驗(yàn)證模擬電子技術(shù)是一門所有電類工科專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課［1］，學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)可以掌握半導(dǎo)體物理器件、單級(jí)和多級(jí)放大電路、集成運(yùn)算器、穩(wěn)壓電源等知識(shí)，為后續(xù)微機(jī)原理應(yīng)用、單片機(jī)技術(shù)、高頻電子技術(shù)等專業(yè)課程學(xué)習(xí)做好知識(shí)鋪墊［2］。然而，傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)教學(xué)以課本理論公式講授推導(dǎo)為主，以采用模擬實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為輔，具有物理概念抽象、分析方法復(fù)雜、動(dòng)手設(shè)計(jì)困難等特點(diǎn)［3］。因此，學(xué)生普遍反映該課程學(xué)習(xí)起來困難，考試通過率不高，學(xué)習(xí)興趣不足。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，集成電路行業(yè)已經(jīng)被視為與鋼鐵和石油工業(yè)同等重要的、具有戰(zhàn)略意義的國(guó)家命脈行業(yè)，其技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步、工業(yè)先進(jìn)、國(guó)防實(shí)力的重要標(biāo)志［4］。特別是在“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系”的新時(shí)代工科建設(shè)背景下［5］，如何培養(yǎng)出優(yōu)秀的適合集成電路行業(yè)需求的大學(xué)本科畢業(yè)生已經(jīng)成為了各本科院校亟待解決的問題。為了培養(yǎng)學(xué)生的集成電路設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生對(duì)于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的認(rèn)同度和興趣感，本文探究了一種面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)教學(xué)改革方法，使用Cadence和HSPICE仿真軟件對(duì)模擬電子技術(shù)課本中的典型電路進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而驗(yàn)證其理論的正確性。

1傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)教學(xué)

1．1傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)理論教學(xué)模式。傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)理論教學(xué)采用教師課堂知識(shí)灌輸形式，即教師通過板書和PPT的方式在課堂上給學(xué)生講授推導(dǎo)書本中的理論公式，通過已學(xué)的知識(shí)來推導(dǎo)和驗(yàn)證新的理論和公式［6］。例如在學(xué)習(xí)第二章“基本放大電路”時(shí)，教師是通過圖解法和微變等效電路法來推導(dǎo)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和交流電壓增壓。圖1為采用圖解法求解的單管共射電路，圖中通過虛線把晶體管和外圍電路分開，當(dāng)輸入信號(hào)ΔUI為0時(shí)，在晶體管的輸入回路中既應(yīng)該滿足輸入特性曲線，又應(yīng)滿足外圍電路參數(shù)，因此:UBE=VBB－iBRb(1)圖2為單管共射電路的輸入特性曲線，由1式可以確定圖中的輸入回路負(fù)載線，其中斜率為-1/Rb，輸入回路負(fù)載線與輸入特向曲線的交點(diǎn)Q就是電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。圖3為單管共射電路的輸出特性曲線，與輸入回路一樣，在輸出特性曲線中靜態(tài)工作點(diǎn)既應(yīng)在IB=IBQ曲線上，又應(yīng)滿足外圍電路特性:UCE=VCC－iCRC(2)由2式可以確定圖3中的負(fù)載線，其中負(fù)載線的斜率為-1/RC，IB=IBQ與輸出特性曲線的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，其縱坐標(biāo)值為ICQ，橫坐標(biāo)值為UCEQ。通過圖解法可以求出單管共射電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q，采用微變等效電路法可以求解電路的H參數(shù)，計(jì)算電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻等［7］。同樣，集成運(yùn)算放大電路、放大電路的頻率響應(yīng)、波形的發(fā)生和信號(hào)轉(zhuǎn)換等章節(jié)都是采用傳統(tǒng)的公式推導(dǎo)法來向?qū)W生講解的。傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)理論教學(xué)雖然可以使學(xué)生掌握課本中的基本概念和定理，但是繁雜的64物理概念以及抽象的公式推導(dǎo)過程往往讓學(xué)生感覺到入門難、理解難、掌握難，僅僅依靠課堂理論灌輸?shù)慕虒W(xué)模式就成為了一種“空對(duì)空”的教學(xué)模式［8］。1．2傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采用模擬實(shí)驗(yàn)箱或模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)模式，即學(xué)生通過導(dǎo)線插針在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上連接各種電子元器件或模塊來搭建模擬電路的方式［9］。傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式雖然可以通過現(xiàn)有的模擬實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)驗(yàn)證課本理論，較為靈活的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單模擬電路。但是，傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在諸多缺點(diǎn):(1)傳統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)一般采用導(dǎo)線插針方式，在實(shí)驗(yàn)過程中容易發(fā)生插針折斷堵塞插孔情況，影響設(shè)備德正常使用。(2)隨著機(jī)箱設(shè)備的老化，設(shè)備內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)導(dǎo)線或底座虛斷、接觸不良等情況，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的失真。(3)由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)采用模塊集成方式，一般只包含了課內(nèi)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)K，難以激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。

2面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)教學(xué)

2．1面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)理論教學(xué)模式。面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)在理論教學(xué)上采用“工程向?qū)Хā钡慕虒W(xué)思路，首先由教師結(jié)合生活實(shí)例提出一個(gè)具體的工程問題，讓學(xué)生知道所學(xué)知識(shí)可以使用到日常生活中去，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。然后教師采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，通過課堂講授向?qū)W生傳輸工程項(xiàng)目所需的理論知識(shí)和定理，與傳統(tǒng)理論課堂教學(xué)模式相比，面向集成電路設(shè)計(jì)的課堂理論教學(xué)在知識(shí)點(diǎn)講授上按照“知識(shí)鏈”模式，即教師在教學(xué)內(nèi)容安排上不再按照傳統(tǒng)知識(shí)章節(jié)的順序，而是以工程項(xiàng)目為導(dǎo)向，把做工程項(xiàng)目所需的知識(shí)點(diǎn)串在一起講解。以設(shè)計(jì)“集成運(yùn)算放大器”為例，集成運(yùn)算放大器一般包括:偏置電流產(chǎn)生電路、差分輸入放大電路、中間放大電路、功率放大電路四部分模塊電路組成［10］。因此教師在課程內(nèi)容安排上首先講解偏置電流產(chǎn)生電路和電流復(fù)制電路，可以通過電流鏡和微電流源的工作原理來講解。然后講解差分輸入放大電路，通過差分輸入放大電路的電路結(jié)構(gòu)以及如何提高電路的共模抑制比為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行講解。接著講解單級(jí)放大電路和多級(jí)放大電路的電壓放大原理，最后講解功率放大電路，主要向?qū)W生講解功率放大電路如何提高電路的帶負(fù)載能力。這樣學(xué)生具備了基礎(chǔ)知識(shí)之后就可以動(dòng)手設(shè)計(jì)運(yùn)算放大電路。在向?qū)W生講解設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目所需的基礎(chǔ)知識(shí)之后，教師再引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模擬集成電路所用到的EDA(ElectronicDesignAutomation)軟件，這里以在模擬集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)被廣泛使用的EDA軟件Cadence和HSPICE為例。由于Cadence是在Linux操作環(huán)境下運(yùn)行的，因此教師首先給學(xué)生講授簡(jiǎn)單的Linux操作環(huán)境和基礎(chǔ)指令，使學(xué)生能夠初步掌握Cadence的運(yùn)行方法，接著教師引導(dǎo)學(xué)生在Cadence中進(jìn)行工程項(xiàng)目的原理圖設(shè)計(jì)，最后使用Cadence把所設(shè)計(jì)的電路網(wǎng)表文件導(dǎo)入到HSPICE軟件中進(jìn)行參數(shù)仿真。使用HSPICE可以對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析以及蒙特卡羅最壞情況分析等。2．2面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用“教師引導(dǎo)，學(xué)生開放設(shè)計(jì)”的教學(xué)模式。教師以“大作業(yè)”形式每學(xué)期給學(xué)生布置5～6道實(shí)驗(yàn)課題，制定好項(xiàng)目參數(shù)。學(xué)生課下搜集項(xiàng)目資料，自主設(shè)計(jì)電路架構(gòu)并且進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最后提交項(xiàng)目結(jié)項(xiàng)報(bào)告。通過學(xué)生設(shè)計(jì)的電路參數(shù)是否達(dá)標(biāo)以及結(jié)項(xiàng)報(bào)告的內(nèi)容完整性給成合理的評(píng)判成績(jī)。圖5為指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)的基于CMOS工藝庫(kù)的運(yùn)算放大器原理圖，共分為三級(jí):偏置電流產(chǎn)生電路、輸入級(jí)差分放大電路、中間級(jí)放大電路。學(xué)生把原理圖輸入到Cadence中可以生成電路參數(shù)網(wǎng)表，再使用HSPICE仿真軟件進(jìn)行參數(shù)調(diào)試。最終可以仿真電路的開環(huán)增益、輸入共模抑制比、電源抑制比等參數(shù)。

3結(jié)語(yǔ)

為響應(yīng)國(guó)家科技強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略需求，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)筑先發(fā)優(yōu)勢(shì)，在未來全球創(chuàng)新系統(tǒng)中占據(jù)戰(zhàn)略制高點(diǎn)，迫切需要培養(yǎng)大批新興工程科技人才[1]。而集成電路產(chǎn)業(yè)作為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，是支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國(guó)家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)[2-3]，在中國(guó)制造大投入、大發(fā)展、大跨越的趨勢(shì)下，集成電路的戰(zhàn)略重要性日益突顯。然而，我國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)仍然未能實(shí)現(xiàn)真正意義上的突破，集成電路人才培養(yǎng)存在質(zhì)和量上的不足。高等院校作為高端人才培養(yǎng)的主場(chǎng)地，如何緊密圍繞我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對(duì)高水平人才的迫切需求，遵循集成電路發(fā)展規(guī)律[4-6]，培養(yǎng)出具有理論和工程實(shí)踐相結(jié)合的綜合創(chuàng)新型人才，這對(duì)集成電路專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系提出了新的要求。在此大背景下，集成電路中心堅(jiān)持“人才培養(yǎng)是根本、提升能力為關(guān)鍵、凝聚資源夯基礎(chǔ)、科學(xué)研究促發(fā)展”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)思路，提出以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和科研創(chuàng)新能力為核心目標(biāo)的“四位一體”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，實(shí)踐教學(xué)覆蓋現(xiàn)代集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的主要技術(shù)與技能環(huán)節(jié)[7]，內(nèi)容層次遞進(jìn)，為微電子與集成電路相關(guān)專業(yè)的綜合創(chuàng)新型人才實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)提供新方案。

一、“四位一體”實(shí)驗(yàn)體系構(gòu)建

在新工科的大背景下，實(shí)驗(yàn)中心提出以“教學(xué)與科研、工程相融合”的培養(yǎng)理念，形成了以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為核心目標(biāo)的“四位一體”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，如圖1所示。該體系覆蓋現(xiàn)代集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的主要技術(shù)與技能環(huán)節(jié)，由“通識(shí)實(shí)驗(yàn)”、“專業(yè)實(shí)驗(yàn)”、“科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”與“綜合交叉融合實(shí)驗(yàn)”四大模塊構(gòu)成，兼顧物理、器件、電路、設(shè)計(jì)、工藝等集成電路學(xué)科核心內(nèi)容，適應(yīng)于培養(yǎng)集成電路人才運(yùn)用理論分析問題、解決問題等能力，具有覆蓋面廣、實(shí)用性強(qiáng)和創(chuàng)新性等鮮明特色[8-11]。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系在知識(shí)結(jié)構(gòu)上從通識(shí)課程一直延伸到專業(yè)課程，在實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)上從校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室延伸到校外實(shí)踐基地。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容層次遞進(jìn)，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)最終實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相融合、科學(xué)研究與實(shí)驗(yàn)相融合、虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐實(shí)驗(yàn)相融合以及理論課程與實(shí)驗(yàn)相融合。（一）通識(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。通識(shí)實(shí)驗(yàn)主要面向本科一年級(jí)與二年級(jí)的學(xué)生開設(shè)。對(duì)于實(shí)踐性較強(qiáng)的微電子與集成電路專業(yè)而言，能夠熟練的掌握計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言以及扎實(shí)的物理與電子基礎(chǔ)理論知識(shí)，可以為后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。因此，在通識(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，將程序類實(shí)驗(yàn)、物理類實(shí)驗(yàn)、電子線路類、信號(hào)與系統(tǒng)類實(shí)驗(yàn)作為核心內(nèi)容，四大類實(shí)驗(yàn)之間的層次遞進(jìn)關(guān)系以及開設(shè)的學(xué)期如圖2所示。通識(shí)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置堅(jiān)持由易到難的原則，從計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言類實(shí)驗(yàn)入門，進(jìn)而開設(shè)大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)；在掌握一定的基礎(chǔ)知識(shí)后，為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)綜合能力，在第三學(xué)期開設(shè)難度稍高的綜合物理實(shí)驗(yàn)。隨著知識(shí)點(diǎn)的積累、理解能力以及動(dòng)手能力的提升，逐漸開設(shè)與專業(yè)基礎(chǔ)相關(guān)的電子線路類、電路信號(hào)與系統(tǒng)類、半導(dǎo)體物理類實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由淺及深，層次遞進(jìn)，進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约皩?shí)驗(yàn)興趣的目的。通識(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，著重在于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，規(guī)范化的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣，熟練掌握常規(guī)儀器設(shè)備（示波器、電流源、信號(hào)源、函數(shù)發(fā)生器、頻譜分析儀等）的操作方法，以及處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。實(shí)驗(yàn)的考核方式以及所占的比重為：實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（40%）+實(shí)驗(yàn)過程（40%）+報(bào)告為主（20%）。在課程設(shè)置時(shí)間上，實(shí)驗(yàn)課程一般滯后于理論課程四個(gè)星期左右，目的是使得學(xué)生在充分理解理論知識(shí)點(diǎn)，即實(shí)驗(yàn)原理的前提下，帶著思考問題進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，有目的、有計(jì)劃地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，充分實(shí)現(xiàn)理論課程與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相融合。（二）專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。基于通識(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，學(xué)生已經(jīng)具備了一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰η曳e累了一定的與專業(yè)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，具備了專業(yè)實(shí)驗(yàn)的能力。為了進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，新的實(shí)驗(yàn)體系對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行合理優(yōu)化，保留傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)、經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，摒棄與優(yōu)化落后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)科學(xué)研究的最前沿，加大科學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)以及綜合性實(shí)驗(yàn)在總實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的比重，使專業(yè)實(shí)驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)更為合理，并構(gòu)建了半導(dǎo)體器件實(shí)驗(yàn)、工藝實(shí)驗(yàn)、物理實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)為主的六大實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖3所示。每個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下包含若干與專業(yè)主干理論課程緊密相關(guān)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)，這些專業(yè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容涵蓋面廣，由驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)→綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)→創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容層次遞進(jìn)，相互關(guān)聯(lián)，構(gòu)成專業(yè)實(shí)驗(yàn)的核心內(nèi)容。1.集成電路實(shí)踐操作教學(xué)實(shí)驗(yàn)。集成電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心主要承擔(dān)學(xué)生的實(shí)踐操作教學(xué)實(shí)驗(yàn)，主要包含半導(dǎo)體器件物理實(shí)驗(yàn)、半導(dǎo)體工藝檢測(cè)實(shí)驗(yàn)以及半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)三大平臺(tái)，包含30個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，涵蓋半導(dǎo)體材料、器件、電路的物理、電學(xué)特性測(cè)試與分析等方面的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容繼續(xù)秉承由淺及深的原則，由簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)逐漸過渡到創(chuàng)新型與綜合性試驗(yàn)。目前為止，創(chuàng)新型與綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)已經(jīng)占據(jù)總實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的62%。此外，學(xué)院成立了我國(guó)西部地區(qū)唯一具備集成電路生產(chǎn)實(shí)習(xí)條件且應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的超凈工藝實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)踐完成器件設(shè)計(jì)、工藝操作和樣品的測(cè)試一系列環(huán)節(jié)，加深對(duì)集成電路制造主要流程與技術(shù)的理解。專業(yè)實(shí)驗(yàn)的考核方式兼顧實(shí)驗(yàn)過程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于創(chuàng)新型與綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，側(cè)重于考核實(shí)驗(yàn)過程，新增實(shí)驗(yàn)小組答辯環(huán)節(jié)，考核范圍覆蓋實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)際動(dòng)手操作能力、測(cè)試結(jié)果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及答辯表現(xiàn)等環(huán)節(jié)。專業(yè)實(shí)驗(yàn)與集成電路學(xué)科覆蓋的物理、器件、電路、系統(tǒng)等專門知識(shí)一致，同時(shí)與集成電路材料、設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試的產(chǎn)業(yè)需求相符，在培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力以及綜合創(chuàng)新能力。2.集成電路設(shè)計(jì)與制造虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐操作實(shí)驗(yàn)相結(jié)合是未來實(shí)驗(yàn)發(fā)展必然趨勢(shì)。優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中增加了“工藝”、“器件”、“集成電路設(shè)計(jì)”虛擬仿真三大實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，各個(gè)模塊既有自身的側(cè)重，又相互聯(lián)系支撐，共同通過虛擬和仿真技術(shù)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)手段，強(qiáng)化理論教學(xué)的效果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)涵蓋集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的主要環(huán)節(jié)，兼顧工藝、器件、電路等多方面的培養(yǎng)要求，具有綜合性、實(shí)用性和創(chuàng)新型的鮮明特點(diǎn)。以《氮化鎵發(fā)光二極管工藝制造與光電特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)》為例，該實(shí)驗(yàn)取材于西安電子科技大學(xué)國(guó)家級(jí)科研成果，主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為器件虛擬工藝制造、光電特性仿真。AlGaN單量子阱GaNLED器件實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的氮化鎵發(fā)光二極管可以采用AlGaN、InGaN等作為單量子阱材料，學(xué)生可以根據(jù)需要的光波波長(zhǎng)選擇相應(yīng)的量子阱材料，并可以根據(jù)需求改變器件的結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)，進(jìn)而分析器件的光電特性。在虛擬環(huán)境中完成器件的設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠更直觀地學(xué)習(xí)半導(dǎo)體集成器件的微觀結(jié)構(gòu)以及工作原理，并剖析影響器件性能的主要因素，引導(dǎo)學(xué)生逐步探索物理現(xiàn)象的本質(zhì)，巧妙地解決了由抽象到具體，理論到實(shí)踐的環(huán)節(jié)，彌補(bǔ)了工程實(shí)踐中的某些薄弱環(huán)節(jié)。此外，利用虛擬仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)此實(shí)驗(yàn)，可以克服真實(shí)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)、成本高、環(huán)境要求苛刻、危險(xiǎn)性大等弊端，使學(xué)生能夠增強(qiáng)對(duì)所學(xué)理論課程的理解和掌握[12]，增強(qiáng)學(xué)生的理解能力與邏輯思維能力，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。3.科研創(chuàng)新模塊實(shí)驗(yàn)。通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的訓(xùn)練，學(xué)生已經(jīng)具備了獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的能力以及基本的綜合創(chuàng)新能力。為了進(jìn)一步提高學(xué)生的科研創(chuàng)新思維，同時(shí)為學(xué)有余力以及科研思維活躍的學(xué)生提供更高展示能力的平臺(tái)，學(xué)院在本科實(shí)驗(yàn)中增加科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K[13]。高校的實(shí)驗(yàn)室擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，科研能力較強(qiáng)的師資隊(duì)伍，科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K充分利用實(shí)驗(yàn)室優(yōu)勢(shì)資源以及教師的科研創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)科研反哺實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)院主要通過各類科研訓(xùn)練計(jì)劃、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，在教師的指導(dǎo)下，提高學(xué)生的科研創(chuàng)新實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)科研創(chuàng)新與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相融合。以本科生的科研訓(xùn)練資助計(jì)劃（URTP）為例，URTP是在國(guó)家級(jí)和省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃的基礎(chǔ)上，采用項(xiàng)目化的運(yùn)作方式，通過設(shè)立創(chuàng)新基金和本科生資助申報(bào)的方式確定立項(xiàng)并給予資金支持，形成了全方位的本科生科研訓(xùn)練資助計(jì)劃體系，鼓勵(lì)學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成項(xiàng)目研究。該項(xiàng)科研訓(xùn)練項(xiàng)目鼓勵(lì)本科生、申請(qǐng)專利，全面提升本科生的科研創(chuàng)新能力。面向本科生的科研訓(xùn)練計(jì)劃核心是支持本科生開展科研訓(xùn)練，學(xué)生參與URTP的過程本質(zhì)上是在進(jìn)行研究性的學(xué)習(xí)，注重學(xué)生參與研究的學(xué)習(xí)過程，并鼓勵(lì)本科生產(chǎn)生一定的科研成果。該計(jì)劃為學(xué)有余力的學(xué)生提供直接參與科學(xué)研究的機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入科學(xué)前沿，了解學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)。學(xué)生通過發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)創(chuàng)新思維，積極主動(dòng)地探索知識(shí)的新領(lǐng)域，從而體驗(yàn)一種全新的研究性學(xué)習(xí)的樂趣。特別是參與科研訓(xùn)練計(jì)劃的學(xué)生可以無(wú)條件進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下自主完成項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合。4.綜合交叉融合模塊實(shí)驗(yàn)。學(xué)科之間的綜合交叉融合可以拓寬學(xué)生的思維及視野，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)力，而且對(duì)當(dāng)今高水平大學(xué)的學(xué)科協(xié)同發(fā)展和創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制的完善具有重要的意義[14-15]。實(shí)驗(yàn)中心根據(jù)半導(dǎo)體與集成電路產(chǎn)業(yè)需求，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系，增加綜合交叉融合實(shí)驗(yàn)?zāi)K，著重培養(yǎng)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的多層次、復(fù)合型、創(chuàng)新型集成電路領(lǐng)域人才。綜合交叉融合實(shí)驗(yàn)?zāi)K主要以兩種載體實(shí)現(xiàn)學(xué)科之間的融合。其一，以各類學(xué)科競(jìng)賽為載體。積極組織學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新試驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目和各類學(xué)科競(jìng)賽、豐富學(xué)生課外創(chuàng)新活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。以傳統(tǒng)競(jìng)賽項(xiàng)目全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為例，它重在于考核學(xué)生的動(dòng)手創(chuàng)新實(shí)踐能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，競(jìng)賽命題范圍廣，涉及到數(shù)模集成電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)、電源、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及人工智能等方面的知識(shí)點(diǎn)。這勢(shì)必要求帶隊(duì)教練根據(jù)自身專業(yè)所長(zhǎng)對(duì)參賽學(xué)生進(jìn)行專門的單項(xiàng)實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)生在掌握基本原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體題目將不同學(xué)科知識(shí)綜合交叉運(yùn)用解決實(shí)際問題。其二，以學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)或者科研訓(xùn)練項(xiàng)目為載體，開展學(xué)科之間的交叉融合項(xiàng)目。以本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目“硅基二極管可重構(gòu)偶極子天線關(guān)鍵技術(shù)研究”為例，此項(xiàng)目屬于半導(dǎo)體與微波通訊的交叉結(jié)合課題，研究此課題必須掌握半導(dǎo)體器件物理、固體物理、半導(dǎo)體工藝制造等方面的數(shù)理基礎(chǔ)知識(shí)，此外，必須熟悉微波通訊中等離子體與微波的相互關(guān)系以及天線的工作原理?；诎雽?dǎo)體硅基二極管構(gòu)成的偶極子天線具有傳統(tǒng)金屬天線無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，即體積小，且天線在沒有激發(fā)的狀態(tài)下，雷達(dá)散射截面可以忽略不計(jì)，具有隱身的性能；不改變物理結(jié)構(gòu)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)；輻射方向范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。這種交叉融合的新型天線為雷達(dá)與通訊系統(tǒng)性能的提升提供了一條有效的技術(shù)路徑。優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)體系中通過增加綜合交叉融合實(shí)驗(yàn)?zāi)K的比重，實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相融合，不僅顯著提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐動(dòng)手能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力，而且產(chǎn)出了一系列具有影響的交叉創(chuàng)新成果，學(xué)科綜合優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步提高，學(xué)科整體水平和創(chuàng)新活力顯著提升。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系成效

通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及增加科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K與綜合交叉融合實(shí)驗(yàn)?zāi)K的比重，不斷深化實(shí)踐教學(xué)改革和完善實(shí)踐教學(xué)體系，從而切實(shí)提高了大學(xué)生的工程實(shí)踐動(dòng)手能力。截至目前，國(guó)家級(jí)集成電路設(shè)計(jì)與制造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心擁有Silvaco、Synopsys、Cadence、Mentor等公司授權(quán)和自主研發(fā)的軟件多套，擁有23臺(tái)高性能計(jì)算服務(wù)器和300多臺(tái)PC機(jī)，可實(shí)現(xiàn)年150000人/時(shí)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。學(xué)院在3大模塊9個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)上，開設(shè)了52個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均對(duì)本科生開放，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。而且，學(xué)院已經(jīng)與國(guó)內(nèi)多家知名企業(yè)建立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，累計(jì)共派出200余人前往合作企業(yè)（院所），例如英飛凌、意法半導(dǎo)體、應(yīng)用材料、德州儀器等國(guó)際知名微電子企業(yè)進(jìn)行實(shí)習(xí)。企業(yè)為前來實(shí)習(xí)的學(xué)生提供與專業(yè)相關(guān)的實(shí)習(xí)崗位，并指派實(shí)習(xí)導(dǎo)師，與校內(nèi)導(dǎo)師共同協(xié)助指導(dǎo)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。同時(shí)，企業(yè)還在校內(nèi)設(shè)立專項(xiàng)獎(jiǎng)學(xué)金并贈(zèng)送先進(jìn)的儀器設(shè)備與軟件，并提供培訓(xùn)課程，使得學(xué)生可以了解目前業(yè)界最先進(jìn)的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)理念、方法、工具以及實(shí)例，對(duì)專業(yè)知識(shí)有更直觀更深入的認(rèn)識(shí)。在學(xué)生科技創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)方面，優(yōu)化后的“四位一體”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系實(shí)施后，學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)能力得到極大的提升。以國(guó)家、省部級(jí)各類學(xué)科競(jìng)賽為平臺(tái)，對(duì)大學(xué)生進(jìn)行課外創(chuàng)新、實(shí)踐能力培養(yǎng)。學(xué)生科技成果豐碩、學(xué)科競(jìng)賽喜獲佳績(jī)，圖4為新舊實(shí)驗(yàn)體系（2013年與2017年）學(xué)生科技創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)成果比較分析。此外，在新的實(shí)驗(yàn)體系實(shí)施后，學(xué)生獲獎(jiǎng)的級(jí)別也在逐年上升。以2018年為例，獲得國(guó)家級(jí)別獎(jiǎng)項(xiàng)有：獲得2018年美國(guó)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽國(guó)際一等獎(jiǎng)13人，國(guó)際二等獎(jiǎng)10人；獲得2018年中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽全國(guó)二等獎(jiǎng)5人，第四屆中國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國(guó)金獎(jiǎng)2人，全國(guó)大學(xué)生嵌入式系統(tǒng)專題邀請(qǐng)賽國(guó)家一等獎(jiǎng)1人，全國(guó)大學(xué)生瑞薩杯信息科技前沿專題邀請(qǐng)賽國(guó)家三等獎(jiǎng)1人。創(chuàng)業(yè)方面，實(shí)驗(yàn)中心成功培育孵化學(xué)生創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目8項(xiàng)，目前實(shí)現(xiàn)PreA輪融資企業(yè)2項(xiàng)，天使投資項(xiàng)目2項(xiàng)，企業(yè)估值約2.5億元。數(shù)據(jù)表明，“四位一體”實(shí)驗(yàn)體系實(shí)施后能夠給學(xué)生提供更多的工程實(shí)踐機(jī)會(huì)，學(xué)生的科技創(chuàng)新獲獎(jiǎng)不僅種類與數(shù)量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)，而且獲獎(jiǎng)質(zhì)量得到進(jìn)一步提升。

三、結(jié)束語(yǔ)

1確立研究型實(shí)踐教學(xué)模式的必要性

集成電路設(shè)計(jì)實(shí)踐主要是提供學(xué)生一個(gè)實(shí)踐平臺(tái)，采用先進(jìn)的集成電路仿真軟件，將書本上的知識(shí)采用模擬的方法進(jìn)行加深理解。實(shí)踐內(nèi)容既是電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及課程設(shè)計(jì)中所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，又是與最前沿科技緊密聯(lián)系的。而傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)，也缺乏與前沿科技的聯(lián)系，因此需要進(jìn)行教學(xué)改革的探討和實(shí)踐。隨著教育改革的不斷深入，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)中“以教師為中心”、“以灌輸為主要方式”的教學(xué)模式已無(wú)法適應(yīng)時(shí)代的要求。先進(jìn)的教學(xué)模式是人才培養(yǎng)的關(guān)鍵措施。研究型教學(xué)模式，又稱為研討式教學(xué)模式，是指教師以課程內(nèi)容和學(xué)生的知識(shí)積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)、自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，以學(xué)生為中心，以知識(shí)掌握為基礎(chǔ)，以能力培養(yǎng)為主線，以提高素質(zhì)為目的的一種新模式。集成電路設(shè)計(jì)實(shí)踐同樣需要采用先進(jìn)的教學(xué)方式，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)研究型IC設(shè)計(jì)人才。

2研究型實(shí)踐教學(xué)模式的作用分析

集成電路設(shè)計(jì)實(shí)踐引入研究型實(shí)踐教學(xué)模式，可以使相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)學(xué)有所用，不僅學(xué)習(xí)了集成電路設(shè)計(jì)的軟件知識(shí)，同時(shí)可以將課堂的理論知識(shí)通過工藝模型、電路設(shè)計(jì)、仿真方法來復(fù)現(xiàn)，從而更深入的理解理論知識(shí)，而且可以通過一些電路實(shí)例來解釋生活中的一些現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。集成電路設(shè)計(jì)是實(shí)踐性很強(qiáng)的一個(gè)方向，要求將工藝、器件、電路、版圖四個(gè)方面的理論課程融會(huì)貫通，而傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)旨在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)軟件的認(rèn)識(shí)，忽略對(duì)理論內(nèi)容的加深與貫通。通過研究型實(shí)踐教學(xué)模式的開展，可以在保證教學(xué)大綱不變的前提下，通過選擇適用性較強(qiáng)的實(shí)踐內(nèi)容，使學(xué)生一方面能夠?qū)⒏鏖T理論課的知識(shí)加深及貫通，另一方面可以使學(xué)生接觸到用人單位感興趣的課題內(nèi)容，有利于學(xué)生加強(qiáng)實(shí)踐的動(dòng)力和持續(xù)進(jìn)步。通過研究型實(shí)踐，對(duì)學(xué)校而言，可以培養(yǎng)更優(yōu)秀學(xué)生；對(duì)學(xué)生而言，可以掌握前沿知識(shí)、促進(jìn)就業(yè)。研究型實(shí)踐成果的實(shí)現(xiàn)為學(xué)生的晉升、發(fā)展提供支持。學(xué)生的實(shí)踐研究成果如能公開發(fā)表或獲獎(jiǎng)，能解決實(shí)際工作中的問題，這無(wú)形中為學(xué)生在工作崗位上的晉升、發(fā)展增加籌碼。這在最大程度上激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐興趣，是其他任何實(shí)踐模式都不可比擬的。同時(shí)，研究型實(shí)踐教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生多看文獻(xiàn)、多寫總結(jié)報(bào)告，這也為學(xué)生撰寫本科畢業(yè)論文打下良好的基礎(chǔ)。

3研究型實(shí)踐教學(xué)模式的具體實(shí)施

3．1課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化

摘要：集成電路設(shè)計(jì)是一項(xiàng)理論基礎(chǔ)要求高、綜合性和系統(tǒng)性強(qiáng)、涉及面較廣的任務(wù)，離不開計(jì)算機(jī)軟件的輔助。開設(shè)《集成電路CAD》課程，有利于提高學(xué)生的實(shí)踐能力、加深對(duì)專業(yè)課程的理解，是系統(tǒng)培養(yǎng)集成電路人才的有效手段之一。針對(duì)課程內(nèi)容抽象的特點(diǎn)，在課堂教學(xué)時(shí)需通過融入行業(yè)前沿信息、設(shè)計(jì)案例，合理設(shè)置隨堂練習(xí)題、討論題以及課后習(xí)題等一系列內(nèi)容，豐富教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)造直觀生動(dòng)的課堂氛圍，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。針對(duì)實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，通過分組進(jìn)行課題設(shè)計(jì)、逐一開展設(shè)計(jì)報(bào)告、加重實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核比重等方法，可以培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維、提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。

關(guān)鍵詞：集成電路；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；教學(xué)方法；實(shí)踐訓(xùn)練

一、引言

隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，信息的存儲(chǔ)和處理能力得到了爆炸式提升，使得信息技術(shù)（IT，Infor-mationTechnology）時(shí)代已升級(jí)到數(shù)據(jù)技術(shù)（DT，DateTechnology）時(shí)代。進(jìn)入21世紀(jì)的第二個(gè)十年，信息技術(shù)已深入人們生產(chǎn)、生活中的方方面面，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的支柱作用愈發(fā)凸顯。作為信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和關(guān)鍵的集成電路產(chǎn)業(yè)，在這個(gè)階段也迎來了快速發(fā)展。從芯片特征尺寸的角度來看，從2010年的65nm發(fā)展到了2018年的7nm；從芯片功能和性能的角度來看，越來越多的電路模塊被集成到芯片中，片上系統(tǒng)（SoC，SystemonChip）越來越智能，自2017年起，蘋果公司和華為公司的SoC都集成有神經(jīng)處理單元（NPU，NeuralProcessingUnit）；從市場(chǎng)分布的角度來看，亞太地區(qū)（尤其是中國(guó)）是全球規(guī)模最大的集成電路市場(chǎng)，市場(chǎng)需求將繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)[1]，但市場(chǎng)份額主要被美、歐、日、韓等國(guó)家或地區(qū)的少數(shù)跨國(guó)公司所占有。芯片是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的象征，沒有芯片就沒有電子世界，更沒有21世紀(jì)的制造設(shè)計(jì)大國(guó)[2]。我國(guó)雖然擁有龐大的集成電路市場(chǎng)，但尖端核心技術(shù)均掌握在少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家手上，隨時(shí)有被“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)，2018年初的“中興事件”就是一個(gè)典型的例子。產(chǎn)業(yè)的振興首先要從培養(yǎng)人才開始，集成電路設(shè)計(jì)是知識(shí)密集型行業(yè)，需要培養(yǎng)專門的設(shè)計(jì)人才。集成電路的CAD（ComputerAidedDesign，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）技術(shù)幾乎是伴隨著集成電路產(chǎn)品的產(chǎn)生而出現(xiàn)的，雖然數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)方法已從CAD演進(jìn)到EDA（ElectronicDesignAutomation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化），但是模擬和數(shù)模混合集成電路的設(shè)計(jì)目前還是采用CAD技術(shù)。在高等教育院校的相關(guān)專業(yè)中開設(shè)“集成電路CAD”課程，加強(qiáng)設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)和設(shè)計(jì)實(shí)例訓(xùn)練，是系統(tǒng)培養(yǎng)集成電路人才的有效手段之一，有利于提高學(xué)生的實(shí)踐能力、加深對(duì)專業(yè)課程的理解。

二、教學(xué)內(nèi)容安排

《集成電路CAD》是“電子科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)高年級(jí)本科生的關(guān)鍵專業(yè)課程之一，主要覆蓋模擬及數(shù)?；旌霞呻娐奉I(lǐng)域。在學(xué)習(xí)該門課程之前學(xué)生需具備《模擬電子技術(shù)》《數(shù)字電子技術(shù)》《半導(dǎo)體器件物理》《微電子工藝》《集成電路分析與設(shè)計(jì)》等專業(yè)課程基礎(chǔ)。本課程的教學(xué)內(nèi)容有兩個(gè)部分：一是課堂教學(xué)，共16學(xué)時(shí)。其中概論部分2學(xué)時(shí)，主要講述集成電路的概念、發(fā)展歷史及現(xiàn)狀、集成電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀、集成電路的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)流程、集成電路CAD的主要內(nèi)容等；用2個(gè)學(xué)時(shí)溫習(xí)集成電路制造技術(shù)；專用集成電路的CAD設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)實(shí)例講解共安排4個(gè)學(xué)時(shí)；CAD電路分析基礎(chǔ)、電路元/器件模型各占2個(gè)學(xué)時(shí)；集成電路的版圖設(shè)計(jì)、版圖驗(yàn)證及后仿真各占2個(gè)學(xué)時(shí)。二是課程設(shè)計(jì)報(bào)告，共16學(xué)時(shí)。在開學(xué)第一課上做出安排，由班長(zhǎng)或?qū)W習(xí)委員組織學(xué)生分組，5—7人一組，指定一名組長(zhǎng)。每個(gè)小組從集成運(yùn)算放大器、電壓基準(zhǔn)源、集成電壓比較器、振蕩器、低壓差線性穩(wěn)壓器、開關(guān)電容電路、全定制邏輯電路（50門以上）以及其他方面選擇一個(gè)設(shè)計(jì)課題，從開學(xué)第一周開始利用課余時(shí)間查閱資料，開展電路設(shè)計(jì)和仿真、版圖設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作。同一小組中的同學(xué)在選定應(yīng)用領(lǐng)域和設(shè)定電路指標(biāo)參數(shù)時(shí)要體現(xiàn)出差異。從9—16周，各個(gè)小組陸續(xù)開展課程設(shè)計(jì)報(bào)告，每次課（2個(gè)學(xué)時(shí)）匯報(bào)一個(gè)課題。首先由組長(zhǎng)介紹所選課題的基本情況，每一位同學(xué)補(bǔ)充介紹自己的設(shè)計(jì)和組內(nèi)其他同學(xué)的差異，采用“PPT展示+CAD軟件操作”的組合匯報(bào)模式。

摘要:以黑龍江大學(xué)為例，對(duì)基于翻轉(zhuǎn)課堂的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行研究。目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法有待改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)課程考核機(jī)制單一，應(yīng)通過課堂翻轉(zhuǎn)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容和模式進(jìn)行改革，完善考核機(jī)制，注重學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，深層次理解所學(xué)知識(shí)，提高實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞:翻轉(zhuǎn)課堂;數(shù)字集成電路設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新型教學(xué)模式，它的核心理念是學(xué)生在進(jìn)行某一課程學(xué)習(xí)時(shí)，將課堂時(shí)間與課下時(shí)間翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而提高課堂時(shí)間利用率。這種教學(xué)模式翻轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)的教學(xué)理念、教學(xué)流程及教學(xué)參與者的角色，可以在很大程度上提高課堂時(shí)間利用率，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生討論、分析和解決問題的能力［1］。隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式無(wú)法完全適應(yīng)當(dāng)前集成電路人才培養(yǎng)的要求。擬從黑龍江大學(xué)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程為切入點(diǎn)，研究基于翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，以培養(yǎng)具有扎實(shí)專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能、創(chuàng)新精神的人才為目標(biāo)，致力于為黑龍江大學(xué)在滿足社會(huì)需求的高校人才培養(yǎng)方案的制定與實(shí)施歷程中探索行之有效的方法。

1數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)課程為黑龍江大學(xué)集成電路專業(yè)學(xué)生本科階段的必修課。傳統(tǒng)的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程可使學(xué)生加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，熟練軟件使用過程，增強(qiáng)動(dòng)手操作能力，但還存在如下三方面問題:A.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法有待改進(jìn)。在傳統(tǒng)的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，上課前，學(xué)生基本不了解實(shí)驗(yàn)儀器和軟件，也不清楚實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容。課程開始后，教師需要把相應(yīng)理論知識(shí)、儀器操作和軟件使用等內(nèi)容一一講授清楚，在有限學(xué)時(shí)內(nèi)，更多的講授時(shí)間就壓縮了學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和探索更深入問題的時(shí)間，不利于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。B.實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單。目前，黑龍江大學(xué)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容較為基礎(chǔ)，基本單元電路的設(shè)計(jì)仿真占比較大，開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不多。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要涉及比較器、編碼器和加法器等基礎(chǔ)門電85路的仿真，學(xué)生使用ModelSim軟件通過Verilog語(yǔ)言編寫相應(yīng)電路的網(wǎng)表，然后編寫對(duì)應(yīng)testbench文件并進(jìn)行仿真驗(yàn)證所寫電路網(wǎng)表功能的正確性。這類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生熟練掌握編程語(yǔ)言和軟件使用，并加深對(duì)基本單元電路的理解，但內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于學(xué)生設(shè)計(jì)綜合能力的進(jìn)一步培養(yǎng)還有所欠缺。C.實(shí)驗(yàn)課程考核機(jī)制單一。傳統(tǒng)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的考核成績(jī)只做為其理論課程總成績(jī)的一小部分。黑龍江大學(xué)的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的考核形式一般為學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)課程中是否完成了幾項(xiàng)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成后所得成績(jī)的疊加即為該門實(shí)驗(yàn)課程的總成績(jī)。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有固定性和同一性，成績(jī)較好的學(xué)生快速完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后難于進(jìn)一步進(jìn)行探索研究，這種簡(jiǎn)單的考核方式無(wú)法很好反映出學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)技能的梯度，也不利于學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新型思維進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，阻礙了學(xué)生的實(shí)踐能力發(fā)展。

2基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的改革探索

一、企業(yè)對(duì)IC版圖設(shè)計(jì)的要求分析

集成電路設(shè)計(jì)公司在招聘版圖設(shè)計(jì)員工時(shí)，除了對(duì)員工的個(gè)人素質(zhì)和英語(yǔ)的應(yīng)用能力等要求之外，大部分是考查專業(yè)應(yīng)用的能力。一般都會(huì)對(duì)新員工做以下要求：熟悉半導(dǎo)體器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成電路制造工藝；熟悉集成電路（數(shù)字、模擬）設(shè)計(jì)，了解電路原理，設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)；熟悉Foundry廠提供的工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)規(guī)則；掌握主流版圖設(shè)計(jì)和版圖驗(yàn)證相關(guān)EDA工具；完成手工版圖設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設(shè)計(jì)人員除了懂得IC設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí)，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關(guān)知識(shí)[3]。正因?yàn)槠湫枰莆盏闹R(shí)面廣，而國(guó)內(nèi)學(xué)校開設(shè)這方面專業(yè)比較晚，IC版圖設(shè)計(jì)工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師，就成為各設(shè)計(jì)公司和獵頭公司爭(zhēng)相角逐的人才[4，5]。

二、針對(duì)企業(yè)要求的版圖設(shè)計(jì)教學(xué)規(guī)劃

1.數(shù)字版圖設(shè)計(jì)。數(shù)字集成電路版圖設(shè)計(jì)是由自動(dòng)布局布線工具結(jié)合版圖驗(yàn)證工具實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)布局布線工具加載準(zhǔn)備好的由verilog程序經(jīng)過DC綜合后的網(wǎng)表文件與Foundry提供的數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫(kù)文件和I/O的庫(kù)文件，它包括物理庫(kù)、時(shí)序庫(kù)、時(shí)序約束文件。在數(shù)字版圖設(shè)計(jì)時(shí)，一是熟練使用自動(dòng)布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學(xué)校開設(shè)這門課程，可以推薦學(xué)生自學(xué)或是參加專業(yè)培訓(xùn)。二是數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫(kù)的設(shè)計(jì)，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫(kù)，因此對(duì)于初學(xué)者而言設(shè)計(jì)好標(biāo)準(zhǔn)單元版圖使其符合行業(yè)規(guī)范至關(guān)重要。2.模擬版圖設(shè)計(jì)。在模擬集成電路設(shè)計(jì)中，無(wú)論是CMOS還是雙極型電路，主要目標(biāo)并不是芯片的尺寸，而是優(yōu)化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問題。作為版圖設(shè)計(jì)者，更關(guān)心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關(guān)系，應(yīng)當(dāng)知道為什么差分對(duì)需要匹配，應(yīng)當(dāng)知道有關(guān)信號(hào)流、降低寄生參數(shù)、電流密度、器件方位、布線等需要考慮的問題。模擬版圖是在注重電路性能的基礎(chǔ)上去優(yōu)化尺寸的，面積在某種程度上說仍然是一個(gè)問題，但不再是壓倒一切的問題。在模擬電路版圖設(shè)計(jì)中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)師作為前端電路設(shè)計(jì)師的助手，經(jīng)常需要與前端工程師交流，看是否需要版圖匹配、布線是否合理、導(dǎo)線是否有大電流流過等，這就要求版圖設(shè)計(jì)師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。3.逆向版圖設(shè)計(jì)。集成電路逆向設(shè)計(jì)其實(shí)就是芯片反向設(shè)計(jì)。它是通過對(duì)芯片內(nèi)部電路的提取與分析、整理，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片技術(shù)原理、設(shè)計(jì)思路、工藝制造、結(jié)構(gòu)機(jī)制等方面的深入洞悉。因此，對(duì)工藝了解的要求更高。反向設(shè)計(jì)流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗(yàn)證、電路調(diào)整、版圖提取整理、版圖繪制驗(yàn)證及后仿真等。設(shè)計(jì)公司對(duì)反向版圖設(shè)計(jì)的要求較高，版圖設(shè)計(jì)工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設(shè)計(jì)師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元電路工作原理。

三、教學(xué)實(shí)現(xiàn)

1.數(shù)字版圖。數(shù)字集成電路版圖在教學(xué)時(shí)，一是掌握自動(dòng)布局布線工具的使用，還需要對(duì)UNIX或LINUX系統(tǒng)熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是數(shù)字邏輯單元版圖的設(shè)計(jì)，目前數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)大都采用CMOS工藝，因此，必須深入學(xué)習(xí)CMOS工藝流程。在教學(xué)時(shí)，可以做個(gè)形象的PPT，空間立體感要強(qiáng)，使學(xué)生更容易理解CMOS工藝的層次、空間感。邏輯單元版圖具體教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)采用上機(jī)操作并配備投影儀，教師一邊講解電路和繪制版圖，一邊講解軟件的操作、設(shè)計(jì)規(guī)則、畫版圖步驟、注意事項(xiàng)，學(xué)生跟著一步一步緊隨教師演示學(xué)習(xí)如何畫版圖，同時(shí)教師可適當(dāng)調(diào)整教學(xué)速度，適時(shí)停下來檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，若有錯(cuò)加以糾正。這樣，教師一個(gè)單元版圖講解完畢，學(xué)生亦完成一個(gè)單元版圖。亦步亦趨、步步跟隨，學(xué)生的注意力更容易集中，掌握速度更快。課堂講解完成后，安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)以鞏固所學(xué)。邏輯單元版圖教學(xué)內(nèi)容安排應(yīng)當(dāng)采用目前常用的單元，并具有代表性、擴(kuò)展性，使學(xué)生可以舉一反三，擴(kuò)展到整個(gè)單元庫(kù)。具體單元內(nèi)容安排如反相器、與非門/或非門、選擇器、異或門/同或門、D觸發(fā)器與SRAM等。在教授時(shí)一定要注意符合行業(yè)規(guī)范，比如單元的高度、寬度的確定要符合自動(dòng)布局布線的要求；單元版圖一定要最小化，如異或門與觸發(fā)器等常使用傳輸門實(shí)現(xiàn)，繪制版圖時(shí)注意晶體管源漏區(qū)的合并；大尺寸晶體管的串并聯(lián)安排合理等。2.模擬版圖。模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)更注重電路的性能實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常需要與前端電路設(shè)計(jì)工程師交流。因此，版圖教學(xué)時(shí)教師須要求學(xué)生掌握模擬集成電路的基本原理，學(xué)生能識(shí)CMOS模擬電路，與前端電路工程師交流無(wú)障礙。同時(shí)也要求學(xué)生掌握工藝對(duì)模擬版圖的影響，熟練運(yùn)用模擬版圖的晶體管匹配、保護(hù)環(huán)、Dummy晶體管等關(guān)鍵技術(shù)。在教學(xué)方法上，依然采用數(shù)字集成電路版圖的教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的同步。在內(nèi)容安排上，一是以運(yùn)算放大器為例，深入講解差分對(duì)管、電流鏡、電容的匹配機(jī)理，版圖匹配時(shí)結(jié)構(gòu)采用一維還是二維，具體是如何布局的，以及保護(hù)環(huán)與dummy管版圖繪制技術(shù)。二是以帶隙基準(zhǔn)電壓源為例，深入講解N阱CMOS工藝下雙極晶體管PNP與電阻匹配的版圖繪制技術(shù)。在教學(xué)時(shí)需注意晶體管與電阻并聯(lián)拆分的合理性、電阻與電容的類型與計(jì)算方法以及布線的規(guī)范性。3.逆向版圖設(shè)計(jì)。逆向集成電路版圖設(shè)計(jì)需要學(xué)生掌握數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元的命名規(guī)范、所有標(biāo)準(zhǔn)單元電路結(jié)構(gòu)、常用模擬電路的結(jié)構(gòu)以及芯片的工藝，要求學(xué)生熟悉模擬和數(shù)字集成單元電路。這樣才可以在逆向提取電路與版圖時(shí)，做到準(zhǔn)確無(wú)誤。教學(xué)方法同樣還是采用數(shù)字集成電路版圖教學(xué)流程，達(dá)到學(xué)以致用。教學(xué)內(nèi)容當(dāng)以一個(gè)既含數(shù)字電路又含模擬電路的芯片為例。為了提取數(shù)字單元電路，需講解foundry提供的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)里的單元電路與命名規(guī)范。在提取單元電路教學(xué)時(shí)，說明數(shù)字電路需要?dú)w并同類圖形，例如與非門、或非門、觸發(fā)器等，同樣的圖形不要分析多次。強(qiáng)調(diào)學(xué)生注意電路的共性、版圖布局與布線的規(guī)律性，做到熟能生巧。模擬電路的提取與版圖繪制教學(xué)要求學(xué)生掌握模擬集成電路常用電路結(jié)構(gòu)與工作原理，因?yàn)槟嫦蛟O(shè)計(jì)軟件提出的元器件符號(hào)應(yīng)該按照易于理解的電路整理，使其他人員也能看出你提取電路的功能，做到準(zhǔn)確通用規(guī)范性。集成電路版圖設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)面向企業(yè)，按照企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)工程師的要求來安排教學(xué)，做到教學(xué)與實(shí)踐的緊密結(jié)合。從教學(xué)開始就向?qū)W生灌輸IC行業(yè)知識(shí)，定位準(zhǔn)確，學(xué)生明確自己應(yīng)該掌握哪些相關(guān)知識(shí)。本文從集成電路數(shù)字版圖、模擬版圖和逆向設(shè)計(jì)版圖這三個(gè)方面就如何開展教學(xué)可以滿足企業(yè)對(duì)版圖工程師的要求展開探討，安排教學(xué)有針對(duì)性。在教學(xué)方法與內(nèi)容上做了分析探討，力求讓學(xué)生在畢業(yè)后可以順利進(jìn)入IC行業(yè)做出努力。

摘要:以“立德樹人”和“新工科”理念為指導(dǎo)，樹立以學(xué)生為中心，優(yōu)化課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，將虛擬仿真、項(xiàng)目式教學(xué)和校企協(xié)作育人等教學(xué)模式有機(jī)融入課程體系建設(shè)，構(gòu)建鏈條式的課程知識(shí)地圖和由價(jià)值觀塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)組成的閉合回路，打破了傳統(tǒng)觀念束縛和時(shí)空限制，推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)與微電子工藝教學(xué)的深度融合，提升學(xué)生知識(shí)應(yīng)用和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)專業(yè)責(zé)任感和家國(guó)情懷。

關(guān)鍵詞:課程改革;新工科;課程思政;微電子工藝技術(shù)

1傳統(tǒng)培養(yǎng)模式存在的問題

微電子工藝技術(shù)是實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件和集成電路的制備技術(shù)，主要包括襯底制備、外延生長(zhǎng)、氧化、擴(kuò)散、離子注入、薄膜淀積、光刻和刻蝕等單項(xiàng)工藝，以及針對(duì)不同器件和電路開發(fā)的完整工藝流程。由于涉及物理、化學(xué)和機(jī)械電子等多學(xué)科，內(nèi)容繁雜，涉及面廣［3－4］?！拔㈦娮庸に嚰夹g(shù)”課程是一門注重實(shí)踐操作的綜合型課程。受傳統(tǒng)觀念和實(shí)驗(yàn)條件的限制，傳統(tǒng)培養(yǎng)模式存在以下問題:

1．1教學(xué)內(nèi)容陳舊，未來技術(shù)引領(lǐng)乏力

眾所周知，微電子技術(shù)的發(fā)展長(zhǎng)期遵循摩爾定律，即工藝節(jié)點(diǎn)大約每隔兩年更新一代。隨著特征尺寸進(jìn)入納米時(shí)代，新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)［5］，例如浸沒式光刻、極紫外(EUV)光源等。當(dāng)前5nm工藝節(jié)點(diǎn)已進(jìn)入量產(chǎn)，而微電子工藝的教材內(nèi)容還處在亞微米時(shí)代，嚴(yán)重滯后于技術(shù)發(fā)展，缺乏對(duì)未來技術(shù)的引領(lǐng)。

第一章總則

第一條為了加快*軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展，根據(jù)《鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》，結(jié)合本市實(shí)際情況，制定本規(guī)定。

第二條按照其有關(guān)部門規(guī)定，經(jīng)認(rèn)定的軟件企業(yè)和集成電路企業(yè)，除享受《若干政策》、國(guó)家及本市支持高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策外，同時(shí)執(zhí)行本政策規(guī)定。

第三條本市軟件企業(yè)和集成電路企業(yè)的認(rèn)定機(jī)構(gòu)和認(rèn)定程序，由市信息辦會(huì)同市計(jì)委、市經(jīng)委、市科委、市外經(jīng)貿(mào)委、市教委、市財(cái)政局、市質(zhì)量技監(jiān)局等部門按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定確定。

第二章軟件產(chǎn)業(yè)

第四條由市政府安排5億元軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金，支持軟件產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、重點(diǎn)軟件項(xiàng)目、軟件技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化,并為相關(guān)國(guó)家項(xiàng)目提供匹配資金。

摘要：針對(duì)目前微電子培養(yǎng)方案滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，闡述微電子學(xué)科及專業(yè)的特點(diǎn)，提出了專業(yè)培養(yǎng)方向應(yīng)有所側(cè)重的應(yīng)對(duì)方案，抓住芯片設(shè)計(jì)這一行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)鍵因素，匹配企業(yè)對(duì)芯片人才的需求。同時(shí)，探討加強(qiáng)具備產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的“雙師”型師資建設(shè)，并對(duì)傳統(tǒng)的課程設(shè)置進(jìn)行梳理和根本性調(diào)整，形成方向特色，從而適應(yīng)集成電路新工科的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)需求。

關(guān)鍵詞：微電子學(xué)，人才培養(yǎng)，芯片產(chǎn)業(yè)

最近工信部與教育部等部門提出推進(jìn)設(shè)立集成電路一級(jí)學(xué)科[1]，進(jìn)一步做實(shí)做強(qiáng)示范性微電子學(xué)院，加快建設(shè)集成電路產(chǎn)教融合協(xié)同育人平臺(tái)等措施。這說明從主管部門到教育、科技和產(chǎn)業(yè)界，都普遍關(guān)心微電子集成電路的人才培養(yǎng)問題，本文就微電子學(xué)科及專業(yè)的界定、產(chǎn)業(yè)需求和人才培養(yǎng)方向提出一管之見。

1微電子學(xué)科專業(yè)的重新界定

我國(guó)微電子專業(yè)開始于1950年代，學(xué)科名稱為半導(dǎo)體器件與物理，這個(gè)名稱與當(dāng)時(shí)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相契合。后來隨著集成電路的發(fā)展，學(xué)科名稱定為微電子學(xué)與固體電子學(xué)。之后，集成電路發(fā)展到超大規(guī)模階段，一個(gè)芯片就是一個(gè)系統(tǒng)，微電子學(xué)科專業(yè)的定義已經(jīng)滯后于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。以芯片設(shè)計(jì)為例，產(chǎn)業(yè)界更需要組合型人才（系統(tǒng)+微電子設(shè)計(jì)），導(dǎo)致有些企業(yè)寧愿招聘計(jì)算機(jī)、通信、軟件等專業(yè)畢業(yè)生。但這些人員又缺乏微電子專業(yè)基礎(chǔ)，從事芯片設(shè)計(jì)也受專業(yè)知識(shí)不足的限制。集成電路一級(jí)學(xué)科的設(shè)立及示范性微電子學(xué)院的實(shí)施，首先要認(rèn)真考慮學(xué)科和專業(yè)界定。集成電路產(chǎn)業(yè)鏈涉及工藝、設(shè)備、材料、封裝、設(shè)計(jì)、EDA工具、單元庫(kù)等方方面面，諸如設(shè)備和EDA工具等，與其他專業(yè)（如精密儀器、光學(xué)、機(jī)械制造和計(jì)算機(jī)等）有著更密切的聯(lián)系。因此，微電子學(xué)科方向應(yīng)有所取舍，主要以微電子器件物理（含材料及相關(guān)基礎(chǔ)研究），集成電路工藝，集成電路設(shè)計(jì)作為二級(jí)學(xué)科。我國(guó)目前各高校的微電子專業(yè)實(shí)際上都是側(cè)重微電子器件物理性質(zhì)，這一方面相對(duì)有優(yōu)勢(shì)，所以可以單獨(dú)保留這個(gè)方向。另一方面，要極大地加強(qiáng)集成電路工藝和集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)兩方向。此外，還要注意到集成電路工藝和芯片設(shè)計(jì)嚴(yán)格地說并不是一個(gè)專業(yè)。就像出版社和印刷廠其實(shí)是分屬兩個(gè)不同的行業(yè)和部門。現(xiàn)在普遍把兩個(gè)方向混淆為一個(gè)專業(yè)，導(dǎo)致學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)難以深入，缺乏工藝和設(shè)計(jì)的訓(xùn)練與實(shí)踐，與產(chǎn)業(yè)界的需求脫節(jié)。芯片行業(yè)的現(xiàn)狀是芯片設(shè)計(jì)公司和制造公司都是分開的，全球只有極少數(shù)幾個(gè)公司既有設(shè)計(jì)，也有制造（如Intel,Samsung），但即使這些公司，其設(shè)計(jì)和制造都有單獨(dú)的子公司運(yùn)營(yíng)。99%的設(shè)計(jì)公司是沒有制造的，都是委托專業(yè)的芯片制造公司進(jìn)行生產(chǎn)。鑒于集成電路工藝和芯片設(shè)計(jì)從專業(yè)培養(yǎng)角度看區(qū)別極大，再考慮到高校微電子工藝實(shí)驗(yàn)條件越來越跟不上產(chǎn)業(yè)先進(jìn)的工藝（見下節(jié)），我們建議大部分微電子學(xué)科應(yīng)以芯片設(shè)計(jì)為主要方向。這也是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國(guó)近年來嚴(yán)重缺“芯”的狀況都源于設(shè)計(jì)能力的不足，芯片設(shè)計(jì)是我國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)目前最需要重視的環(huán)節(jié)。因?yàn)樾酒_發(fā)單位才擁有芯片的所有權(quán)，終端企業(yè)是向設(shè)計(jì)公司購(gòu)買芯片而不是向加工工廠購(gòu)買，加工廠只有自行開發(fā)的芯片才自行銷售。芯片設(shè)計(jì)是集成電路行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)，只有具備了基本的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和芯片設(shè)計(jì)能力，其他環(huán)節(jié)包括先進(jìn)的工藝、設(shè)備和設(shè)計(jì)工具才起作用。長(zhǎng)期以來，這個(gè)簡(jiǎn)單的道理卻被忽略了。當(dāng)然微電子工藝方向也重要，但由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，需采取專門的措施，集中建設(shè)少數(shù)有條件的單位，辦成與產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合、保持足夠先進(jìn)性和開放性的研發(fā)中心和培訓(xùn)中心。好在微電子工藝與微電子器件物理基礎(chǔ)教學(xué)關(guān)聯(lián)度比較大，這兩個(gè)方向可以采用相似的教學(xué)大綱，再充分利用虛擬仿真的手段，與基礎(chǔ)的原理性實(shí)驗(yàn)部分結(jié)合，加強(qiáng)工藝課程的教學(xué)效果，深化對(duì)工藝原理的認(rèn)識(shí)。

2實(shí)驗(yàn)條件和師資建設(shè)

1發(fā)揮省實(shí)訓(xùn)基地作用,提升學(xué)生核心能力

“集成電路版圖設(shè)計(jì)”、“微電子工藝及管理”、“半導(dǎo)體設(shè)備維護(hù)”為微電子技術(shù)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的核心工作崗位.在省實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)中，建立了IC版圖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室、微電子材料及器件工藝實(shí)驗(yàn)室和IC封裝測(cè)試實(shí)驗(yàn)室.依托省實(shí)訓(xùn)基地，瞄準(zhǔn)本專業(yè)的核心工作崗位需求，進(jìn)行本專業(yè)的新技術(shù)、新工藝、新材料等實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生在校期間掌握本行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，提升就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力.在微電子工藝的教學(xué)中，改變?cè)瓉韺W(xué)生只能通過教師解說、觀看錄像等了解相關(guān)工藝過程，沒有機(jī)會(huì)親自動(dòng)手的狀況，采用理實(shí)一體化的教學(xué)模式；在IC版圖設(shè)計(jì)、IC封裝測(cè)試的教學(xué)中，進(jìn)行大力教學(xué)改革，以項(xiàng)目或任務(wù)驅(qū)動(dòng)，面向工作過程，實(shí)現(xiàn)融知識(shí)、技能與職業(yè)素質(zhì)于一體的人才培養(yǎng)[4].

2校內(nèi)外實(shí)訓(xùn)基地相融合，推進(jìn)教學(xué)改革

微電子涉及的實(shí)訓(xùn)設(shè)備昂貴，學(xué)校由于本身經(jīng)費(fèi)的限制，只能建立非常有限的微電子實(shí)驗(yàn)環(huán)境，其它的要依靠校企合作方式來解決.為發(fā)揮企業(yè)的優(yōu)勢(shì)，與蘇州中科集成電路設(shè)計(jì)中心進(jìn)行緊密合作.蘇州中科集成電路設(shè)計(jì)中心是中國(guó)科學(xué)院和蘇州市政府聯(lián)合創(chuàng)辦的大型院地合作項(xiàng)目，是蘇州市集成電路公共實(shí)訓(xùn)基地.雙方合作的主要內(nèi)容有：中科積極參與學(xué)校微電子專業(yè)人才培養(yǎng)方案的建設(shè)，在教材及教學(xué)內(nèi)容上互相學(xué)習(xí)，相互滲透，該專業(yè)基于項(xiàng)目教學(xué)法的“IC版圖設(shè)計(jì)”課程就是雙方合作開發(fā)的結(jié)果，中科每年都免費(fèi)接受該專業(yè)學(xué)生到中科進(jìn)行為期2-3天的參觀、實(shí)習(xí)、設(shè)計(jì)體驗(yàn)等活動(dòng)，每年都派工程師到學(xué)校給學(xué)生進(jìn)行行業(yè)發(fā)展及職業(yè)規(guī)劃的輔導(dǎo)，該專業(yè)每年推薦優(yōu)秀的學(xué)生，由學(xué)生自愿參加中科組織的有關(guān)“集成電路版圖設(shè)計(jì)”和“集成電路測(cè)試”方面的高技能培訓(xùn)，并由學(xué)校與中科共同擇優(yōu)推薦學(xué)生就業(yè).校企深度合作，校內(nèi)外實(shí)訓(xùn)基地相融合的培養(yǎng)方式，使學(xué)生參與到企業(yè)的實(shí)際工作中，按企業(yè)員工的要求進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，提高學(xué)生的責(zé)任感、團(tuán)隊(duì)意識(shí)和實(shí)際技能，也降低了學(xué)生的就業(yè)成本.

3工學(xué)結(jié)合，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量

國(guó)家在“十二五”高等職業(yè)教育發(fā)展規(guī)劃中明確提出：繼續(xù)推行任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目導(dǎo)向、訂單培養(yǎng)、工學(xué)交替等教學(xué)做一體的教學(xué)模式改革.頂崗實(shí)習(xí)是讓學(xué)生對(duì)社會(huì)和專業(yè)加深了解的有效方法和途徑.在學(xué)校的大力支持下，先后與蘇州中科集成電路設(shè)計(jì)中心、信音電子(蘇州)有限公司、秉亮科技(蘇州)有限公司、旺宏微電子(蘇州)有限公司等公司建立了緊密的合作關(guān)系，成為本專業(yè)的校外實(shí)訓(xùn)基地.2009級(jí)微電子專業(yè)三個(gè)班的同學(xué)2011暑期在信音電子(蘇州)有限公司進(jìn)行了為期三個(gè)月的頂崗實(shí)習(xí)，這也是學(xué)校第一次一個(gè)年級(jí)的全專業(yè)學(xué)生到企業(yè)去.這是一次難得的了解企業(yè)的機(jī)會(huì)，鍛煉了學(xué)生各方面的能力，特別是毅力和個(gè)人意志品質(zhì)及團(tuán)隊(duì)合作精神.學(xué)生到企業(yè)頂崗實(shí)訓(xùn)，雖然很辛苦，但加深了對(duì)社會(huì)和企業(yè)的了解，掙了自己所需的學(xué)費(fèi)，學(xué)生感到特別自豪，也體會(huì)到父母掙錢給自己讀書的艱辛，深刻體會(huì)到以后努力學(xué)習(xí)、提高自己謀生手段的重要性.本專業(yè)探索出既增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，又降低企業(yè)的用人成本的人才培養(yǎng)模式，實(shí)現(xiàn)企業(yè)、學(xué)校、學(xué)生、家庭等多方共贏.