基于CDIO理念微电子专业创新能力培养模式探索

李志彬 王瑞荣

1.绍兴文理学院数理信息学院 浙江绍兴 312000

2.绍兴职业技术学院经贸管理学院 浙江绍兴 312000

基于CDIO理念微电子专业创新能力培养模式探索

李志彬1王瑞荣2

1.绍兴文理学院数理信息学院 浙江绍兴 312000

2.绍兴职业技术学院经贸管理学院 浙江绍兴 312000

随着微电子产业的迅猛发展，对具有创新能力的微电子技术人才的需求越发紧迫。本文介绍我校微电子科学与工程专业在专业建设过程，基于CDIO工程教育理念，探索构建一体化的课程体系，以研究性学习模式开展课堂教学，实施开放性实践教学，从不同角度培养学生创新能力，不断提升专业人才培养质量。

微电子；CDIO；创新能力

微电子技术是电子信息的核心技术和战略性技术，是现代信息社会的基石，其发展水平的高低，代表了一个国家综合实力的强弱。目前，我国微电子技术水平与发达国家相比还有较大差距，国内90%的集成电路芯片需要进口，而我国又是芯片应用和消费大国，需求量约占世界市场的50%。［1］为了降低这种严重依赖进口局面对国家经济和信息安全的威胁，国家相继出台相关政策，扶持和推动国内微电子产业发展，近年来，国内涌现出了大批微电子企业、科技公司和研究机构，形成了长江三角洲、珠江三角洲、环渤海地区和中西部地区四个微电子产业区域。

伴随着国内微电子产业的迅猛发展，对微电子专业人才的需求也越来越旺盛，尤其是具有创新能力的高技能人才。作为培养高技术人才的策源地，高校承担着为国家培养微电子技术人才的重任。［2］为应对产业发展对微电子专业人才的巨大需求，很多高校开始开设微电子专业。我校在2005年获准开设微电子学专业，后根据教育部颁布的《普通高等学校本科专业目录（2012年）》，专业名称2013年调整为微电子科学与工程。专业旨在培养具备扎实的自然科学基础、系统的专业知识和较强的实验技能和工程实践技能，具有创新意识和初步科研能力，掌握新型半导体器件和大规模集成电路设计、制造及测试必需的理论和方法，能在微电子科学技术领域从事研究、开发、制造和测试等方面工作的高级应用型专门人才。经过近几年的建设和发展，专业课程教学体系已基本完善，实践教学设施比较完备。但作为一个年轻的专业，在创新型人才培养过程中，还存在着不少问题，如理论课程比重较大、课堂教学模式单一、实践教学过程死板等。本文结合CDIO理论，从课程体系、课堂教学方式、实践教学等方面探讨本专业学生的创新能力培养模式，为微电子创新型应用人才培养提供参考。

1 CDIO理念和创新能力的含义

CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）的有机结合，以产品研发到产品运行的生命周期为载体，建立一体化的相互支撑和有机联系的课程体系，让学生以主动的、实践的方式学习工程。［3］CDIO大纲将工程毕业生的能力分为技术基础知识、个人能力、人际交往能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。CDIO教育理念注重基于产业需求的教学大纲、一体化课程计划、项目驱动的设计制作实践、一体化的教学过程以及完备的能力评价体系，使得CDIO培养模式从本质上有别于知识本位模式，而成为注重能力培养的教育模式，其着重点在于帮助学生获得产业界所需的各种能力和素养，实现为产业界培养合格的工程人才这一根本目标。

创新能力是指人在以原有知识、经验为基础创建新事物的活动过程中表现出来的潜在的心理品质，包括发现问题、分析问题、提出假设、论证假设、解决问题以及在解决问题过程中进一步发现新问题等能力。［4］创新能力最基本的构成要素是创新意识、创新思维和创新技能，其中核心要素是创新思维。

CDIO作为一种先进的工程教育模式，着重于在“做中学”的过程中，通过构思——设计——实施——运行这一复杂的工程系统，锻炼和培养工程技术人才的创新思维、创新素质和实际操作应用能力。该理念在目标环节设计和综合效果指标评价的总体设计上与创新能力培养目标之间存在高度的契合性。［5］培养创新能力必须紧紧围绕创新能力的诸多构成要素展开，即在课堂教学和实践环节中注重培养学生的创新意识，在创新实践中充分发挥学生的创新思维，锻炼创新技能和团队合作精神。以CDIO工程教育理念为指导，探讨培养微电子专业创新能力的有效途径和方法，将为高素质微电子技术人才培养探索出了一条行之有效的路径，使专业技术人才符合产业要求。

2 微电子专业创新能力培养的课程体系构建

工科专业教育不仅要使学生较好地掌握专业基础知识，还要培养学生的个人能力、人际交往能力以及产品、过程和系统的构建能力。为实现这一目标，CDIO理念提出建立一体化课程体系，其特征体现在它是围绕专业进行组织，通过重新调整课程计划，促使课程之间有机联系和相互支持，同时强调能力培养和专业知识学习的协调性，每门课程都规定了明确的关于专业知识、个人能力、人际交往能力以及系统工程能力的教学目标，为学生成为合格工程师奠定坚实基础。

微电子科学与工程专业根据CDIO理念，结合企业、学校调研结果，在专业课程体系构建过程中，提出“强化专业基础课程，重视专业核心课程，优化专业模块课程”。通过关联课程共同协商的方式，确定每门课程教学内容，避免课程间教学内容重复，强化课程联系，使课程体系形成有机整体。对于课程教学大纲，要求明确课程教学任务以及专业知识、专业能力和综合能力等方面的教学目标，合理划分教学内容，重点、难点明确，层次分明，并适量安排自主学习内容，拓展学生知识面，培养学生创新意识和自主学习能力。

图1列出了微电子科学与工程专业课程体系。可以看出，专业课程体系分为四个层次：公共平台课程、专业平台课程、方向模块课程和拓展模块课程。公共平台课程主要包含思政类、大学英语类和计算机基础类等课程，培养大学生基本素养和技能。专业平台课程是课程体系的主体，可分为专业基础和核心课程，其中专业基础课程主要培养学生数学、物理、程序设计以及电路设计等方面的理论基础和基本操作能力；专业核心课程则是让学生掌握电路原理、电子技术、集成电路设计、半导体材料与器件、集成电路工艺等方面的基本知识、基础理论和基本技能。方向模块课程是根据微电子专业发展方向，并结合地方经济特点而开设的，包括集成电路设计和光电子器件技术两个模块，学生依照个人喜好选择方向模块，学习集成电路设计或光电子器件技术方向的专业知识和技能。拓展模块课程是方向模块课程的延伸和补充，通过这些课程的学习，可拓展学生对集成电路设计或光电子器件技术方面的认识。

图1 微电子科学与工程专业课程体系

3 微电子专业创新能力培养的课堂教学

课堂教学是高校人才培养的主要方式，然而传统的以传授知识为中心的授课型教学模式和学生的被动型学习方式在一定程度上制约了学生创新精神和创新能力的发展。［6］因此，为了培养能够适应社会需求的创新型微电子人才，我们遵循CDIO的教育理念，以工程的理念开展课堂教学，对于应用性较强的专业课程（如模拟电子技术、数字电子技术、模拟集成电路设计等），在课堂教学中以项目为驱动，让学生“做中学”，做到哪里讲到哪里。所选工程项目要求难易适中，且能够贯穿整个课程，将班级学生分成若干个开发小组，分别承担整个项目开发不同阶段的各项任务，从需求分析开始一直到运行测试阶段，将教学内容内嵌到项目开发过程中。这种项目式课堂教学有助于将之前和正在学习的多门课程有机地结合起来，可以培养学生的创新意识和创新技能，还可以加强学生的团队协作和沟通能力。

针对理论性较强的专业基础课程（如固体物理、半导体物理等），我们借鉴CDIO工程教育理念，探索以研究性学习教学模式开展课堂教学。让学生在老师的指导下，从学习和社会生活中选择和确定专题，围绕专题以研究的方式学习，使学生“再次发现”和“重新组合”知识，训练和培养主动获得知识、应用知识和解决问题的能力。在具体课堂教学中，研究性学习教学模式以专题讨论的形式开展。教师根据所授课程特点，制定教学规划，并将教学内容划分为若干个教学单元，针对每个教学单元都要设计一个相适应的讨论专题。教学活动通过“讲解——讨论”的形式开展，教师负责讲解基本概念和基本知识，学生则要完成专题的准备和讨论，教师在整个讨论过程中起引导作用。专题讨论通过小组合作学习方式组织实施，小组成员协同完成主题讨论的资料收集、大纲制定和PPT制作等工作，分别陈述自己负责的讨论内容。在研究性学习教学模式中，教师是学生学习活动的组织者、指导者和促进者，学生是学习的主体，是知识的主动构建者。这种方式有助于学生主动意识和创新能力的培养，从单纯的“学会知识” 转变为“学会学习”。

4 微电子专业创新能力培养的实践教学

我校微电子科学与工程专业依托2个省级教学实验中心（物理实验教学中心和电子科学与信息实验中心）和8个校外实习基地，遵循CDIO工程教育理念，坚持“以基本技能训练为基础，以综合能力培养为核心，以创新教育为主线”的指导方针，探索符合地方院校特点的实践教学模式。

在实践体系构建过程中，我们注重基础实验、提高性实验、课程设计和大型综合设计相结合；课内实践与课外实践相结合；实践教学与科研训练相结合；创新设计和竞赛设计相结合；校内实践与企业实习相结合。［7］微电子科学与工程专业实践教学体系（如图2所示）可以分为3个层次、5个模块。基础训练层次包括公共基础和专业基础模块，前者由军训和办公软件使用训练构成，主要培养学生爱国意识和通用办公软件的应用能力，而后者则由普物、近物和程序设计实验组成，试验项目以基础验证性为主，培养学生的基本操作能力；能力提升层次包括实验教学模块和专业训练模块，前者由专业理论课程配套的实验构成，设计性、综合性实验项目比例增大，旨在训练学生对理论知识的理解和应用能力，后者包含了电路制版和版图实习，旨在训练学生职业技能；综合创新层次对应着应用创新模块，包含课程设计、光电子器件实训、毕业实习和毕业设计，让学生综合运用理论知识，培养学生创新意识和创新能力。

图2 微电子科学与工程专业实践教学体系

实践教学过程中，我们探索实验、实践项目的开放性，突破传统实践教学时间、空间和实验项目的固定性。在不影响正常实验教学前提下，专业利用晚上、周末、假期将实验室对学生进行全面开放。每学期开始，专业将开放的实验项目公布在实验中心网站上，学生通过开放实验室管理系统进行预约，实验室管理员根据学生预约的实验项目和人数，安排开放实验室和指导教师。实验室的开放为学生提供自由实践场所和自主的学习气氛，锻炼了学生的实践动手能力，同时提高实验室设备的利用率。

在实验室开放初期，学生参与意识不强，调查研究发现，学生对自身的发展方向和目标缺乏认识，不清楚如何通过实践项目培养的自身综合能力。为调动学生学习兴趣和主动性，专业制定了分层次、分类别、阶段式的开放方案。基础实验室对低年级学生开放，用于完成验证性实验项目，培养动手操作能力；专业实验室对高年级开放，用于完成综合性实验，锻炼专业技能。创新实验室对优秀学生全天候开放，用于学生的科技创新和协助老师完成科研项目。只有完成大量验证性实验和一定学时的综合性实验，才能较好地理解理论知识和掌握实践技能，初步具备创新地处理问题的能力。

在实验教学过程中，我们要求学生在实验前必须做好实验预习，重点训练学生的基础理论知识推理，强化逻辑思维能力；在实验过程中，首先关注学生操作技能和团队协作能力的锻炼，更重要的是培养学生的创新能力，在实验受挫时，学生能够在老师的启发下自己分析出失败原因，加深其对相关知识的理解和灵活运用，真正地在实践中学真知；在实验报告中，注重其规范性，训练学生文字表达能力，并要求学生在结果数据处理分析过程中，多关注实测结果与理论结果的差别，并能够分析原因，以启发学生发现理论知识、原理的适用条件或范围，培养学生科学运用基础知识的能力。

5 结束语

CDIO工程教育模式与大学生创新能力培养具有高度的契合性，本文遵循CDIO教育理念，探讨了我校微电子科学与工程专业在课程体系、课堂教学和实践教学等方面的研究和改革，探索培养具有创新能力的微电子技术人才的新思路、新办法，以期为地方院校微电子专业教学质量提升提供参考。

［1］郑明桥.国产集成电路如何摆脱“缺芯”之痛［N］.经济日报，2014-11-13.

［2］黄杰.微电子学课程体系的教学仿真平台构建［J］.西南师范大学学报:自然科学版，2013，38（4）:155-158.

［3］顾佩华，包能胜，康全礼.CDIO在中国（上）［J］.高等工程教育研究，2012（3）:24-40.

［4］李明珍，曲长生.论大学生信息素质教育与创新能力的培养［J］.现代情报，2007（3）:197-199.

［5］冷翠玲，颜冰，李志霞.基于CDIO理念的大学生创新能力培养研究［J］.学理论，2014（2）:156-157.

［6］喻思红，范湘红，赵小红.研究性学习教学模式在课堂教学中的实践及评价［J］.中华护理杂志，2002，40（5）:380-382.

［7］严筱永，窦如林.基于CDIO理念的开放实践教学模式的研究［J］.邢台学院学报，2014（3）:150-152.

Research on Cultivation Mode for Innovative Ability of Microelectronic Major Based on CDIO

Li Zhibin1， Wang Ruirong2
1.Department of Physics and Electronic Information， Shaoxing University， Shaoxing， 312000， China
2.College of Economic & Trading Management， Shaoxing Vocational &Technical College， Shaoxing， 312000， China

With the fast development of microelectronic industry， the demand formicroelectronic talent with innovative abilitybecomes more and more urgent. In this paper， during the major construction process ofmicroelectronic science and engineering in our school， some teaching reforms of were introduced. Based CDIO engineering education theory， the integratedcurriculum system was constructed. The research leaning mode was used in the class teaching process. And the opening practical teaching was utilized. All the teaching reforms were used to cultivate the innovative ability and develop the talent quality.

microelectronics； CDIO； innovative ability

2015-01-05

李志彬，博士，讲师。

2015年社科规划项目（编号：15NDJC273YBM）；2014年浙江省人力资源和社会保障科学研究课题（编号：L2014A051）；2014年绍兴市教育规划课题（编号：SGJ14009）。