微電子專業建設中實驗實踐類課程的建設與研究

方玉明 嚴靜 李若舟 夏曉娟 許杰

摘要：微電子專業的發展成為當今社會的一個主要發展方向。為培養微電子專業人才，需要著重探討微電子專業中實驗實踐類課程的建設和實施。以實驗實踐類課程為主要研究對象，該文探討了如何解決實驗類課程中的關鍵問題，提升教學質量，從而培養學生的實驗動手能力、解決問題能力、工程思維能力，從而成為具備獨立科研能力，能夠解決復雜工程問題的專業復合型人才。

關鍵詞：微電子;專業建設;實驗實踐;研究型教學;思政

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）30-0169-03

Research on the Experimental and Practical Courses in the Construction of Microelectronics Specialty

FANG Yu-ming， YAN Jing， LI Ruo-zhou， XIA Xiao-juan， XU Jie

（College of Electronic and Optical Engineering & College of Microelectronics， University of Posts and Telecommunications， Nanjing 210023， China）

Abstract： The development of microelectronics has become a major direction in today's society. In order to train microelectronics professionals， we need to focus on the construction and implementation of the experimental and practical courses in the construction of microelectronics specialty. How to solve the key problems in the experimental courses and improve the teaching quality is discussed， so as to cultivate the students' experimental ability， problem-solving ability and engineering thinking ability. To train students to become interdisciplinary talents with independent scientific research ability and able to solve complex engineering problems.

Key words： Microelectronic;Specialty construction;Experimental practice;Research Teaching;Curriculum Ideological and Political Education

1 引言

實驗實踐類課程在專業課程的教學中具有非常重要的作用。它是對所學的理論知識進行深刻認知，檢驗和理解知識的重要手段。也是理論聯系實際的主要渠道。因為我們的培養目標不僅是需要學生具有扎實的專業基礎，更多的是要提高學生自主學習和獨立科研的能力，培養學生進行科學研究和工程項目的思維習慣和動手能力。因此，在專業課程的教學中，除了理論課的講授，必須輔以相配套的實驗教學。實驗教學是對理論教學的不可缺少的補充和完善。

實驗教學的目的和內容培養了學生理解運用知識的能力。實驗內容的設計、實施和開展培養了學生的工程思維，獨立進行科學研究的能力。而最終實驗報告的撰寫培養了學生用專業的思維考慮問題，用專業的語言表述解釋問題。因此，實驗教學是對學生各方面能力，尤其是解決復雜工程問題能力的一個全面提升。

2 實驗實踐類課程的關鍵問題[2]

實踐實驗類課程雖然在整個專業課程建設中發揮著舉足輕重的作用。但是要想高質量的實施開展，必須要掌握其中的一些關鍵因素：

2.1 把德育和專業發展教育相結合

目前在專業課程中加入思政內容的教師比較少，開出的應用類實驗和課題中思政內容都偏少。課堂中大量的是專業理論知識的講授，具體的結合實際的思政內容比例偏低。如何把專業建設和當下的實際有意、有機、有效地結合，緊跟社會的發展，是個關鍵問題。合理的運用德育的學科思維，提煉專業課程中蘊含的文化基因和價值范式，將其轉化為具體化生動化的有效教學載體。培養學生的社會責任感和職業道德。能夠樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。養成誠實守信的良好習慣，具有團隊合作意識、嚴謹的工作作風。熱愛自己的專業，吃苦耐勞，具備工匠精神。能夠為祖國建設貢獻自己的力量。

2.2 選修學生數日益增長和有限的實驗場地、實驗器材的矛盾

目前的集成電路設計實驗室一次只能滿足40組學生做實驗，而微電子專業實驗室一次只能滿足16組學生做實驗。而目前的學生選修人數已達到八個小班。而且隨著社會的發展以及微電子專業的受關注程度的日益增加。越來越多的學生對微電子、集成電路方向產生了濃厚的興趣。因此，本專業的學生人數在逐漸上升，因此，在課程時間、場地、器材的安排上都顯示出極大的窘迫。迫切需要找到一個適合的解決方法緩解這個矛盾，以便于容納日益增長的選修人數的要求。

2.3 延伸實驗課程的教學作用，發展學生的課外創新實踐活動

通常情況下，學生的學習過程由兩個階段組成：第一階段是單純接收;第二個階段是理解運用。目前的教學方式更偏重于第一階段。而在學習的過程中，更重要的是第二階段。實驗實踐課程恰恰彌補了傳統教學方法的不足，著重加強了第二階段。微電子專業實驗室除了滿足實驗課的教學外，更重要的是延伸其教學作用，用于完成微電子方面的科研課題的研究和探討。因此，在發揮教學作用的同時，盡量能夠滿足作為本科生進行微電子領域創新性實驗、課程設計以及畢業設計的專業實驗平臺。

3 實驗實踐類課程關鍵問題的解決措施

實驗類課程里面的關鍵問題是各種實驗課程都必須碰到的問題，因此能夠有效解決這些關鍵問題也就能夠有效提升實驗實踐類課程的教學質量。同時要根據不同年級、不同課程體現創新意識和創新能力的培養。更要激發學生的主動學習和創新精神。

3.1把德育和專業發展教育相結合，各門專業課都融入思政元素

微電子技術作為現今電子產業發展的關鍵技術，具有廣闊的發展前景， 它在社會生活中卻起著舉足輕重的作用：它同經濟發展密不可分，同人民生活息息相關，在國防安全方面也扮演著不可替代的重要角色。芯片成為了各國技術競爭的決定性因素。在半導體這個領域，中國需要挑戰的是西方上邊百年積累起來的工業體系。在這個當中體現了濃濃的思政元素。整個微電子的發展其實就是激勵學生自我強大的一個過程，面對外界制造的各種困難。我們如何迎難而上，持之以恒地勤奮努力，突破技術封鎖，提升我國的芯片研發水平。從而培養學生熱愛專業熱愛祖國的優秀品質。

（1） 采用統計調查方法，對本專業的入學或即將入學的學生、老師進行問卷調查，結合典型調查，分析需求特征，準確定位培養目標;去相關院校進行走訪或調研，對課程思政的開展工作進行分析比較研究，借鑒成功經驗;根據實際教學和實踐的經驗，優化設置課程體系，融入思政元素。做好學生對思政教學效果反饋的分析。在此基礎上針對不同的課程改善不同的思政內容。教學中引進激勵機制，激發學生興趣、求知欲、好奇心、責任感、上進心，激發學生產生向上的動機和行為。

（2） 課程和學時無法做大的調整的情況下，嘗試在課程內容上做些創新。目前基礎理論課的學時比較充足，可以在課時里分出2-4個學時講述該門課程的發展歷史、創始人以及他們的生平的優秀事跡。他們在創造出新的產品，或者是發現新的理論之前都進行了艱苦卓越的探索和研究。把專業知識和實際的人物結合起來，增加了課程的趣味性，也能吸引學生的注意力，加深學生對科研工作者的優秀品質的理解和敬佩，從而潛移默化地培養他們向優秀的人學習和靠近，從而加深認識了理論課的重要性。

（3） 實驗實踐課程中除了融入科研工作者的事跡，同時鼓勵教師積極申報校企聯合項目，結合科研項目建立和完善專業實驗室，補充硬件設備。在今后的專業建設中，應通過各方渠道加強專業實驗室的建設和完善，并積極和外校各對口單位聯系，爭取建立一個穩定長期的校企合作。在這個過程中，能讓學生體驗到企業的作用，對國家建設的直接推動作用，能夠在工作后更好地融入企業培養“工匠精神”。

3.2采取多種方法解決選修學生數日益增長和有限的實驗器材的矛盾

隨著社會的發展以及微電子專業發展的迫切需要。越來越多的學生對微電子、集成電路方向產生了濃厚的興趣。因此，不僅本專業的學生人數在逐漸上升，外專業選修微電子方向課程的學生數也是日益增加。但是專業實驗室的場地和硬件平臺卻沒有拓展。其他的集成電路設計實驗用到的軟件也涉及服務器集中安裝和版權購買的問題，也限制了一定的靈活性。造成了這兩方面的矛盾會日益突出。

（1） 有機會當然還是要爭取各方渠道增加實驗配置和實驗設備。包括實驗面積的增加和實驗器材套數的增加。各種類型的實驗室建設項目都要去積極申請，包括學校層面的經費支持。以滿足現有儀器設備的養護維修，新儀器的購買。但受限于實驗場地和實驗經費，實驗器材和實驗設備的購買畢竟非常有限，不能僅靠這個渠道維持日益增長的實驗需求和要求。現在社會也在不斷發展，我們也要與時俱進，從多方渠道保證開展實驗內容。

（2） 目前，其他各種類型的實驗室也在蓬勃發展，對傳統的實驗課程也起到了很好的補充作用。比如口袋實驗室[1]、虛擬實驗室[2]等。本課題組現在也在完成虛擬仿真實驗室項目，增加虛擬仿真實驗，設置虛擬仿真實驗的內容和數量。能很好地緩解實驗設備的購置壓力。補足學生學習理論知識這塊的不足，通過系統仿真實驗的開展和學習，使學生能夠對半導體器件的工作機理有直觀的印象，能夠更深入地理解器件的各項特性參數。從而也是將科學研究和基本概念教學聯系起來，結合起來，實現教研統一，相互促進。

（3） 目前，本專業的實驗實踐類課程基本上都是本專業任課老師教授。專業任課老師一般都會承擔各種類型的科研項目。因此發揮科研項目對教學工作的支撐也是一個非常好的渠道。不僅能夠緩解傳統實驗室的矛盾，也能使得學生更好地融入科研項目。因此，實驗課老師也需要開發新的實驗項目，增加實驗組數和實驗類型。目前，不少老師也在積極承擔學校的開放實驗室項目。

3.3延伸實驗課程的教育作用，培養學生科技創新、獨立科研的能力

實驗實踐課程的教學不能僅僅是完成課堂教學。實驗實踐課程的最終目的是要學生具備能夠獨立進行科研的能力，探索和試驗實踐的能力，解決工程問題的能力，科技創新的能力。因此，不能將實驗課程也淪為課堂講授的滿堂灌的形式。不能弱化實驗實踐課程的最終延伸作用。反而要更多地承擔學生解決復雜工程問題能力的培養。

（1） 微電子專業實驗室除了滿足實驗課的教學外，也可以用于完成微電子方面的科研課題的研究和探討。因此，在發揮教學作用的同時，盡量能夠滿足作為本科生進行微電子領域創新性實驗。加強師資建設力度，提高教師實驗教學水平。鼓勵專業教師承擔大二學生的成長導師、大三學生的科技創新計劃。讓更多的學生參與科研。

（2） 重視課程設計以及畢業設計的專業實驗平臺。課程設計和畢業設計都屬于實踐類的課程，它們和普通的專業實驗課還有所區別。專業實驗課是學習某一部分知識的實驗內容，而課程設計，包括畢業設計，是需要對整個微電子專業知識體系有一個完整的概念，設計一個相對完整流程的課題。因此，發揮好這兩個實踐課程的教學作用，能夠很好地培養學生解決復雜工程問題的能力。

（3） 積極和企業合作，建立校企聯合實驗室。借用企業平臺，利用學校里無法購買但企業里具有的大型設備和先進設備，開展相關的實驗實踐類課程。不僅增加了學生的知識面和視野，也部分緩解了傳統實驗室的硬件矛盾。同時，也可以請企業工程師進入課堂，給學生上課。這樣也可以達到提前培訓學生的工程能力，為學生順利進入企業的相關工作崗位提供了便利條件。

4 總結

微電子技術作為現今電子產業發展的關鍵技術，在社會生活中卻起著舉足輕重的作用。而微電子專業人才的培養中，實驗教學是對理論教學的不可缺少的補充和完善。要想提高實驗實踐類教學，必須有意、有機、有效地緊密結合當下實際，緊跟社會的發展，樹立學生正確的世界觀、人生觀、價值觀。

同時，通過從各方渠道積極爭取增加實驗配置和實驗設備，開展虛擬仿真實驗的內容和數量，發揮科研項目對教學工作的支撐等各方面，解決選修學生數日益增長和有限的實驗器材的矛盾。加強師資建設力度，提高教師實驗教學水平，鼓勵專業教師承擔學生的創新計劃，讓更多的學生參與科研。重視課程設計以及畢業設計的專業實踐課程教學。積極和企業合作，建立校企聯合實驗室。充分發揮實驗實踐課程的延伸作用，使學生具備能夠探索和試驗實踐、科技創新以及解決復雜工程問題的能力。

參考文獻：

[1] 董介春，于瑞濤，衛成兵.口袋實驗室建設與實驗教學改革[J].電氣電子教學學報，2017，39（3）：133-135，147.

[2] 劉筱蘭，張薇，程惠華，等.虛擬實驗室的類型及發展趨勢[J].計算機應用研究，2004，21（11）：8-10.

【通聯編輯：王力】

收稿日期：2021-03-01

基金項目：南京郵電大學“課程思政”教育教學改革研究專項課題（KCSZJG202002）;南京郵電大學實驗室工作研究課題（2020XSG05）;南京郵電大學電子科學與技術國家級實驗教學示范中心虛擬仿真實驗教學項目;南京郵電大學院級“課程思政”優秀教學團隊。

作者簡介：方玉明（1975—），女，江蘇省南京市人，教授，博士，主要研究方向為微電子學、微機電系統、微電子專業教學研究;嚴靜（1987—），女，江蘇省揚州市人，講師，博士，主要研究方向為液晶顯示及液晶電光器件;李若舟（1988—），男，湖北省武漢市人，講師，博士，主要研究方向為微電子學、柔性電子器件;夏曉娟（1981—），女，江蘇省揚州市人，副教授，博士，主要研究方向為微電子學、大規模集成電路;許杰（1989—），女，江蘇省無錫市人，副教授，博士，主要研究方向為微電子學與固體電子學。