集成電路專業本科國際化人才培養課程體系研究

劉強

摘要：本文通過分析美國加州大學伯克利分校的集成電路方向本科課程的總體要求、體系結構和課程設置等方面，探索適合我國高校集成電路本科專業的課程體系，以建立與國際接軌的國際化、創新型人才培養模式，提高集成電路人才培養質量。

關鍵詞：集成電路；本科專業；課程體系；人才培養

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）08-0154-02

一、引言

集成電路產業是支撐經濟社會發展和保障國家安全的基礎性和先導性產業，已經高度滲透、融合到國民經濟和社會發展的各個領域，其技術水平和發展規模已成為衡量一個國家產業競爭力和綜合國力的重要標志之一。近年來我國集成電路產業發展快速，集成電路產業銷售額從2009年的1109億增至2016年的4336億元人民幣，對國民經濟的貢獻巨大。然而，我國集成電路設計水平還落后于產業發展水平。2016年中國集成電路進口額高達2270.7億美元，連續四年超過2000億美元，是中國進口金額最高的商品，超過原油、鐵礦石和糧食進口額。究其根本原因是高素質專業型集成電路人才的匱乏。

2014年6月國務院印發《國家集成電路產業發展推進綱要》，要求建立健全集成電路人才培養體系。2015年7月教育部等六部委發布《關于支持有關高校建設示范性微電子學院的通知》，該通知支持國內26所高校建設示范性微電子學院。2016年5月教育部等七部委再次發布《關于加強集成電路人才培養的意見》，要求擴大集成電路相關學科專業人才培養規模，加強集成電路相關學科專業和院系建設，創新集成電路人才培養機制，建設集成電路人才培養公共實踐平臺。因此，集成電路人才的培養已成為當前國內高校的一個迫切任務[1，2]。集成電路人才培養應遵循《進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》提出的深化改革，緊密結合產業發展需求及時調整課程設置、教學計劃和教學方式，努力培養國際化、復合型、實用性人才的方針。

根據該指導思想，本文對美國加州大學伯克利分校（簡稱伯克利）電子和計算機工程專業的集成電路方向的培養模式進行分析和研究，目標是探索適合我國高校集成電路本科專業的課程體系，以提高集成電路人才培養質量，建立與國際接軌的國際化人才培養模式。

二、培養目標

伯克利電子和計算機工程本科專業的培養目標包括三點：

（1）為學生繼續在電子、計算機及相關領域求學深造奠定基礎；

（2）為學生在電子計算機工程或計算機科學與工程相關領域技術職業發展取得成功奠定基礎；

（3）為學生成為電子計算機工程或計算機科學與工程相關領域的領導者奠定基礎。

為了實現這些目標，課程設計培養學生以下十項能力：

（1）配置實驗系統、實施不同測試條件和評估實驗結果的能力；

（2）按照設計規范和成本約束，設計系統、單元或工藝流程的能力；

（3）協作、尊重他人、創造性和負責任的團隊合作能力；

（4）發現、闡述和解決工程問題的能力；

（5）理解工程實踐中的預期行為規范和職業道德；

（6）高效的說、寫和圖形化等溝通能力；

（7）能夠意識到全球和社會的關切及其在開發工程解決方案中的重要性；

（8）能夠獨立獲取和應用需要的信息的能力，并具有終身學習的意識；

（9）能夠了解社會問題；

（10） 具備在電路、物理電子學、通信、網絡和系統、硬件、編程和計算機科學理論實踐中綜合運用軟件、儀器設備和實驗技術的能力。

三、課程體系和總體要求

伯克利電子和計算機工程專業集成電路方向的教學計劃要求本科生學習124學分（表1所示）。1個學分代表每周3小時的學習，包括課堂教學、實驗、討論、測驗以及課外學習等。課程設置約31門課，其中包括數學與自然科學類課程8門，32個學分（占25.8%）；人文社科類課程6門，22個學分（占17.7%）；專業必修課15門，45個學分（占36.3%）。

四、課程設置特點

首先關注自然科學類課程的設置。數學1A主要教授單變量函數的微積分，數學1B主要教授積分技術、無窮級數、一階/二階常微分方程等。結合另外三門數學課（多變量微積分，線性代數和微分方程、概率論）可見，數學類課程的設置重點在微積分、線性代數、常微分方程和概率論。科學和工程物理學（A/B/C）主要講授力學和波動、熱學、電學、磁學、電磁波、光學、相對論以及量子物理。化學1A主要教授化學反應的計算法、原子的量子力學描述、化學鍵接、熱力學平衡等。這些知識點廣泛應用于集成電路的材料制備、設計、制造、封裝、測試等多個領域。

其次，專業課程的設置橫向上可以分為三類。第一類是計算機類相關課程，包括計算機程序、數據結構、計算機體系結構。第二類是電子類基礎課，包括信號與系統、電子電路、數字系統設計等。第三類是集成電路專業核心課，從半導體工藝，到半導體器件，到集成器件，再到模擬集成電路、數字集成電路和通信集成電路。課程設置從縱向看，包括了4門初年級課和11門高年級課，其中高年級課程都包含了實驗。此外，專業選修課只有一門。

第三，每門專業課程都包含課堂講授、課堂討論、實驗和項目等四個部分，體現了理論與實踐結合、參與學習、自我學習等特點。

第四，每門課程的最終分數由多部分組成，重視過程監督和考核。以微電子器件和電路課為例，最終分數由課后作業（10%）、實驗（20%）、兩次中期考核（30%）以及期末考試（40%）構成。

五、與國內集成電路設計與集成系統專業的比較

通過對比我校和伯克利集成電路專業的課程設置發現，雙方的專業知識點設置基本符合，區別表現為以下幾個方面。

1.我校集成電路專業畢業學分要求為185學分，需修讀80門課左右。相比之下，我校專業課程學分和門數偏多，反映在：（1）現有專業課集成度不高，某些知識點出現在多門課程。例如：微型計算機原理課程與計算機體系結構兩門課程。（2）理論知識講授多而深。例如：專業基礎課中包含了理論物理和半導體物理，而伯克利大學相關基礎在大學物理課程講授；理論物理對于集成電路設計專業本科生來說內容過深。（3）專業選修課學分多。伯克利大學專業課程強調專業基礎，專業選修課只有3-4個學分，而我校有19.5個學分。

2.目前課程主要以課堂講授為主，學生動手參與、自我學習程度不高。

3.大多數課程的評估方式主要是以期末考試為主，會出現學生集中學習應對考試的現象。

這幾個方面的區別，造成集成電路設計專業的學生學習負擔重的同時，又缺乏實踐動手能力和創新能力。為此，我校培養方案還設置了專業綜合實驗和專業課程設計等集中實踐環節，以及創新與研修計劃，有助于提升學生的創新實踐能力。

六、小結

通過上述分析與比較，我們發現，中美兩所一流大學集成電路專業本科課程體系基本一致。過去有一種意見認為，需要壓縮我國本科教育的課程體系，給學生減負。但是，上述分析發現集成電路專業必修課并沒有很大的壓縮空間，專業選修課學分可能是未來精簡的方向。同時，在課程設置情況基本相同的情況下，如何改進課程教授和考核模式是進一步提高集成電路人才培養質量的關鍵。

參考文獻：

[1]劉有耀，杜慧敏，張麗果.集成電路設計與集成系統專業創新型人才培養的課程體系研究[J].教育教學論壇，2015，（35）：49-51.

[2]謝海情，唐立軍，唐俊龍，等.集成電路設計專業課程體系改革與實踐[J].教育教學論壇，2015，（34）：76-77.

[3][美]約翰·杜威.民主主義教育[M].王承緒，譯.北京：人民教育出版社，1990：10.