產學研背景下集成電路原理與設計課程改革

李莎 魯瑩 董建娥 西南林業大學 大數據與智能工程學院

集成電路原理與設計是微電子學專業的核心專業課程，通過學習半導體集成電路的基本組成單元及構成、設計思想、電路結構設計、硬件描述語言CAD設計概況、版圖設計等，旨在培養學生掌握半導體集成電路的分析和設計方法，提高專業工程實踐能力，為日后的繼續學習和工作奠定基礎。此門課程的理論性和實踐性均很強，本文在近幾年的課程教學中發現并總結了理論教學和實踐教學存在的問題，并基于這些問題，在產學研模式視角下提出改進方案。

一、教學中存在的問題

(1）理論教學中存在的問題

集成電路原理與設計課程的理論性較強，其先導課程包括微電子學導論、模擬電子技術、半導體物理等，涉及的知識包含器件物理、典型電路、設計方法、EDA軟件等，知識覆蓋廣、難度較大，傳統的教學中，教師多采用“主教授，輕互動”的方式，學生普遍反映課程難度高，所學到的知識沒有完全理解，并且興趣不高。

(2）實踐教學中存在的問題

該課程的實踐教學在目前人才培養模式上存在“重理論，輕實踐”的問題，課程教學和實踐教學學時安排比例一般大于2：1。實驗較少的學時安排下，集成電路的典型模塊和結構很難被覆蓋，且實驗所涉及的結構、器件尺寸和參數涉及等無法保證學生自主探索。目前，實驗教學注重操作訓練，采用“講授+操作”單一方式，忽視學生素質和能力培養，教學手段單一；實驗內容滯后于技術的發展，與產業聯系不夠緊密；實習條件落后，沒有深入到產業等。

(3）考核方式上的問題

專業課程考核是高校實施人才培養的一個重要環節，不僅能突出學生對知識點的掌握程度，更能體現出對學生專業應用能力及創新能力的評價。集成電路原理與設計現今的考核方式為平時成績+期末考試成績綜合折算而定，存在如考核方式單一、考核內容缺乏實踐性、考核評價功能欠缺等問題，學生普遍缺乏主動性，存在“人在心不在”的上課狀態，僅為了平時成績而來，有部分學生需要依靠期末的突擊式復習才能獲得合格的成績，過程考核較為缺乏，學生的學習效果不理想。

二、改進的方法

結合產學研模式研究集成電路原理與設計課程的教學方法、教學思路、實踐實習的內容改革、設計合理的產學研模式下的課程評價體系等。

1.教學思路的轉變

教師教學思路的轉變，要從注重理論教學到理論與實踐相并重的教學轉變，在教學中，引入產學研模式思想，培養學生的工程實踐思維。改變傳統以教師為主導的思維方式，同學們參與到教學方法中來，采取互動教學法。互動式教學模式主要分為以下幾個層次：理論指導、實現策略、實現目標。理論指導為：結合理論講授與創業實踐、結合知識傳輸與技能提升、結合課堂教學與課外活動；實現策略有如下幾點：緊密結合過程，以過程為導向；學生為教學中心，定期與學生有效交流；課程項目是教學的基礎，建立學生項目思維；課程教學中設計層次性的任務，激勵學生探索；實現目標為：創新教案設計、創新課堂管理、創新教學方法。通過這一教學改革操作思路，依據互動式教學模式層次改革，達到良好教學效果。

2.教學方法的改革

多年教學實踐表明，要取得好的教學效果，除了教師的精彩講授外，還需要激發學生的學習興趣，調動學生的學習積極性，在教學改革中采用了比如：師生討論、學生提問和教師答疑等環節。然而傳統教學模式在這些環節存在明顯不足，學生不能很好地掌握所學知識點，隨著時間的推移，學生將失去進一步學習新知識的興趣。針對傳統教學模式存在的不足，改革中還增加了“互連網+”“微課”、“翻轉課堂”等教學方法，讓學生參與到課堂中來，提高學生的積極性，加強師生之間的聯系。

課堂教學作為課程教學中非常重要的環節，采取多樣化、個性化的教學方法非常重要。教師在課堂教學中，可以結合專業產業發展研究熱點與及應用等，將課程內容總結為不同的項目專題，學生根據專業技術的興趣愛好，選擇分組，增加課堂討論時間，以增強學生個性化學習和對課程前言的探索。項目專題的內容各組成員可以自主查閱相關文獻資料，以報告的形式在課堂與師生進行交流，此改進方法充分調動了學生的主觀能動性，并培養了學生探究式學習的思維方法，為以后工作或者繼續深造打下基礎；同時此課堂教學改革方法豐富了課堂教學，營造了良好的學習環境。

3.實驗實習教學的改革

現針對以上問題，采取以下改革辦法：

(1）加大實驗教學，將原有的16學時實驗課時增加到32學時。在實驗實踐中，使學生加強對理論知識的理解，進一步掌握幾種典型器件的工作原理、典型電路的分析和涉及、綜合運用典型電路來解決實際問題的能力。

(2）實驗的內容上引入模塊化思想，將實驗分為三大類型：驗證性實驗、模塊化實驗和綜合設計類實驗，如圖所示。驗證性實驗包含：一階RC濾波器、單管NMOS仿真、單管PMOS仿真，學生通過驗證性實驗的操作，熟練掌握相關設計軟件、熟悉集成電路的設計方法的思想，為后續更高難度的實驗打好基礎；單元電路實驗包括反相器的設計、共源級放大電路設計和差分放大電路的設計，這部分的實驗的能力要求在驗證性實驗的基礎上更提升了一步，能夠初步培養學生自主設計的能力，明確設計過程中重要參數對電路性能的影響，掌握設計的規范流程，掌握典型電路結構的應用；綜合設計性實驗包括振蕩器的設計和運算放大器的設計，綜合設計性實驗項目結合產學研模式，引入項目式實驗方案 ，前期學生項目調研、方案分析再電路實現。學生在這個環節了時間中能夠掌握比較成熟的項目設計能力，為后續進一步深造或工作打下堅實的基礎。

圖.實驗層次模塊圖

(3）積極與相關產業企業、研究所學習合作，使學生能深入產業應用中，提高自身的專業素質；搭建實踐平臺，制定出適應產學研模式的實驗實習的軟硬件開發平臺。

4.考核評價體系的改革

集成電路原理與設計課程的考核方式轉變傳統的“平時成績+期末考試成績”的評價體系，增加了過程考核、階段考核、研究報告、課程設計報告、實驗分模塊考核等，更加科學化的考核學生對這門課程的知識和能力的掌握程度，同時也通過多樣化、多層次的考核內容，有效地促進學生的學習，更加合理地評價學生的學習效果。在這些創新改革的考核內容中，研究報告、課程設計報告、實驗模塊考核這三個內容充分結合了產學研模式。借鑒成功的產學研合作評價體系，再結合本專業實際情況，提出合理的評價體系，能有效地考核學生的創新和工程應用的能力。

三、小結

“產學研”協同創新能進一步提高學生的自主創新能力，實現“1+1＞2”的狀態和效果。在集成電路原理與設計課程中引入產學研模式改革，優化理論教學思想和方法；結合項目式實驗教學，提升學生的創新和工程實踐能力；制定合理的產學研模式評價體系，正確評估學生的課程學習能力和適應產業發展的工程能力，提高學生繼續學習研究集成電路設計的能力和就業競爭能力。