产学研背景下集成电路原理与设计课程改革

李莎 鲁莹 董建娥 西南林业大学 大数据与智能工程学院

集成电路原理与设计是微电子学专业的核心专业课程，通过学习半导体集成电路的基本组成单元及构成、设计思想、电路结构设计、硬件描述语言CAD设计概况、版图设计等，旨在培养学生掌握半导体集成电路的分析和设计方法，提高专业工程实践能力，为日后的继续学习和工作奠定基础。此门课程的理论性和实践性均很强，本文在近几年的课程教学中发现并总结了理论教学和实践教学存在的问题，并基于这些问题，在产学研模式视角下提出改进方案。

一、教学中存在的问题

(1）理论教学中存在的问题

集成电路原理与设计课程的理论性较强，其先导课程包括微电子学导论、模拟电子技术、半导体物理等，涉及的知识包含器件物理、典型电路、设计方法、EDA软件等，知识覆盖广、难度较大，传统的教学中，教师多采用“主教授，轻互动”的方式，学生普遍反映课程难度高，所学到的知识没有完全理解，并且兴趣不高。

(2）实践教学中存在的问题

该课程的实践教学在目前人才培养模式上存在“重理论，轻实践”的问题，课程教学和实践教学学时安排比例一般大于2：1。实验较少的学时安排下，集成电路的典型模块和结构很难被覆盖，且实验所涉及的结构、器件尺寸和参数涉及等无法保证学生自主探索。目前，实验教学注重操作训练，采用“讲授+操作”单一方式，忽视学生素质和能力培养，教学手段单一；实验内容滞后于技术的发展，与产业联系不够紧密；实习条件落后，没有深入到产业等。

(3）考核方式上的问题

专业课程考核是高校实施人才培养的一个重要环节，不仅能突出学生对知识点的掌握程度，更能体现出对学生专业应用能力及创新能力的评价。集成电路原理与设计现今的考核方式为平时成绩+期末考试成绩综合折算而定，存在如考核方式单一、考核内容缺乏实践性、考核评价功能欠缺等问题，学生普遍缺乏主动性，存在“人在心不在”的上课状态，仅为了平时成绩而来，有部分学生需要依靠期末的突击式复习才能获得合格的成绩，过程考核较为缺乏，学生的学习效果不理想。

二、改进的方法

结合产学研模式研究集成电路原理与设计课程的教学方法、教学思路、实践实习的内容改革、设计合理的产学研模式下的课程评价体系等。

1.教学思路的转变

教师教学思路的转变，要从注重理论教学到理论与实践相并重的教学转变，在教学中，引入产学研模式思想，培养学生的工程实践思维。改变传统以教师为主导的思维方式，同学们参与到教学方法中来，采取互动教学法。互动式教学模式主要分为以下几个层次：理论指导、实现策略、实现目标。理论指导为：结合理论讲授与创业实践、结合知识传输与技能提升、结合课堂教学与课外活动；实现策略有如下几点：紧密结合过程，以过程为导向；学生为教学中心，定期与学生有效交流；课程项目是教学的基础，建立学生项目思维；课程教学中设计层次性的任务，激励学生探索；实现目标为：创新教案设计、创新课堂管理、创新教学方法。通过这一教学改革操作思路，依据互动式教学模式层次改革，达到良好教学效果。

2.教学方法的改革

多年教学实践表明，要取得好的教学效果，除了教师的精彩讲授外，还需要激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，在教学改革中采用了比如：师生讨论、学生提问和教师答疑等环节。然而传统教学模式在这些环节存在明显不足，学生不能很好地掌握所学知识点，随着时间的推移，学生将失去进一步学习新知识的兴趣。针对传统教学模式存在的不足，改革中还增加了“互连网+”“微课”、“翻转课堂”等教学方法，让学生参与到课堂中来，提高学生的积极性，加强师生之间的联系。

课堂教学作为课程教学中非常重要的环节，采取多样化、个性化的教学方法非常重要。教师在课堂教学中，可以结合专业产业发展研究热点与及应用等，将课程内容总结为不同的项目专题，学生根据专业技术的兴趣爱好，选择分组，增加课堂讨论时间，以增强学生个性化学习和对课程前言的探索。项目专题的内容各组成员可以自主查阅相关文献资料，以报告的形式在课堂与师生进行交流，此改进方法充分调动了学生的主观能动性，并培养了学生探究式学习的思维方法，为以后工作或者继续深造打下基础；同时此课堂教学改革方法丰富了课堂教学，营造了良好的学习环境。

3.实验实习教学的改革

现针对以上问题，采取以下改革办法：

(1）加大实验教学，将原有的16学时实验课时增加到32学时。在实验实践中，使学生加强对理论知识的理解，进一步掌握几种典型器件的工作原理、典型电路的分析和涉及、综合运用典型电路来解决实际问题的能力。

(2）实验的内容上引入模块化思想，将实验分为三大类型：验证性实验、模块化实验和综合设计类实验，如图所示。验证性实验包含：一阶RC滤波器、单管NMOS仿真、单管PMOS仿真，学生通过验证性实验的操作，熟练掌握相关设计软件、熟悉集成电路的设计方法的思想，为后续更高难度的实验打好基础；单元电路实验包括反相器的设计、共源级放大电路设计和差分放大电路的设计，这部分的实验的能力要求在验证性实验的基础上更提升了一步，能够初步培养学生自主设计的能力，明确设计过程中重要参数对电路性能的影响，掌握设计的规范流程，掌握典型电路结构的应用；综合设计性实验包括振荡器的设计和运算放大器的设计，综合设计性实验项目结合产学研模式，引入项目式实验方案 ，前期学生项目调研、方案分析再电路实现。学生在这个环节了时间中能够掌握比较成熟的项目设计能力，为后续进一步深造或工作打下坚实的基础。

图.实验层次模块图

(3）积极与相关产业企业、研究所学习合作，使学生能深入产业应用中，提高自身的专业素质；搭建实践平台，制定出适应产学研模式的实验实习的软硬件开发平台。

4.考核评价体系的改革

集成电路原理与设计课程的考核方式转变传统的“平时成绩+期末考试成绩”的评价体系，增加了过程考核、阶段考核、研究报告、课程设计报告、实验分模块考核等，更加科学化的考核学生对这门课程的知识和能力的掌握程度，同时也通过多样化、多层次的考核内容，有效地促进学生的学习，更加合理地评价学生的学习效果。在这些创新改革的考核内容中，研究报告、课程设计报告、实验模块考核这三个内容充分结合了产学研模式。借鉴成功的产学研合作评价体系，再结合本专业实际情况，提出合理的评价体系，能有效地考核学生的创新和工程应用的能力。

三、小结

“产学研”协同创新能进一步提高学生的自主创新能力，实现“1+1＞2”的状态和效果。在集成电路原理与设计课程中引入产学研模式改革，优化理论教学思想和方法；结合项目式实验教学，提升学生的创新和工程实践能力；制定合理的产学研模式评价体系，正确评估学生的课程学习能力和适应产业发展的工程能力，提高学生继续学习研究集成电路设计的能力和就业竞争能力。