基于工程教育認證的“半導(dǎo)體集成電路” 教學(xué)模式改革研究

李蕾

摘? ? 要：文章主要說明在工程教育認證背景下“半導(dǎo)體集成電路”課程在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上存在的問題，針對性地提出相應(yīng)的改革方案。對現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容進行豐富和優(yōu)化，通過對不同內(nèi)容采取不同的教學(xué)方法來提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性;通過“線上+線下”、實踐教學(xué)等教學(xué)模式，改變教學(xué)理念，達到提升教學(xué)效果的目的，從而滿足集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對人才的需求。

關(guān)鍵詞：“半導(dǎo)體集成電路”;工程教育認證;教學(xué)模式

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2021）07-0072-02

半導(dǎo)體集成電路是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心和基石。在工程教育認證背景下，為了滿足現(xiàn)代工業(yè)對集成電路人才的需求，“半導(dǎo)體集成電路”課程原有教學(xué)模式需要改

變。這門課程不僅需要體現(xiàn)集成電路分析與設(shè)計的基礎(chǔ)知識（元器件和單元電路的版圖結(jié)構(gòu)、集成電路的版圖設(shè)計以及可靠性設(shè)計和可測性設(shè)計方面），還要兼顧半導(dǎo)體集成電路的最新發(fā)展（如集成電路的可靠性和可測性設(shè)

計等），以滿足集成電路產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，因此教學(xué)模式需要與時俱進[1-2]。通過本門課程的學(xué)習(xí)，要讓學(xué)生認識到我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸，從而實現(xiàn)半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

傳統(tǒng)“半導(dǎo)體集成電路”課程教學(xué)存在課程目標設(shè)置不明確、教學(xué)方法過于單一、學(xué)生參與度低等問題，已經(jīng)無法滿足當代大學(xué)生學(xué)習(xí)需求。集成電路教學(xué)體系的改革從教學(xué)模式的靈活調(diào)整，到科技前沿內(nèi)容的與時俱進，再到實際工程問題的能力培養(yǎng)，受到廣泛關(guān)注。依據(jù)專業(yè)素養(yǎng)以及培養(yǎng)目標，靈活調(diào)整教學(xué)模式;科技前沿內(nèi)容可以通過隨堂引入或開設(shè)前沿講座，讓學(xué)生及時了解集成電路在科學(xué)研究、工程技術(shù)上的最新發(fā)展;充分利用互動性強的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)輔助提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課程參與度，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果。線上線下混合式教學(xué)模式非常值得嘗試。

一、“半導(dǎo)體集成電路”課程教學(xué)目前存在的問題

“半導(dǎo)體集成電路”課程的主要教學(xué)內(nèi)容是研究半導(dǎo)體集成電路的制備工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計和版圖設(shè)計，分析各種元器件的特性、寄生效應(yīng)以及如何減小寄生效應(yīng)。在授課過程中缺少以具體半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)品為例，介紹集成電路的正向設(shè)計和逆向設(shè)計，無法提高學(xué)生分析和設(shè)計集成電路的能力。

在授課方式上，本門課程的教學(xué)方法過于單一，為了提高學(xué)生聽課質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，需要增加先進的教學(xué)方法。目前，本門課程在教學(xué)方法上，主要是以板書的形式進行講解，以PPT演示的形式輔助授課，在課堂有限的時間內(nèi)大量灌輸半導(dǎo)體集成電路基礎(chǔ)知識，形成的知識體系不完整;教學(xué)過程中主要以提問的方式活躍課堂氣氛。這種教學(xué)方法無法真正調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力;對于集成電路中各種元器件的分析方法和制備工藝沒有動態(tài)演示過程，只是單獨地以剖面圖的形式進行講解，學(xué)生很難完全理解;由于集成電路生產(chǎn)需要超凈環(huán)境，并且工藝設(shè)備昂貴，學(xué)生只能從書本上進行學(xué)習(xí)。當前必須解決的問題就是改變教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，提高學(xué)生實踐能力。

二、“半導(dǎo)體集成電路”課程教學(xué)模式的改革

教學(xué)模式的改革包括“線上課程+線下課程”，對于“集成電路工藝”以及“微納電子器件”部分的教學(xué)與集成電路虛擬實現(xiàn)（VR）實驗室結(jié)合等。線下教學(xué)內(nèi)容作為本課程教學(xué)內(nèi)容的主線，輔以線上教學(xué)來提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，提升課前預(yù)習(xí)、課堂聽講和課后復(fù)習(xí)的效率;增加實踐教學(xué)，提高學(xué)生實踐能力和相關(guān)基礎(chǔ)知識的理解能力，進一步滿足工程需求。

（一）基于多媒體的線下教學(xué)模式

雙極集成電路、MOS集成電路和Bi-CMOS電路典型制造工藝無法進行現(xiàn)場操作，在沒有實驗條件的情況下，各個工藝步驟（氧化、光刻、擴散等工藝）采用播放多媒體動畫的形式模擬。以觀看動畫和視頻的形式，使學(xué)生更容易和直觀地理解抽象的制備工藝，教學(xué)效果得以改善。

（二）“線上+線下”教學(xué)模式

采用線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，既培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)與主動學(xué)習(xí)的能力，又系統(tǒng)地講解了半導(dǎo)體集成電路的基本理論與基本概念，從而提高本門課程的教學(xué)質(zhì)量。線上教學(xué)主要在超星學(xué)習(xí)通上建設(shè)先進的課程信息化體系，為學(xué)生提供更多關(guān)于集成電路的免費學(xué)習(xí)資源，并通過簽到、討論、作業(yè)、調(diào)查問卷、考試等功能，實時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)進展。線上教學(xué)不僅可以彌補線下教學(xué)教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容單一的問題，還可以使學(xué)生在課余時間能夠查缺補漏。學(xué)生通過查找資料，對線下教學(xué)沒有充分理解的學(xué)習(xí)內(nèi)容進行自主學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。通過“線上+線下”教學(xué)模式，使學(xué)生能夠?qū)崟r了解集成電路的最新發(fā)展情況。

在超星學(xué)習(xí)通的先進課程信息化體系建設(shè)中，教學(xué)課件、電子教案和教學(xué)錄像可以上傳，為學(xué)生提供自學(xué)和復(fù)習(xí)資源。教師利用線上教學(xué)平臺對學(xué)生進行課堂小測或布置作業(yè)，并把這一考核納入本課程的期末成績中，這樣可以豐富考核方式并制訂更為合理的學(xué)習(xí)成績評價標準。在超星學(xué)習(xí)通上，需要定期發(fā)放調(diào)查問卷，了解學(xué)生現(xiàn)階段對課程體系的認識和看法，及時調(diào)整授課內(nèi)容和方法，達到最佳教學(xué)模式。線上教學(xué)可以擴展學(xué)生的知識視野，也可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為提高學(xué)生實踐能力奠定理論基礎(chǔ)。

在線下教學(xué)中，利用超星學(xué)習(xí)通進行課堂簽到，通過自拍筆記的形式，對學(xué)生每堂課上課狀態(tài)進行考核，有效地避免了課上點名占用上課時間的問題。在超星學(xué)習(xí)通中發(fā)布討論題，學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)和網(wǎng)上查閱文獻資料等方法，整合各種有用信息，以分組討論的方式完成發(fā)言。將討論問題作為進一步學(xué)習(xí)和整合知識的方法，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。分組討論首先根據(jù)本門課程知識體系，設(shè)計每堂課的相關(guān)討論問題;將全班學(xué)生分組，教師組織學(xué)生課堂討論，各小組討論后需要匯報討論結(jié)果;在討論過程中，教師需要不斷引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生;最后，教師針對每組發(fā)言進行點評，概括并歸納討論所涉及的知識重點與難點。小組討論的學(xué)習(xí)方式有利于提高學(xué)生自主研究能力，有利于促進團隊協(xié)作能力，有利于激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力。

（三）實踐教學(xué)

由于工程化需求，“半導(dǎo)體集成電路”課程的講授需要知識的連貫性和完整性，知識體系需要環(huán)環(huán)相扣、融會貫通，學(xué)生對所學(xué)課程不能只停留在概念的理解上。在本門課程授課過程中需要引入“集成電路工藝”以及“微納電子器件”實踐教學(xué)，用于彌補“線上+線下”教學(xué)模式以理論教學(xué)為主的缺點[3]。實踐教學(xué)的優(yōu)勢在于能夠結(jié)合專業(yè)特點，將理論學(xué)習(xí)上升到實踐，用于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

半導(dǎo)體集成電路技術(shù)更新非常快，主要體現(xiàn)在電路設(shè)計和工藝水平更新上。在“半導(dǎo)體集成電路”課程中，有效利用EDA軟件精確地實現(xiàn)半導(dǎo)體集成電路設(shè)計并完成驗證;利用集成電路虛擬實現(xiàn)（VR）實驗室，在虛擬環(huán)境下實現(xiàn)集成電路制備的完整工藝，在模擬真實工藝場景下進行實踐，為學(xué)生今后的工作和進一步深造，積累實踐工作經(jīng)驗。本課程的實踐教學(xué)由教師提出實驗內(nèi)容，由學(xué)生提出設(shè)計方案并動手操作，整個實驗過程以小組的形式完成，教師在整個過程中進行指導(dǎo)。通過實踐教學(xué)，加深學(xué)生對相關(guān)半導(dǎo)體集成電路基礎(chǔ)知識的理解和掌握。

（四）考核方式

在教學(xué)模式改革后的考核方式上，應(yīng)在整個教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，對學(xué)生在本門課程上的表現(xiàn)做出更加全面的評價，考核方式包括多個環(huán)節(jié)，其中，平時成績（出勤+課堂提問+小組討論+線上作業(yè)）占總成績的40%，實

踐考核占總成績的20%，期末考試（閉卷）占總成績的

40%，以上三部分成績用于綜合評定學(xué)生在本課程的總成績。

三、超星學(xué)習(xí)通對“半導(dǎo)體集成電路”課程的挑戰(zhàn)

“半導(dǎo)體集成電路”是一門面向應(yīng)用、具有很強綜合性的專業(yè)課程。在學(xué)習(xí)過程中，灌輸大量專業(yè)知識容易讓學(xué)生覺得枯燥無味，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不再適用于現(xiàn)代化的高等教育。超星學(xué)習(xí)通為“半導(dǎo)體集成電路”課程的改革創(chuàng)新提供新的契機，學(xué)生和教師使用手機等無線設(shè)備，不受時間和空間的約束，構(gòu)建靈活的學(xué)習(xí)形式，展現(xiàn)出個性化學(xué)習(xí)方式、多元化學(xué)習(xí)內(nèi)容、便捷式學(xué)習(xí)設(shè)備、移動式學(xué)習(xí)時空、交互式學(xué)習(xí)模式。

（一）對教師的挑戰(zhàn)：制作學(xué)習(xí)資源、發(fā)布學(xué)習(xí)要求、設(shè)計教學(xué)過程

在工程教育認證的背景下，教師應(yīng)充分挖掘超星學(xué)習(xí)通的學(xué)習(xí)功能，以學(xué)生為主體，為學(xué)生提供多元化的學(xué)習(xí)資源。專業(yè)課教師不僅需要具備過硬的專業(yè)知識，還需要精通信息技術(shù)方面的知識，這樣才能更加全面地完善半導(dǎo)體集成電路的知識體系，完成網(wǎng)絡(luò)資源的收集、整理和制作工作，發(fā)布學(xué)習(xí)要求，設(shè)計教學(xué)過程。充分發(fā)揮超星學(xué)習(xí)通的優(yōu)勢，改善學(xué)生學(xué)習(xí)的整體環(huán)境。

（二）對學(xué)生的挑戰(zhàn)：自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、競爭學(xué)習(xí)

多數(shù)學(xué)生對超星學(xué)習(xí)通的認識還不是十分清晰，缺乏自主學(xué)習(xí)經(jīng)歷和指導(dǎo)，還需要進一步明確學(xué)習(xí)目標和學(xué)習(xí)計劃。當學(xué)生使用超星學(xué)習(xí)通平臺學(xué)習(xí)時，要掌握自主學(xué)習(xí)的正確方法，選擇自己想要學(xué)習(xí)的知識，使自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和競爭學(xué)習(xí)能力得到全面提升。

“半導(dǎo)體集成電路”是電子科學(xué)與技術(shù)（微電子）專業(yè)大四學(xué)生的專業(yè)必修課，是對學(xué)生整個大學(xué)階段專業(yè)課程知識體系的進一步擴展和延伸。本門課程基于工程教育認證的教學(xué)改革在于改善“半導(dǎo)體集成電路”課程以理論教學(xué)為主的授課方式、課程體系不完備等問題。隨著半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，教學(xué)模式改革勢在必行，“線上+線下”和實踐教學(xué)等教學(xué)模式能夠指導(dǎo)從集成電路設(shè)計、流片生產(chǎn)到芯片測試的每一個與工程實踐相對應(yīng)的環(huán)節(jié)，完成以工程需求為導(dǎo)向的最優(yōu)化教學(xué)模式，培養(yǎng)出創(chuàng)新型集成電路人才。

參考文獻：

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■ 編輯∕陳晶