微電子專業實驗課程改革與實踐研究

摘要：實驗課程在微電子專業教學中至關重要。文章從微電子專業實驗課程的必要性出發，根據專業實驗課程改革研究的目標，從建設專業實驗平臺、建設集成電路設計實驗平臺、建設虛擬仿真實驗教學項目、增強師資力量以及拓展開放實驗室資源方面給出了具體的改革與建設措施。文章還探討了專業實驗課程的建設與實踐，從而提高了學生的實驗動手能力、獨立科研能力以及解決復雜工程問題的能力。

關鍵詞：微電子；實驗實踐；研究型教學；集成電路；虛擬仿真

中圖分類號：G642" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）16-0146-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

全球微電子產業的快速發展要求高校微電子學科教學緊跟其步伐[1]。隨著學校辦學規模的擴大，選修微電子專業課程的學生人數不斷增加，尤其是實驗實踐課程。學生人數的激增導致對實驗硬件器材的需求急劇增加。所以急需解決實驗器材不足的問題，減少對硬件分立器件的依賴。

再者，隨著社會競爭的日益激烈和社會需求的不斷變化，又使學生的未來發展面臨很大挑戰，學生的需求隨之呈現多樣化[1]。這就要求必須打破現有的統一模式，解決教學模式單一的問題。根據學生的實際和社會需求建立多樣化的實踐課程體系[2]。

1 專業實驗課程改革研究的目標

1.1 “高品質、國際化、創新型”的人才培養目標

依托南京郵電大學電子科學與技術一流學科，協調專業、學科與實驗室建設。繼續堅持以“高品質、國際化、創新型”作為現代微電子科學與工程人才培養目標，以學生為本，完善以知識傳授、能力培養、素質提高為核心，引入最新實驗設備和技術，更新實驗內容和方法，不斷提高和完善。

1.2 提高實驗管理人員的水平

重視管理人員素質的提升。這包括加強對管理人員相關知識和技能的培訓，使其能夠更加全面地理解實驗教學的重要性和復雜性，增強責任感，自覺承擔起所負責的工作任務。比如定期舉辦實驗室管理培訓班，涵蓋實驗安全、設備維護及教學支持等內容。同時，還應鼓勵管理人員在工作中展現創造性，提出合理化建議，為實驗教學的改進貢獻智慧和力量。

1.3 加強實驗室師資隊伍建設

以師資建設為核心，強化人才培養，是提升實驗教學質量的關鍵環節。這一過程的目標是提高實驗教學團隊的整體水平，確保其能夠充分滿足現代微電子教育和行業發展的需求。在此背景下，將通過引進高水平人才、開展教師培訓和優化教師年齡結構等措施，建設一支具有先進教學理念、豐富知識背景和合理年齡結構的實驗教學隊伍。

1.4 深化實驗教學改革

深化實驗教學改革，進一步完善“分階段培養、多層次提升、全方位實訓”對學生實踐能力進行培養的現代實驗教學體系，繼續探索實驗室彈性開放改革思路，比如制定靈活的開放時間表，允許學生自主選擇實驗時間和內容等。

加強培養學生自主學習能力，培養適應社會需求的團隊合作精神。突出學生的創新能力、工程能力和實驗能力等方面的培養，達到“厚基礎，寬口徑，強能力，高素質”的培養目標。

1.5 加強實驗室資源開放制度

在當前科技迅猛發展的背景下，加強實驗教學資源、信息平臺和網絡建設顯得尤為重要。目標是建立現代化、智能化的實驗教學環境，通過整合現有設備資源，建立統一的資源管理系統，讓實驗室的功能和服務能夠更好地滿足廣大學生、教師及社會的多樣化需求。真正實現實驗室的開放和共享，從而為教育的創新發展注入新的活力。

2 專業實驗課程改革研究的具體措施[3-5]

通過明確的措施和方向，課程改革能更有針對性和可操作性，從而實現更高效的教育目標。也是提升教育質量、適應社會需求、培養優秀人才的重要途徑。

2.1 建立微電子專業實驗平臺

建立微電子專業實驗平臺能為學生提供先進的實驗設備和環境，促進團隊合作和項目驅動學習，提升解決實際工程問題的能力，強化理論與實踐的結合。幫助學生深入理解微電子學科的基本原理和應用。

通過以上設備的配置，建設的微電子專業實驗系統將能夠全面涵蓋半導體器件物理、微電子器件設計以及半導體專業實驗等課程涉及的主要實驗內容。幫助學生深入理解微電子學科的基本原理、技術應用和研究方法。此外，該實驗系統還將為學生自主設計和創新性實驗提供良好的條件和支持。為更多學生提供參與高質量實驗教學的機會。

2.2 建立集成電路設計實驗平臺

建立集成電路設計實驗平臺的重要性在于為學生提供實際的設計和驗證環境，促進理論知識與實踐的結合，提升綜合設計能力，培養團隊協作意識，培養學生的創新思維和解決復雜電路設計問題的能力。實驗室須購置可以用于仿真教學的軟件，比如版圖設計軟件（Cadence） 、集成電路設計仿真軟件（Synopsys） 、二維或三維的器件與電路仿真軟件（ISE、SALVACO） 等PDA、EDA軟件。極大提升學生對微電子器件設計、集成電路設計、版圖設計及工藝仿真等方面的直觀理解和實踐能力。以VLSI設計實驗課程為例

學生在教師的指導下，能夠根據具體的測試內容、目的和要求，獨立設計基本的微電子器件，實施設計分析，模擬或數字的集成電路系統，進行工藝參數的設計與仿真，讓他們在設計過程中體驗從構思到實現的全流程。

2.3 增加虛擬仿真實驗教學項目建設[4-6]

專業規模的擴大，選擇微電子方向課程的學生數量也在持續增加。但現有的專業實驗室場地和硬件平臺卻沒有相應地擴展，這造成了供需之間的顯著矛盾。實驗室資源的緊張使得學生在實際操作和實踐體驗方面受到限制，影響教學質量和學生的學習體驗。因此，增加虛擬仿真實驗教學項目的建設顯得尤為重要（如表3所示）。

因此，建立虛擬仿真實驗教學的重要性在于提供靈活、安全且經濟的實驗環境，使學生能夠進行多樣化的實驗而無需昂貴的物理設備。在一定程度上減輕實驗室設施壓力，提升教學質量。通過虛擬仿真技術可以提升學生的學習效率和動手能力，讓他們在模擬環境中探索復雜的微電子系統，這種方式有助于降低實驗風險并增強學生的理解和應用能力。

2.4 提升師資水平

提升師資水平的重要性在于增強教育質量，確保學生獲得前沿知識和實踐經驗。高水平的教師可以激發學生的學習興趣、培養創新思維，并有效指導科研項目。

首先，先進的教學思想是實驗教學改革和創新的重要保障。將定期組織教學研討，鼓勵教師分享國內外先進教學經驗，通過不斷的學習和交流，激發教師的創新思維，推動教學理念的更新與完善。同時，也將引入現代教育技術和教學管理方法，以適應當今快速發展的微電子領域，提高學生的參與感和實踐能力。

其次，將加強對教師的專業培訓和繼續教育，確保他們始終處于學科前沿。邀請來自相關行業的專家，包括企業高管、資深工程師、科研院所的研究人員，以及相關領域的學者。每學期安排3到5場專題講座，確保涵蓋不同主題，如行業發展趨勢、技術應用案例、職業規劃等。每學期組織1到2次實地考察和實踐活動，參觀相關企業的生產線或研發中心，促進學生對實際工作環境的理解和體驗。此外，鼓勵教師將研究成果轉化為教學內容，使課程設計與市場需求緊密結合，共同推動微電子產業的創新發展。

最后，注重教師隊伍的合理年齡結構，將確保教學團隊既有經驗豐富的老教師傳授其積累的知識和實踐經驗，也有充滿活力和創新意識的年輕教師，既能夠發揮老教師的指導作用，又能引入年輕教師的創新活力，形成良好的知識傳承與創新生態。促進不同年齡段教師之間的合作與交流，從而實現教學內容和方法的多樣化。

綜上所述，通過以師資隊伍建設為核心，加強人才建設力度，力求打造一支教學思想先進、知識結構豐富且年齡結構合理的實驗教學隊伍。

2.5 開放實驗室資源

開放實驗室資源使得學生能夠更便捷地接觸先進設備和技術，激發創造力與實踐能力。提高實驗室使用效率，推動跨學科研究項目，培養學生的獨立研究能力和團隊合作精神。

首先，將致力于建立一套高效的信息平臺，以便于教師和學生能夠方便快捷地獲取實驗教學資料、工具和設備使用情況，如表4。通過建立信息平臺，實現資源共享，提高實驗室利用率，減少資源浪費，增強教學的透明度和實時性，并促進教師與行業的合作。

其次，將完善實驗室的開放管理制度，建立靈活的開放時間和服務機制，鼓勵學生在課余時間主動參與實驗和研討。這不僅包括傳統的課程實驗，還可以擴展到課外的科研項目、創新設計競賽和技術交流活動。

最后，積極探索與行業合作的機會，建立企業與實驗室的聯動機制，邀請行業專家、企業代表參與實驗教學和指導，促進學術與產業的融合。這種合作不僅為學生提供了實踐的平臺，也讓教師保持對行業動態的敏感，及時更新教學內容，確保所授知識的前沿性。

3 總結

選修微電子專業課程的學生人數不斷增加，導致對實驗硬件器材的需求急劇增加。根據專業實驗課程改革研究的目標，文中給出了具體的改革與建設措施，重點探討了專業實驗平臺建設、集成電路設計實驗平臺建設、虛擬仿真實驗教學項目建設、提升師資水平以及開放實驗室資源方面的建設與實踐。通過以上措施，希望為學生、教師以及社會提供更優質的服務。從而培養學生具有實驗動手能力、獨立科研能力以及解決復雜工程問題的能力。通過建立實驗平臺、引入虛擬仿真實驗及提升師資水平，顯著提高了教學質量和學生實踐能力，開啟學生探索微電子領域新技術、新方法的大門，促進其在未來職業生涯中更好地應對快速變化的市場需求。這對相關的實驗課程建設都具有很好的參考作用。

參考文獻：

[1] 王一竹.基于區域產業發展分析的高職微電子專業建設研究：以江蘇省為例[J].現代職業教育，2019（33）：136-137.

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[3] 婁永樂，柴長春，樊永祥，等.微電子專業實驗室的建設與探索[J].實驗室研究與探索，2020，39（3）：236-240.

[4] 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.

[5] 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.

[6] 顧漢杰，孫瑜亮，陳華鋒.虛擬現實技術課程混合式教學模式研究[J].電腦知識與技術，2024，20（23）：142-144.

【通聯編輯：王 力】