程中，對獨立完整門類齊全的工業體系的形成與發展，有著不可替代的作用[1]。工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。工程教育專業認證的核心就是要確認工科專業畢業生達到行業認可的既定質量標準要求，是一種以培養目標和畢業出口要求為導向的合格性評價。

2016年6月2日，在馬來西亞吉隆坡舉行的國際工程聯盟年會（IEAM2016）上，全票通過中國科協（CAST）代表我國由《華盛頓協議》預備會員轉正，成為該協議第18個正式成員[2]。華盛頓協議是1989年由美國、愛爾蘭、加拿大、澳大利亞、英國、新西蘭6個國家的工程專業團體發起成立。此后，中國香港、南非、日本、新加坡、韓國、馬來西亞、俄國、臺北、斯里蘭卡、土耳其、印度先后成為正式會員。我國是第18個。另有孟加拉國、墨西哥、哥斯達黎加、巴基斯坦、菲律賓、秘魯6個預備成員國。

在經濟高度全球化的今天，該協議旨在推進工程技術專業全球化，建立學歷教育與專業資格互認的體系，使得協議各國的工程教育具有可比性和等效性。《華盛頓協議》簽約組織的認證標準普遍采用“產出導向（outcome-based）”的基本原則。即將受教育人員的素質和潛能表現作為衡量教學成果的依據，并以促進其持續改進作為認證的最終目標。認證的重點是考核“教育產出”（學生學到什么），更加關注教育的結果和產出，采用 “能力導向”的認證標準。以學生為中心，首先是以學生能力的培養和達成為中心，培養方案的設計、教學活動和資源投入的績效最終落腳在學生能力培養是否達成；其次是針對全體學生的合格性評價，不是少數優秀的學生，也不是抽樣的學生。認證提出以質量持續改進為根本目的，認證的根本目的就是促進學校的持續改進，保證專業教育質量的持續提高。因此，在專業教育的各個環節，都應該有明確的質量控制要求及檢查措施，檢查的最終目的是將發現的問題反饋于改進工作中。包括對培養目標設定的定期檢查，對出口要求實現程度的檢查，對學生整個學習過程的評價，對課程、師資和支持條件能否達成培養目標實現狀況的檢查，以及將檢查結果合理使用于各項改進工作中。

2 基于專業認證背景的微電子專業培養方案改革

從2016年開始，微電子專業納入了桂林電子科技大學大類招生的范疇，和通信工程、電子信息工程、電子科學與技術、導航工程等一起列入電子信息大類專業招生[3]。電子信息大類專業遵循“厚基礎、寬口徑、重實踐”的教育理念，重視專業基礎和專業技能培養。依托學科優勢，關注學生個體充分發展，實施共性教育與個性培養相融合的模式。前一年半的時間內做大類培養，學習通識課程和學科基礎課程，打下堅實基礎。之后，學生根據個人專業志趣、成才規劃、特長愛好主動選擇合適的專業，完成個性化培養，成為高素質工程技術人才。

微電子科學與工程專業在此基礎上修訂完善后兩年半的專業培養，以培養具有扎實的數理基礎和半導體技術基礎，掌握半導體器件、集成電路與系統設計方法的工程技術人才。其培養方案如圖1所示，分為課內教育和創新創業課程。課內教育分成理論課和實踐課兩大塊，理論課包括通識課、必修課和選修課；實踐課涵蓋了實驗教學、形式與政策實踐、課內實習、課程設計與畢業設計。創新創業課程包括創新創業基本素質課程、創新創業基本技能課程、創新實踐、科研實踐和創業實踐。創新創業基本素質課程包括開設的職業生涯規劃、就業指導等；創新創業基本技能課程如集中培訓、創新創業技能課程、漓江學堂等；創新實踐、科研實踐和創業實踐方面如學科競賽、本科生科教協同項目等。

上述培養方案的制定，一方面體現了厚基礎的目的，另一方面又特別注重培養學生的實踐動手能力和創新創業能力，并且為實現上述目標配備了強有力的支撐平臺，例如除了常規的基礎實驗室，還有微電子專業專門的IC設計實驗室，以及工信部CSIP集成電路設計測試平臺，創新學院，漓江學堂，實習企業等，微電子專業所在學科還是廣西優勢特色重點學科。以桂林電子科技大學首先倡導成立的廣西高校課程聯盟“廣西漓江學堂”為例[4]，它開創了多個“第一”，一是以培養學生的創新能力、提高學生的實踐動手能力為目標，將在線課程、綜合實驗、虛擬仿真、課程競賽融為一體；二是實施無次數限制的學習成績評定模式，最終成績由學生自主決定，改變了傳統的考試方式；三是創建“線上線下互動、虛擬現實結合、學校企業協同”的全新課程教學模式。同時在課程認證、學生終身教育思想培養等方面進行探索和實踐。目前有桂林理工大學、桂林航天工業學院、廣西師范大學、桂林醫學院、柳州職業技術學院、桂林旅游學院、桂林電子科技大學信息科技學院、桂林理工大學博文管理學院等高校加盟。

3 微電子專業的課程群與主線脈絡

微電子科學與工程專業在課程群的設置上注意了和高中物理的無縫對接，在此基礎上分成兩條主線開展培養，如圖2所示。一條是物理與器件的主線，涵蓋的主要課程有大學物理、固體物理、半導體物理、微電子器件、半導體集成電路、IC設計實踐。這一條主線和物理專業、材料科學與工程專業等有較多地相通之處，體現的是“厚基礎”的培養目標。第二條主線是電路與系統的主線，主要的課程有電路分析基礎、信號與系統、模擬電子技術、數字邏輯、EDA技術（硬件描述語言）、通信電子線路、電磁場與微波技術、通信原理、微處理器原理等，這條主線和通信工程、電子信息工程、電子科學與技術等電子類專業有很多的相通之處，體現了微電子專業在電路與系統主線上的培養目標。大三、大四階段設置了微電子器件工藝、現代模擬集成電路原理及應用、射頻集成電路設計、VLSI設計與封裝測試、ASIC設計原理等專業限選課程，體現出微電子專業的專業特色和培養深度。當然，為了很好地配合上述課程群培養目標的實現，需要設置一系列的數學與工具基礎課程，如高等數學、線性代數、復變函數、C語言、工程制圖等，還有課程設計Ⅰ（基礎工程設計）和課程設計Ⅱ（專業工程設計）來進行提升培養效果。最后在第八學期通過畢業設計和畢業論文檢測學生四年的學習效果，學生可以完整地從前端設計仿真到后端版圖仿真來完成一個芯片模塊的整個設計過程。

4 課程改革與科教協同培養

專業的教改實踐不僅僅體現在培養方案的制定上，更需要落實到每門課程的具體教學內容上。作者在這方面也進行了多年的教改實踐，例如現代模擬集成電路原理及應用課程。 作者從2006年開始擔任此課程的教學工作并進行了十年的改革實踐。這門課程最初是一門各個專業都可以選修的任選課程，教材和教學內容是以電流模系統模塊的應用介紹為主，雖然粗略地介紹了這些模塊的晶體管電路構成，但是并沒有深入涉及晶體管電路的具體設計，對于非微電子專業的學生來說比較合適，但是對微電子專業的學生來說有點淺嘗輒止。 為了解決這個問題，通過多年的更改選擇最后選定了Razavi編著的全美經典教材《模擬CMOS集成電路設計》[5]，這本教材系統地介紹了芯片設計所需要了解的器件和工藝基礎，并系統地介紹了基本組態的放大電路、電流鏡、帶隙基準電壓源、折疊和套筒運放、頻響與穩定性及其補償等，特別強調增益、擺幅、功耗、芯片面積等各個設計指標之間的折中與優化。總體來說，選擇這本從國外引入的優秀的經典教材更適合作為微電子科學與工程專業的培養教材，其完全吻合了微電子方向的培養需要。通過改革，提高了課堂活力，激發了學生的學習興趣，促進了課堂教學質量的有效提高。

基礎課程的培養同樣需要不斷地進行教改，今天我們的高等教育早已經進入了大眾化的階段，學生們的探究鉆研精神呈現下降的趨勢，如何提升培養質量是需要從多方面進行思考的。以電路分析基礎課程為例，在2016年教學實踐中，筆者采取了下面的一系列措施來提升培養質量，首先是一開始就建立了電路分析QQ群，以方便學生隨時隨地可以找到老師并向老師提問，同時每周都固定在星期四晚上在教研室為學生做定期課程輔導答疑。在每章的新課開始之前，在QQ群發布預習指南，并發布適當的預習練習試題，每個章節結束后再發布復習大綱。同時，QQ群中不時地開展一些典型問題討論、考研試題分析、試題擂臺賽等。在5月份期中的時候，印發試題進行段考，以方便同學們檢測自己的學習情況，做階段總結。此外，每兩到三章結束之后，專門申請額外的時間上習題解答課，期末考試之前，安排了三天的輔導答疑時間。總的來說，培養過程涵蓋了預習提示、上課、復習提示、現場答疑與QQ群答疑、習題課、段考、考前答疑與實驗八個方面。

為了使本科培養不拘泥于教材，實現科教協同、創新創業培養無疑是非常重要的。以創新創業課程中的科研實踐為例，桂林電子科技大學專門出臺了相關的文件，通過本科生和研究生導師簽訂科教協同合同，本科生參與研究生導師的科研課題，研究生導師為本科生支付一定的合同經費，本科生在完成科教協同任務后，依據完成的情況就可以替代課程設計或者畢業設計。通過類似的辦法，本科生能夠和研究生、研究生導師一起參與前沿科研實踐，非常有利于培養學生的科研眼界、科研經驗和終生學習研究的能力。

5 結語

該文總結了桂林電子科技大學十余年來在微電子科學與工程專業培養上的一些教改實踐，通過微電子系全體老師們的努力，微電子科學與工程專業的課程設置、培養方案等都在逐年完善與提升，畢業生質量也在穩步提高。但是，在信息技術特別是微電子技術高速發展的今天，專業培養也必須與時俱進，專業教改實踐永遠在路上。

參考文獻

[1]教育部高等教育教學評估中心.中國工程教育質量報告[Z].2016.

[2]我國工程教育實現國際多邊互認[N].中國教育報，2016-06-03（1版要聞欄）.

[3]桂林電子科技大學2016年全日制本專科招生章程[EB/OL].（2016-06-06）.http：//www.gaokao.com.

[4]賀超.廣西高校課程聯盟新模式“廣西漓江學堂”在桂成立[EB/OL].新華網廣西頻道，2015-05-19.

[5]（美） Behzad Razavi，著.模擬CMOS集成電路設計（簡編版）[M].陳貴燦，程軍，張瑞智，譯.西安交通大學出版社，2013.