工程教育專業認證下微電子專業培養方案

肖少慶　南海燕　虞致國　顧曉峰

摘 要：微電子學是研究電子或離子在固體材料中的運動規律及其應用，并利用它實現信號處理功能的科學，其工程型和實踐性非常強。江南大學微電子專業基于工程教育專業認證“產出導向（outcome-based）”的人才培養理念，樹立工程實踐型創新人才培養模式，修訂了具有江南大學特色的微電子專業培養方案，其培養要求基本覆蓋了工程教育專業認證的12條通用標準。

關鍵詞：微電子專業；工程教育專業認證；培養方案

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0000-00

Abstract： Microelectronics is a science which studies the motion of electron or ion in the solid material as well as its applications， and realizes signal processing function by taking advantages of it. Therefore， microelectronics technology has the characteristic of strong engineering and practicality. Based on the outcome-based principle of talents training of accreditation for engineering education， the major of microelectronics in Jiangnan University establish an engineering and practice-based innovating talent-traning model， and revise microelectronics professional traning scheme with a Jiangnan University special feature. The traning requirement basically covers all 12 general standards of accreditation for engineering education.

Keywords： microelectronics； accreditation for engineering education； training scheme

0 引言

微電子學是研究電子或離子在固體材料中的運動規律及其應用，并利用它實現信息獲取、傳輸、存儲、處理和輸出的科學，以實現電路的系統和集成為目的，是一門實用性很強的學科，其發展水平直接影響著整個信息技術的發展。微電子學也是一門綜合性很強的學科，它包括了半導體材料、器件及物理、集成電路工藝和集成電路及系統的設計、測試、可靠性等多方面的內容；涉及了物理學、電子學、材料科學等多個領域；集成了超凈、超純、超細加工技術；是現代發展最迅速的高科技應用性學科之一。因此，微電子專業的工程性和實踐性非常強，是一門典型的工科專業，而工程教育對獨立完整門類齊全的工業體系的形成與發展有著不可或缺的作用[1]。我國于2016年成為國際工程聯盟《華盛頓協議》正式成員，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（地區）的工程教育具有可比性和等效性[2]。《華盛頓協議》工程教育認證標準一般采用“產出導向（OBE）”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。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。

我國是微電子芯片應用和消費大國，需求量約占世界市場的50%，但目前我們的微電子技術水平與發達國家相比還有較大差距，國內90%的集成電路芯片需要進口[3]。因此，國家相繼出臺相關政策，扶持和推動國內微電子產業發展。2008年國家制定《電子信息產業調整與振興規劃》，提出加大集成電路（IC）產業發展實施力度，建立自主IC產業體系[4]。2011年國務院頒發《進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》，再次強調推動微電子科技和產業發展的必要性[5]。2014年6月國務院印發《國家集成電路產業發展推進綱要》，投入逾千億元IC產業發展扶持基金[6]。無錫是我國第一塊IC的發祥地，是國家微電子重鎮，微電子有優良的傳統、深厚的基礎和完整的產業鏈，IC產業銷售額一直列全國前三。

1 工程教育專業認證下微電子專業培養方案

無錫江南大學在2002年設立了微電子專業，經過十余年的發展，建立了較為完整的培養方案，但仍存在以下問題：（1）無法完全覆蓋工程教育專業認證通用標準的要求；（2）核心課程不當。如《電磁場與電磁波》、《近代物理》在很多知名高校的微電子系都不是核心課程。而《固體物理》是核心課程，但是原培養計劃沒有；（3）課程過多。如《信號與系統》、《數字信號處理》、《計算機組成原理》等都不是微電子專業的核心課程；（4）部分課程內容重復。如《微機原理及接口技術》和《嵌入式系統原理及應用》有些內容重復；（5）前沿知識不足，學科交叉少，實踐課程過少。為進一步深化教育教學綜合改革，創新人才培養模式，提高人才培養質量，打造具有自身特色的本科教育和人才培養體系，實現內涵式發展和通過工程教育專業認證，江南大學微電子專業決定啟動2016級本科人才培養方案修訂工作，力求做到“通識教育精心設計、核心課程逐步卓越、課程數量逐步減少、輔修專業全面實施”。

基于工程教育專業認證OBE的人才培養理念，針對原培養方案存在的問題，并結合國家、社會、用人單位和學生的要求與期望，微電子專業新培養方案樹立工程實踐型創新人才培養模式，培養目標是立足無錫、面向全國，致力于培養德智體全面發展且具備扎實的數學、物理、外語基礎，掌握半導體材料與器件以及大規模集成電路的設計、制造及測試所需的基本理論和方法，具有電路分析、工藝分析、器件性能分析和版圖設計等基本能力，擁有較高綜合素質、創新能力和實際工作能力的高級專門人才。培養的學生既適宜于到半導體材料與器件、光電信息、集成電路設計與制造公司等從事技術開發、應用性研究以及管理工作；也適宜于在科研院所繼續攻讀微電子與電子學及相關交叉學科的研究生學位，為基礎研究和應用研究提供人才梯隊。培養要求方面，結合工程教育專業認證的通用標準[7]，微電子專業的學生畢業能力要求如下：（1）具有較好的人文社會科學素養，較強的社會責任感和良好的職業道德；（2）良好的外語基礎與聽、說、讀、寫能力；（3）掌握數學方面的基本知識和基本理論；（4）掌握物理方面的基本知識和基本理論；（5）具有較強的計算機應用能力；（6）掌握電子線路的基本理論和實驗技術，具有分析和設計電子系統的基本能力；（7）掌握固體物理、半導體材料與技術、半導體物理與器件的基本理論和基本知識，掌握新型半導體材料和器件的分析與設計方法，具有獨立進行器件性能分析和指導半導體工藝流程的基本能力；（8）掌握半導體集成電路工藝、半導體集成電路設計、VLSI設計與制造等方面的基本理論和基本知識，具有獨立進行版圖設計、系統仿真和指導集成電路工藝流程的基本能力；（9）掌握資料查詢、文獻檢索及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法；（10）具有一定的實驗設計，創造實驗條件，歸納、整理、分析試驗結果，撰寫論文參與學術交流的能力；（11）具有相關新型交叉學科的基礎知識及創新意識與潛力。（12）具有較強的工作適應能力，具備一定的科學研究、科技開發和組織管理的實際工作能力。微電子專業的畢業能力要求與工程教育專業認證的通用標準之間的關系如圖1所示。可見，微電子專業新培養方案的畢業能力要求基本覆蓋了工程教育專業認證的12條通用標準。

微電子專業的課程分為四大類：通識教育課程、學科平臺課程、專業教育課程和能力拓展課程，其課程體系與畢業能力要求的關系如圖2所示。從2016年開始，微電子專業納入江南大學大類招生的范疇，與通信工程專業一起列入電子通信工程大類專業招生。電子通信工程大類專業遵循江南大學“厚基礎、寬口徑、重能力”的教育理念，打通第一學年課程，包括通識教育課程及學科平臺課程，實行按類寬口徑培養。一年級的通識教育課程包括思政類、外語類、計算機類、軍體類、成長規劃類、創新創業類等課程，學科平臺課程包括數學類（“高等數學”、“線性代數”、“概率論與數理統計”、“復變函數與積分變換”、“工程制圖”）、大學物理類（“大學物理”、“大學物理實驗”）、計算機類（“程序設計基礎C”）等工具類課程，其培養目標旨在培養學生的畢業能力要求第（1）至第（5）項。微電子專業在此“厚基礎”上修訂完善后三年的專業培養，其培養方案旨在培養學生的畢業能力要求第（6）至（12）項。微電子專業教育課程分成三條主線開展培養，一條是電路與電子類主線，涵蓋的主要課程包括“電路理論”、“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“電子設計CAD”、“電子技術課程設計”和“電子技術實驗”等課程，旨在培養學生的畢業能力要求第（6）項；一條是物理與器件主線，包含的課程主要有“固體物理”、“半導體物理”、“半導體器件物理”、“半導體材料”、“集成電路工藝原理”、“集成電路工藝課程設計”、“電磁場與電磁波”等課程，旨在培養學生的畢業能力要求第

圖1 微電子專業的畢業能力要求與工程教育專業認證的通用標準之間的關系圖。工程教育專業認證通用標準[8]（1）工程知識：能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決復雜工程問題；（2）問題分析：能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論；（3）設計/開發解決方案：能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設計環節中體現創新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素；（4）研究：能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據、并通過信息綜合得到合理有效的結論；（5）使用現代工具：能夠針對復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性；（6）工程與社會：能夠基于工程相關背景知識進行合理分析，評價專業工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任；（7）環境和可持續發展：能夠理解和評價針對復雜工程問題的專業工程實踐對環境、社會可持續發展的影響；（8）職業規范：具有人文社會科學素養、社會責任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業道德和規范，履行責任；（9）個人和團隊：能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色；（10）溝通：能夠就復雜工程問題與業界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流；（11）項目管理：理解并掌握工程管理原理與經濟決策方法，并能在多學科環境中應用；（12）終身學習：具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發展的能力。

（7）項；最后一條是電路與系統主線，涵蓋的主要課程包括“數字集成電路設計”、“模擬集成電路設計”、“VLSI設計基礎”、“集成電路CAD”、“集成電路設計實踐”、“集成電路CAD課程設計”、“微電子學專業實驗”、“版圖設計技術”、“嵌入式設計”等課程，旨在培養學生的畢業能力要求第（8）項。專業選修課程不僅可使學生掌握資料查詢、文獻檢索及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法，達成畢業能力要求第（9）項，還可使學生的計算機能力以及交叉學科的基礎知識及創新意識和能力有進一步的提升，強化畢業能力要求第（5）項和第（11）項。各類實踐性環節課程和畢業設計可使學生的專業能力、查詢資料、文獻檢索及運用現代信息技術獲取相關信息的能力以及創造實驗條件，歸納、整理、分析試驗結果，撰寫論文參與學術交流的能力得到提高，強化畢業能力要求第（7）、（8）、（9）和（10）項。綜合實踐類課程是以卓越工程師計劃為基礎，微電子專業已與本地多個知名企業、研究所簽訂了校企合作計劃，共同培養優秀人才，切實提高人才質量。如何更好的開展校企合作，使學生能更好地融入具體生產實踐中，并通過合作有效提高自身的師資和培養能力一直以來都是一個需要重點考慮的問題[8]。結合這次以工程教育專業認證為目標的培養方案修訂，微電子科學與工程專業在大四上學期設立了綜合實踐類課程，安排了兩種學生可選擇的方案：一、學生可選擇去無錫當地相關的知名企業、研究所進行為期半學年的綜合實踐；二、學生也可選擇進入在校導師的團隊進行為期半學年的科研實踐。綜合實踐的目的旨在培養學生的實際工作能力，達成畢業能力要求（12）。

圖2 以工程教育專業認證為目的的江南大學微電子科學與工程專業課程???體系和畢業能力要求之間的關系圖，其中小括號中的數字對應相應的畢業能力要求（1）-（12）項。

此外，微電子專業開設了輔修專業，其課程體系以綜合、實用和精煉為特征，由部分學科平臺課程、專業核心課程構成，包括如下八門課程：“電路理論”、“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“半導體物理”、“半導體器件物理”、“集成電路工藝原理”、“數字集成電路設計”和“模擬集成電路設計”。為了使本科培養不拘泥于教材，將創新創業教育理念融入到通識教育、專業教育和實踐教學各個環節，引導學生認識和體會專業知識、理論中的創新性特質，激發學生的創新創業潛能，微電子專業除了在相關課程設計與實踐、綜合實踐和畢業設計（論文）等環節中突出創新創業的實踐要求，微電子專業所屬的江南大學物聯網工程學院還出臺了相關文件，鼓勵優秀本科生進科研團隊。該活動以學院現有科研團隊的豐厚資源為依托，整合學院骨干教師和優秀學生；以各類學科競賽、大創項目為驅動，切實提升優秀本科生參與科研創新實踐的廣度和深度；以學院大學生創新創業實踐基地為延伸，更好促進學生實現理論成果實踐成果的轉化。微電子專業的部分優秀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。

3 結語

本文總結了江南大學微電子科學與工程專業以工程教育專業認證為目標的培養方案探索與實踐。針對微電子專業原培養方案存在的問題，我們明確了專業核心課程，精簡了學科平臺課程和專業核心課程，合并了部分冗余課程，增加了實踐性環節和能力拓展課程，開設了輔修專業課程，力求做到“通識教育精心設計、核心課程逐步卓越、課程數量逐步減少、輔修專業全面實施”，培養要求與工程教育專業認證通用標準接軌，建立健全目標導向（OBE）的人才培養機制。隨著越來越多的優秀微電子專業和相關專業老師的不斷加入，我們江南大學微電子專業的課程設置和培養方案將會逐年完善與提高，畢業生質量也在穩步提高。

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[8] 虞致國， 趙琳娜. 基于校企合作提高集成電路設計類課程教學質量的研究[J]. 南寧：大學教育， 2016（5）：106-107.