微电子专业课程的教学改革

王静 吉新村

摘要：文章根据高等教育教学改革的基本思想和当前微电子工业对人才培养的基本要求，在总结微电子专业课程教学经验的基础上，对微电子专业课程的教学模式进行了较深入的探讨。教学过程中通过更新教学内容、改进教学模式、加强实践环境建设等途径，明显提高了学生的学习兴趣，改善了教学效果，从而适应了新世纪人才对扩展知识背景、提高创新能力和综合素质等方面的需求。

关键词：微电子专业课程 教学改革 教学模式

0 引言

随着科学技术和工程工艺的水平不断发展，无论是科学界还是工业界对于人才的要求都有了根本性的变化，这一现状对高等教育提出了巨大的挑战。深入探讨微电子专业课程的教学模式，对新型专业技术人才的培养具有重大的意义。工科专业的学生往往认为专业课枯燥无味，提不起兴趣学习。这固然有学生自身的不少原因，然而专业课程内容和科研、生产均有程度不一的脱节，也明显地影响了学生的学习热情；同时，常见的灌输式教学方法也具有较大的改进空间。本文作者很认同韩九强与郑南宁两位提出的“柔性教育”概念[1]，即教育模式、教学体系、教学内容和教学方法要能够充分体现现代教育思想以及现代教育观念。从具体形式来说，应当根据学生的背景和目标有针对性地提供多样化的教学内容，结合相关行业发展的现状和需求，提供符合时代特点的知识和教学方法，提高学生自主学习的兴趣和能力，以培育有能力自我提升的创新型人才。

1 更新教学内容，优化课程结构

根据上述精神，我们针对微电子领域的发展现状和需求，更新部分教学内容，优化了课程结构。

以可编程逻辑器件这门课为例，学生已经修读数字电路以及C语言编程基础，但是对于器件的材料特性、微观结构完全没有概念，也缺乏实际对器件编程的能力，这门课是学生第一次系统接触器件编程技术。而现今的产业对人才的要求又覆盖了包括以上内容的众多领域，这就和学生的现有知识结构产生了一定程度的错位。这种现象出现的原因一方面是当今产业快速发展，对人才的综合知识背景要求逐步提高，而高校的教育无法像工业发展一样日新月异；另一方面高校的实际条件，无论是硬件、师资还是学生的容纳能力都有诸多限制[2]，无法做到无限制地设置专业课程的门数。那么在教学过程中，需要教师跳出课程本身的局限，结合当前的行业方向和需求，向学生介绍必要的背景知识，提高学生在专业方向上的综合素质。

继续以可编程逻辑器件这门课为例，我们在教学改革中注意补充器件设计的相关知识。微电子专业的学生仅有计算机语言的基础，没有编程中所需的数据结构及算法设计的知识。在教学过程中，我们向学生介绍基本的数据结构相关知识，并将其和器件的逻辑功能对应起来，再结合器件的硬件结构，培养学生根据器件功能设计程序结构的思路，大大加深了学生对可编程逻辑器件的特性、功能的认识。在此基础上，我们给学生简单介绍了算法设计的入门知识以及一些简单的算法，结合本门课程的核心知识，培养了学生的“设计”而非“制造”的意识。从学生课后表现来看，大部分学生对于器件设计的方法、效率评估等方面都有自己的见解，设计代码的水准也有明显提高。而对于本课程中与数字电路这门基础课相重叠的部分，我们在教学过程中仅简略讲解，避免了学生由于重复学习而产生厌倦情绪。

在新型微电子器件这门课程中，我们考虑到学生毕业后可能从事芯片性能评估测试的相关工作，对课程结构进行了稍许调整：减少了对早期电子器件的详尽介绍，补充最新的器件知识来取代，特别侧重于器件各项参数的起源和物理意义，以及半导体材料学表征的常见手段。另外，我们还带领学生接触相关行业的工作内容，包括在实验室用小型电子显微镜观察较新的芯片结构、用四探针仪测量芯片电学特性、参观工厂的研发和测试部门，等等，增强实际认识。这些课程结构的调整旨在尽力使学生能接触到最新的业界进展，更新知识结构，加强课堂学习与实际生产、科研的联系。

从具体教学效果来看，更新教学内容，优化课程结构是非常有效的改革途径。采取上述方式后，学生的学习热情、学习能力都有较大提高，具体表现为出勤率、课后请教老师的次数大幅上升，参与电子竞赛的人数也明显增加，说明学生对自身能力的自信得到了明显地提高。这一结果肯定了我们的教学方法。

2 教学模式的改革

2.1 互动式课堂教学 课堂教学的主旨除了讲解必要的知识，还包括培养学生运用知识分析和解决问题的能力，教学内容的组织以及教学方式都应围绕这点展开。如前所述，需要改进灌输式的教学模式，而增加课堂教学的师生互动显然是一种积极的措施。当然，理论讲解仍需教师向学生阐述基本原理，但是在理解和运用方面，完全可以多采用启发式教学，增加提问以及学生上台演示的机会，达到师生互动的教学模式。对于微电子专业课程而言，对技术问题的讨论和分析不仅是教学的内容，也是培养学生工程能力的有效途径。这一特征使得互动式课堂教学在微电子专业课程的教学中显得尤为可行。因此，在实际教学中，我们突出设计思想和分析技巧，针对问题增加开放式讨论环节，注重培养学生解决实际问题的能力。以小班教学的可编程逻辑器件课程为例，我们经常结合器件的结构和功能特点，针对不同的专题，改变部分设计要求，实行分组讨论。上述措施在帮助学生开拓思路，提高分析技巧等方面有显著效果，课后学生反馈较好。

2.2 建立面向问题求解的教学模式 以可编程逻辑器件这门课程为例，我们参照基于对象学习的思想，促进学生进行研究性学习[3][4]。根据器件的不同类型，我们以专题形式指导学生进行研究性学习。在各个专题内，采用面向问题的方式从不同的专题角度深入学习关于器件结构和编程的有关知识。这一模式不仅全方位提高了学生的认识水平，也显著促进了学生能够从多方面解决问题，还把硬件结构和软件编程有机结合起来，拓展了学生的思路，拓展了学生的知识结构和综合素质。

通过听取学生反馈以及考核结果，我们发现，上述改革教学模式的尝试初显成效。学生学习兴趣增加，乐于在课后从多种途径搜集相关资料，自主进行研究性学习；学习目的和范围也不仅限于考核内容，部分学生有兴趣运用所学自行设计简单器件，或是进行改进；学生也更加善于发现和提出有价值的问题。从考核来看，学生的理论基础与综合能力以及灵活性均有提高。

3 加强实践环境的建设

微电子专业课程需要相当多的理论讲解，然而实践性也是极强的。因此我们在尝试改革课堂教育的同时，还需要加强实践环节。

当前大学里都有丰富的多媒体资源，教师在课堂上完全可以利用多媒体设备边讲解边演示，把理论以图形化的方式展示出来，深化学生的印象和认识。另一方面，可以带领学生在机房里进行实践。我们课堂演示之后，在实验课、课程设计、研究性学习中，或是课后，都大量提供学生亲自驾驭如EDA工具、Verilog编程工具等仿真设计工具的机会。另外我们经常更新软件和硬件环境，力求学生能够接触到较新的工具和设计方法，贴近行业主流。学生在此过程中利用所学的理论知识进行仿真和优化，培养了立足理论解决实际问题的能力。另外，带领学生参观实验室，使学生们对常用仪器、半导体元器件、新型微电子器件等有直观认识，并进行观察和演示，也是激发学习兴趣、熟悉实践过程的一个重要途径。

4 结语

微电子专业课程和传统工科专业的共同点在于理论和实践兼备，而自身又具有时代性强、覆盖知识面广、技术更新快的特点。根据上述特点，教师不仅需要加强专业基础，还需时刻更新自身知识结构、拓展知识背景、提升专业素养，从而有能力实行针对课程特点的教学改革。我们通过更新教学内容，改进教学模式，加强实践等途径，对微电子专业的课程改革进行了有益的尝试。在此过程中，学生也扩大了知识背景，锻炼了研究性学习的能力，提升了综合素质，为进一步提高工程实践能力打下良好的基础。

参考文献：

[1]韩九强，郑南宁.国外自动化相关学科专业教育教学的现状与发展研究[J].电气电子教学学报，2003，25（6）：1- 5.

[2]汤勇明，郑姚生，等.可编程逻辑器件的基础与应用课程建设与教学实践[J].电气电子教学学报，2007，29（2）：7- 9.

[3]姚缨英，范承志，等.电类技术基础课程改革的探索与实践[J].中国大学教育，2012，3：54-56.

[4]唐莺，翁飞兵，等.电子技术基础课程改革的实践[J].教学研究，2006，29（2）：152-154.

基金项目：南京邮电大学引进人才科研启动基金项目（项目代号NY213017）。

作者简介：王静（1985-），女，江苏南京人，博士，现任职于南京邮电大学电子科学与工程学院，讲师，研究方向：半导体微观结构，硅基光电子学。