微電子科學與工程專業人才培養模式研究與實踐

李 昶 孫小香 李宏民

（湖南理工學院 湖南岳陽 414000）

一、研究背景

集成電路因其重要的戰略地位成為全球關注的焦點。加快構筑以集成電路為核心的現代信息技術產業成為推進信息和工業化融合、提升國家安全戰略的第一要務[1]。1956年國務院制訂《1956至1967年科學技術發展遠景規劃綱要》，半導體技術被列為國家重點科學技術項目之一，標志著我國集成電路產業發展和建設的開端。經過近70年的建設，集成電路產業邁上了全新的發展臺階，但飛速發展過程中暴露的問題也直面而來，“大而不強，快而不優”的突出矛盾制約了集成電路產業的高質量發展。總結起來，我國集成電路產業發展主要存在以下突出問題：（1）企業無法突破低端產品定位鎖定的格局，我國集成電路產品覆蓋全面，在各個主要集成電路領域都不缺乏國內企業的參與，但大部分企業提供的產品無法獲得高價值和高端市場份額；（2）基礎環節受制于人的局面沒有得到根本性改變，美國對華為和中興等企業進行的制裁讓我們深刻地認識到我國集成電路產業基礎的薄弱性，在產業鏈最上游和最基礎的環節不能實現自主可控；（3）芯片設計人才供不應求。根據《中國集成電路產業人才白皮書（2019-2020年版）》統計，我國集成電路行業從業人員的結構正在發生調整，芯片設計人才需求旺盛，設計人才的需求量保持第一位。按照當前的人才需求，集成電路產業設計從業人員仍存在大量缺口，人才供應不足勢必會阻礙產業的進一步發展。

要想沖破我國集成電路產業面臨的發展瓶頸和西方國家對我們的技術封鎖，關鍵核心在產業人才[2]。因此，當下微電子科學與工程專業的建設關乎集成電路產業未來的發展。但傳統的微電子科學與工程專業人才培養模式難以應對集成電路產業日新月異的發展，如何應對理論和技術的快速更新迭代，滿足產業對當下和未來人才的需求，成為微電子科學與工程專業人才培養面臨的緊迫問題。現有研究表明：微電子科學與工程專業人才培養模式主要存在以下共性問題[3]：（1）學生缺乏實踐能力和拓展技能培養。（2）學生缺乏學習意識和能力培養。（3）“雙師雙能”型教師缺乏。總而言之，當前微電子科學與工程專業人才培養體系與集成電路產業實際的用人需求存在偏差甚至是脫節現象[4]。要改變這一現狀，需要在人才培養體系層面進行改革，以企業的實際人才需求為出發點，面向集成電路產業鏈，有針對性地開展教學改革[5]。

本論文以湖南理工學院微電子科學與工程專業的本科生作為研究對象，面向集成電路產業鏈需求，構建基于“一鏈、雙向、三體”的“1+2+3”全面型人才培養體系。以集成電路產業鏈（一鏈）中微電子器件和工藝版圖設計為切入點，以培養應用型和科研型人才為出發點，以產教融合和科教融合（雙向）為路線，以教學平臺、實驗平臺和實踐平臺（三體）為支撐（如圖1所示），以理論教學、實驗教學、工程實習、科學研究為載體，建立并完善一套具有可操作性和可推廣性的人才培養運行機制，實現高校人才培養與企業用人需求之間的準確對接，從而達到培養高質量人才的目的。

圖1 “1+2+3”人才培養體系總體方案示意圖

二、培養體系方案

1.策略與途徑

“因材施教”是高質量人才培養的重要前提，如何實施人才培養的細分化是開展因材施教的關鍵所在。“1+2+3”人才培養體系細分化的總體策略是應用型學習為主，科研型學習為輔。細分途徑基于雙向選擇、分階段和分層次以及學生為本的基本原則。雙向選擇原則是指，一方面,學生根據自己的興趣和意向選擇應用型或科研型，比如具有就業意向和具有讀研意向的學生可分別劃分為應用型和科研型；另一方面，科研型教師在開展課程教學過程中發現有科研興趣和潛力的學生可進行積極的引導并成為其科學研究導師。分階段和分層次原則是指，培養模式的選擇要綜合考慮學生所處的年級和個人能力特點并給予正確的引導和建議，針對不同階段和層次的學生制定個性化的培養方案。學生為本原則是指，要尊重學生的個人發展意愿，在不同的學習階段允許學生在應用型和科研型培養模式之間進行切換，且教師在這一過程中要給予充分的幫助和支持。基于以上策略與途徑，實現應用型人才和科研型人才培養的合理劃分，并最終向社會輸出高質量的、全面型的集成電路產業人才。

2.教學模式改革

應用型和科研型人才培養的關鍵在于教學模式的改革與創新，“1+2+3”人才培養體系以培養學生的應用能力和科研能力為主要目標，實施以下四種教學模式：

（1）工程應用導師和科學研究導師負責制

基于學生培養細分化的模式，教師隊伍同樣進行細分化管理。工程應用導師和科學研究導師分別負責應用型和科研型人才的培養。工程應用導師隊伍由具有企業任職或鍛煉履歷的專任教師和合作企業指派的工程師共同組成，前期隊伍建設以企業指派工程師為主，后期隊伍建設以學校專任教師為主，從而強化微電子科學與工程專業的“雙師雙能”教師隊伍建設。科學研究導師隊伍以學校科研型教師為主，企業研發工程師為輔，每位導師分配的學生人數結合個人的科研體量和意愿進行動態化調整。工程應用導師和科學研究導師分別依照對應的教學模式開展人才培養。通過學生和教師的細分化，強化學生和教師之間的紐帶，讓學生找到適合自己的導師，并在導師的引領下充分挖掘自身的潛力。

（2）“3+1”應用型教學模式和“1+3”科研型教學模式

遵循學生為本的基本原則，工程應用導師和科學研究導師分別參照“3+1”和“1+3”的教學模式開展人才培養。“3+1”教學模式是指學生前三年在學校進行有針對性的理論知識學習和實驗、實踐技能學習，最后一年選派進入關聯合作企業開展工作實習，實習期間由工程應用導師負責指導，原則上由導師負責學生的畢業綜合設計任務。“3+1”教學模式旨在培養和鍛煉學生的工程實踐能力，讓學生從“坐而論道”和“紙上談兵”的學習者成長為“坐言起行”和“身經百戰”的實踐者。“1+3”教學模式是指學生先進行一年的公共基礎課學習，第二年開始跟隨科學研究導師進入實驗室開展科學研究工作，學習開展科學研究的基本思路和方法，原則上由導師負責學生的畢業論文研究任務。“1+3”教學模式旨在培養和鍛煉學生的創新思維能力，訓練學生的科學研究技能，為我國集成電路產業薄弱的基礎理論研究積蓄科研力量。

（3）注重應用和科研能力培養的一流課程

以培養自主學習意識為出發點，以培養應用能力和科研能力目標，對課程教學內容進行全面改革，摒除書本內容全覆蓋的思想，有針對性、有目的性地開展課程教學。課程內容設置參照“記憶型知識淺講解，理解型知識深講解，拓展型知識重引導”的基本思路，留給學生自主選擇的空間，激發學習意識，培養學習能力，從而促進應用能力和科研能力的提升。同時，加強精品課程（尤其是線上精品課程）建設，打造學生認可度高的“金課”，淘汰“水課”。目前，湖南理工學院微電子科學與工程專業已建設相關省級一流課程3項，包括《電磁場與電磁波》《單片機原理與應用》以及《半導體物理》，隨著建設一流本科課程理念的深入，未來會有更多的專業課程加入其中，更加充分地保障學生專業理論知識的學習。

（4）信息化教學平臺建設

信息化是發展的大勢所趨，信息化技術和手段已經滲透進社會體系的方方面面，深刻影響和改變著人們的生活、學習和工作。信息化教學的開展是育人理念緊跟時代發展的脈搏重要體現。湖南理工學院微電子科學與工程專業信息化教學平臺的建設思路為“線上線下有機結合，互為支撐”。平臺基本架構如圖2所示，一方面，推進課程教學的信息化建設，線上開設“超新學習通”課程教學平臺，平臺具備教學資源發布、教師教學視頻回放、名校名師教學視頻學習、作業/測試發布、提交和批閱等一系列學習功能，讓其成為學生學習的線上第二課堂；另一方面，線下引入手機端App、電腦端軟件、音頻或視頻、遠程教學或答疑等信息化交互體驗，全面激發學生的學習興趣，提高學生參與課堂教學的主觀能動性，同時結合線上平臺方便學生隨時隨地開展自主學習。創新線下課堂教學模式，積極探索翻轉課堂、小組討論、第二課堂等新興教學手段與專業課程的結合方式，讓先進的教學理念和手段在理科課堂上落地扎根。另外，線下引入實踐驅動教學模式，將實際工程案例和科研案例等帶進課堂，達到理論知識在案例中落地，學習興趣在案例中激發，應用能力和科研能力在案例中鍛煉的效果。最后，通過創新性線下教學與信息化線上教學的有機互補保障理論教學的高質量開展。

圖2 教學平臺架構示意圖

3.實驗平臺建設

綜合性實驗平臺的建設以集成電路產業實際需求為導向，以湖南理工學院的地方性高校定位為考量，以微電子器件和工藝版圖設計為切入點，以半導體物理、微電子器件、集成電路專業實驗室以及半導體材料與器件科研實驗室為支撐，建設周期為三年。平臺基本架構如圖3所示，涵蓋專業技術實驗和科學研究實驗兩部分。其中，專業技術實驗包含基礎理論實驗、測試與分析實驗、器件仿真實驗以及集成電路設計實驗；科學研究實驗包含新型鍺硅材料、有機薄膜材料、氮化鎵薄膜材料以及碳基納米材料研究。專業技術實驗依托三個專業實驗室和專業課任課教師開展，科學研究實驗依托物理與電子科學學院半導體材料與器件科研實驗室及其團隊成員開展。專業技術實驗和科學研究實驗相輔相成，既鍛煉學生的動手能力，又激發學生的創新、創業意識。

圖3 實驗平臺架構示意圖

4.實踐平臺建設

開拓和建設與專業密切相關的地方企業實踐教育基地，充分挖掘并整合學校和企業的教育教學資源，實施校企之間的聯培聯動機制，推行工程師進課堂和學生進企業的雙向教學模式，實現高校和企業間的互通互聯，打通人才培養的各環節。創新合作模式方面，企業和高校可進一步提升相互的認可度，企業人員在指導學生過程中獲得的成果和榮譽可納入企業選拔人才的考量標準；深化合作力度方面，企業可更加深入地參與人才培養過程，如選派工程師指導學生參加各類學科競賽，這一過程中，企業將更加了解學生的個人能力特點，從而進行更加準確的用人判斷；學生則可利用企業的資源在競賽中取得更好的成績，擴大學校的社會影響力。目前，湖南理工學院已建立微電、電子和光電專業校外實踐基地，能為學生提供豐富多樣的實習實踐環境，學生通過在實踐基地的學習，工程實踐得到了顯著提升，社會和企業認可度明顯改善。

結語

地方高校微電子科學與工程專業人才培養體系在多個環節與集成電路產業實際的用人需求存在偏差甚至是脫節現象。地方高校在人才培養體系層面進行改革十分有必要，以企業的實際人才需求為出發點，面向集成電路產業鏈，通過構建面向集成電路產業鏈需求的“1+2+3”（一鏈、雙向、三體）人才培養體系，才能實現高校人才培養與企業用人需求之間的準確對接，達到保“量”提“質”的人才培養目的。