基于CDIO的微电子学导论课程改革与教学研究

马俊成　张佳芬

【摘 要】微电子方向的学生，《微电子学导论》是开启学生步入本专业的先驱课程，对大一新生培养兴趣、建立目标、规划职业有着重要作用。本文基于CDIO的教学模式，从教学内容设计、项目制实验内容设计、教学方法手段、考核方式等方面进行了改革和研究。旨在激发学生自主学习的热情，在项目团队的协作和交流中，促进了学生的思维能力、沟通能力、动手能力及合作精神，最终使学生综合素质得到较好的培养。

【关键词】CDIO；微电子学；课程改革

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO的愿景是为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思-设计-实现-运行（CDIO）过程的背景环境基础上的工程教育。通过精心规划项目的CDIO，可以引导学生对核心专业课程产生浓厚的学习兴趣，从而达到能力培养、综合发展的目的。CDIO工程教育模式与以往培养计划的不同点之一是：通过开设导论性的基础课程，从起始阶段就将工程实践引导入门，激发学生兴趣，让学生尽早领略工程技术的精华，并且让他们亲手制造一些简单的东西，让学生对自己将要从事的专业有一定程度上的认识。

《微电子学导论》课程设置的目的是让学生对微电子学领域的知识有一个系统、全面的了解与认识，是让学生在学习之初就建立起大学物理、固体物理、半导体物理、微电子器件、电路分析基础、模拟电路、数字电路、集成电路原理、集成电路工艺原理、模拟CMOS集成电路设计、VLSI设计等课程的内在联系。本课程涉及知识面广，理论性和实用性并重，要求学生在掌握基本知识的基础上，对集成电路及系统的设计、芯片加工、芯片测试等方面有比较系统和全面的认识，由于高校经费有限，很难有动则上千万的经费投入到集成电路实践环节之中，同时由于半导体器件、集成电路特别是大规模集成电路的生产环境必须是超净的， 所用的材料也必须是超纯的，IC相关单位也不太欢迎和接受相关专业的学生进行参观和实习。因此，《微电子学导论》的课程改革和探索成为本文探讨的重点。

1 理论教学内容的设计

《专业导论》课程强调教学的系统性、全面性、前沿性以及与国际化，强化学生工程能力的培养。通过精心设计，理论部分内容通过开设10余次学科前沿及发展的讲座，让学生了解所学专业的最新发展及应用领域。讲座主要内容如下：微电子技术的发展现状与趋势、新型器件的发展、SOC设计技术与发展趋势、器件可靠性、先进微电子封装工艺技术、先进半导体制程整合技术、微光刻与微纳米加工技术讲座、IC工程师职业能力素质要求等。在开展讲座的同时有针对性地带学生去相关企业或实验室参观见习，进一步了解和认识专业。

2 项目制作实践内容的设计

项目制作实践让学生初步体验IC的设计制造、封装、测试过程及电路图的表达方法，为学生了解本专业、深入学习本专业的知识打下必要基础。对集成电路设计与集成系统专业的学生引入IC项目，让学生以IC芯片为载体，利用我系实验室完成电路设计仿真、版图设计等工作；前往电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室参观、实践，亲手完成IC的制作，了解IC制作工艺与过程；随后在利用利用我系反向设计实验室让学生亲自动手解剖芯片，完成芯片的解剖、拍照、电路提取的工作。这样，以IC为载体，以器件物理、IC工艺、电路理论和实验装置为依托，对IC芯片进行电路分析设计和研讨，在实践中互动，在讨论中争辩，激发了学生创新意识，达到了新旧知识优化和创新思维综合训练的目的。学生在完成项目的过程中，掌握本专业所需的基本技能，直接培养学生对电路图的识图、绘图能力、电路的设计仿真能力，并对IC工艺和制作初步的认识，培养学生的工程意识。

3 教学方法与教学手段

CDIO改革并不是要淡化理论课程的学习，而是要改革教学方法，采取能激起学生兴趣的教学方法，理论课程的教学不能采取传统的“满堂灌”的教学方式，而应采取基于问题的学习、师生互动主题研讨、案例教学、论文研究、项目训练等教学形式，着力培养学生的自主学习、发现问题、解决问题和创新思维能力。主要通过以下几种方式提高学生的学习兴趣和学习效果：

一是实施教学和研究互动、课内和课外互动、寓学于研的培养模式，设置基于课程的科研训练项目和自主科研训练项目两类，鼓励学生开展研究工作。基于课程的科研训练项目由研究型教学课程责任教师组织课程教学团队教师指导。自主科研训练项目一般为学生进入高年级后，在导师的指导下自主选题，经系、学院审批后开展科研训练工作，并以小组的形式参加创新设计大赛、电子设计竞赛、挑战杯等科技竞赛活动。较好地完成科研训练项目的学生可以取得实践教学环节学分，鼓励学生以科研训练项目研究成果为内容撰写毕业论文，完成毕业环节。

二是在低年级（大一、大二）通过讲座系统的介绍专业发展历史、趋势、发展前景以及专业课程的设置；在高年级（大二、大三）通过对学生约谈的形式，针对每个学生的具体情况采用订制式的课程设计；在毕业班通过针对性的项目实训，提高学生的求职竞争力。

三是在知名企业或国家重点实验室建立学生实践基地。学生可优先获得去该类企业实习的机会，并鼓励其在企业中开展科研训练项目的研究工作。

四是通过组织科研训练团队、社会工作等途径培养学生的组织、沟通、协调等领导能力。

五是定期组织开展学术讨论。在导师的指导下对各自研究的课题，发表各自观点，营造良好的学习交流氛围，激发创造力，提高学生的表达和沟通能力。

4 CDIO人才培养模式下的课程考核方式

理论教学部分的考核方式为学生结合讲座所讲授的内容，独立查阅中英文文献，开展市场调研，撰写不少于5000字的调研报告或课程论文，并制作讲授课件，参加课堂上模拟的“微电子技术论坛”，对调研报告或论文内容进行讲授。教师根据学生调研报告或论文撰写质量和课堂讲授的表现，以及平时教学活动全部环节的表现，确定此部分的分数。

项目制作实践部分的考核方式为项目制作实践的组织形式及成果提交。项目制作实践时学生以4～6人为一个项目小组，每个小组配备一名指导教师。项目制作实践以小组为单位，在理论课堂外执行；项目组内活动方式有：座谈式交流研讨，专题式讲解介绍，边做边探讨式互动，系统性总结等。组间活动主要采用总结介绍方式。项目制作实践总体评分由导师和教学组成员共同评定，采用团队成员之间互评、团队间互评及导师评定的考评方式。每个学生的成绩取决于其所在团队的最终成绩和个人在团队工作中的参与程度，参与程度由每个团队成员之间互相打分。团队的最终成绩由团队间互相打分及导师根据团队成员综合表现给分，评分时应综合考虑各团队在制作过程中的表现，主要观察的方面有：成员之间是否分工合作，是否有详细的工作计划，项目总结答辩时的表现等。

课程总成绩的评定。课程总成绩由理论和项目制作实践两部分组成，其中理论成绩占30%，项目制作实践占70%，由此得出课程总成绩。

5 总结

本文旨在基于CDIO的电子学导论课程改革与教学研究的基础上达到，培养学生的自主学习、团队协作、动手能力等，提高综合素质，以及解决问题的能力和实际动手能力，促进实践过程与工程实际接轨。激发学生自主学习的热情，在项目团队的协作和交流中，促进了学生的思维能力、沟通能力、动手能力及合作精神，最终使学生综合素质得到较好的培养。

【参考文献】

[1]张兴，等.微电子学概论[M].北京：北京大学出版社，2005.

[2]王阳元.历史机遇和我国微电子发展之路[J].中国集成电路，2005（3）：30-38.

[3]常青.关于在非微电子专业开设微电子技术概论课程的思考与实践[J].电气电子教学学报，2000，22（1）：6-7.

[4]汪慧兰.微电子技术课程设置与改革初探[J].内蒙古大学，2008（11）：100-101.

[5]高等学校非數学类专业数学基础课程教学指导分委员会.关于大学数学教学现状和提高教学质量的建议[J].中国大学教学，2005（2）：9-11.

[责任编辑：汤静]