浅谈集成电路人才培养模式改革

钟英辉， 杨 洁， 马刘红， 李梦珂， 段智勇

(郑州大学 物理学院，河南 郑州450001)

0 引言

集成电路作为微电子系统神经中枢，相关技术已渗透到国防安全、生产生活的方方面面。随着我国汽车电子、5G通信、物联网等信息化产业的迅猛发展，作为支撑的集成电路产业不管是市场规模还是市场增速都占据全球第一，然而不容忽视的现实是我国主要的集成电路产品还严重依赖进口。国际上在半导体集成电路设计、制造、测试等微电子技术方面都对我国实行严格禁运和技术封锁。近来，中美以芯片技术为焦点的贸易战已经严重损害了我国“中兴”、“华为”等大型高新技术企业的核心利益，推动具有自主知识产权的半导体集成电路技术前瞻性研究和产业发展、人才培养已经成为我国发展之根本。

近十年来，国家先后多次出台政策鼓励集成电路产业发展，2014年国家工信部发布《国家集成电路产业发展推进纲要》，把集成电路产业发展上升为国家战略并投资千亿基金。2015年，工信部发布《中国制造2025》，集成电路产业排名重点产业榜首。2018年政府工作报告更是把微电子列入加快制造强国建设需推动的五大产业首位，将“推动微电子等产业发展”列入了实体经济发展的第一位。众多鼓励政策和产业基金刺激下，集成电路产业必将成为蓬勃发展的高新技术产业，集成电路人才培养迫在眉睫。科学的教学模式将帮助学生加深对专业知识的理解，增强学生实践动手能力，有效促进集成电路方向教学层次提高、教学质量上升、本科毕业人才素质的提升，对国家经济建设、社会发展和国防安全提供有力支撑[1～2]。

1 集成电路人才培养面临的问题

目前，高水平集成电路专业人才的缺乏是限制微电子行业发展的瓶颈，针对高校育人为本的办学宗旨，为国家和社会培养优秀的专业人才迫在眉睫。然而集成电路人才培养却面临诸多问题：

1.1 师资力量薄弱，上游专业课程缺乏

当前，微电子行业发展呈现蓬勃之势，各地高校集成电路专业犹如雨后春笋。然而相应专业技术人才稀缺，供不应求。多数专业人才偏向选择待遇优厚或经济发达地区的公司、科研院所就职，较少留任高等院校，特别是偏远落后的中西部欠发达地区。以至于能高质量开设集成电路专业的高校甚少，很多高校集成电路专业基本名不符实，开设的上游专业课程寥寥无几，并不能依据专业培养计划建立系统的、全面的课程体系。学生学到的知识浅显、碎片化，所学内容之间不能形成完善的、专业的知识框架体系，极大地限制了学生继续从事集成电路技术研究的兴趣和潜力[3]。

1.2 实验平台昂贵，限制实践认知机会

集成电路专业方向对实验平台要求高、设备昂贵，真实研制过程投入巨大。同时，研制过程涉及强酸、强碱、多种气体和材料，具有一定的危险性。多数高校集成电路专业课程教学多限于课堂理论教学，并没有针对性开设相关实验课程，毕业学生理论知识相对薄弱、动手实践能力欠佳，具有实践经验和创新意识的集成电路人才培养严重滞后。毕业学生从事集成电路方向工作和科研的难度较大，部分学生最终不得不选择其他专业方向的岗位和科学研究。毕业学生常反馈应当增加相关集成电路专业基础知识培养力度，并强化动手实践课程建设。

1.3 缺乏科研实践，团队协作创新意识差

集成电路产品研制过程繁琐，需要经过设计、制造、测试、封装和后测的流程。集成电路设计又分为原理图设计、版图设计、设计校对，同时还经常会进行系统或者电路设计任务拆分，任何环节出现问题都会直接影响最终集成电路的性能及成败，对参与人员的团队协作能力要求较高。然而，学生在学校主要进行课本理论知识学习，并没有进行项目协作演练，更没有建立起互帮互助的团队协作创新意识。

2 集成电路人才培养模式改革

针对部分高校集成电路专业学生基础知识薄弱、实验机会欠缺、动手实践能力欠佳、团队协作创新意识欠缺的问题，同时结合微电子行业项目团队工作制的特点，本文拟针对集成电路人才培养模式提出改革措施，具体内容如下：

2.1 理论和实践相结合的一体化教学模式

图1所示为理论和虚拟仿真实践相结合的一体化教学流程。结合学生集成电路上游专业基础知识薄弱的现状，将遵循重视知识框架体系建设，适当降低对具体知识点的理解深度要求。通过引入翻转课堂教学模式，将集成电路相关理论知识的学习转移至课堂之外，节约有限的教学时间，理论教学主要内容包括：常用互补金属氧化物半导体(CMOS)和双极型晶体管(BJT)的基本工作原理、特性曲线；光刻、电子束蒸发、气相沉积等半导体工艺步骤；特征尺寸、代工、模型、版图等集成电路基本概念。通过理论知识精讲夯实学生专业基础，为进行集成电路设计实践储备理论基础。

基于常用集成电路设计软件进行反相器、放大器基本功能单元实践案例讲解，使学生掌握工艺库选型、半导体有源器件工作电压设置、集成电路原理图设计、集成电路版图设计等虚拟仿真流程和技巧，加深对虚拟仿真程序的理解，为后续独立仿真实验奠定基础。

图1 理论和虚拟仿真相结合的一体化教学模式

以团队为基本单元进行集成电路功能模块的虚拟仿真实践，如分频器、混频器、滤波器、功率放大器、低噪声放大器等。通过课堂虚拟仿真实践让学生了解常用的集成电路功能模块，掌握集成电路原理图、布线、版图设计流程和技巧，提高学生动手实践能力，同时减少昂贵的实验设施投入，避免接触强酸、强碱、有毒气体等危险实验环境。

2.2 团队考核为主的考核方式改革

课程考核是教学过程的一个重要环节，是检验教学效果和保证教学质量的重要手段，是教学质量管理与评价的重要内容，应坚持公平、公正、求是、严谨的原则。为了课程考核工作进一步科学化和规范化，让考核起到“导向性”“反馈性”作用，客观科学地评价教学效果，促进教学质量不断提高。同时，考虑到微电子行业大多实行项目制度，团队协作对项目的完成至关重要。因此课程可以引入以项目为依据的团队考核制度，学生成绩由团队成绩和期末考试成绩两部分组成。

团队成绩：以团队为基本单元，分配不同学习和设计项目任务，由团队学生进行调研拆分项目学习任务，进行阶段性学习汇报和过程考核，期末进行项目结项考核。团队考核制以项目进展为依据，考察学生学习能力、对知识点应用能力、PPT制作能力和语言组织表达能力，更重要的是通过团队考核提高学生互帮互助、相互监督、团结协作的能力和意识。期末考核：重点考查学生对课程的基础知识、基本理论和基本技能的掌握，考查学生综合分析、理解和解决问题的能力，注重考题对学生创新思维的启发和创新能力的引导。

2.3 延伸科研实践，实现能力拓展

集成电路专业课程教学可与科学研究紧密结合。一方面通过邀请微电子行业专家针对前沿科研问题开展专业知识讲座，使学生了解行业发展动态，紧跟科研潮流。另外一方面鼓励学生课后参加创新实践项目，进行新结构、新材料的半导体器件和集成电路设计，将科学研究理念、方法、成果融入到学生实验教学。学生科研实践甚至可替代课程设计或者毕业设计。前沿科研讲座和实践活动非常有利于学生提高科研眼界、科研经验，提高学生科学创新意识和学习研究的能力。

3 结语

为推动国家集成电路产业发展，高素质专业人才培养迫在眉睫。理论知识教学和虚拟仿真实践相结合的教学模式将实现理论教学和实践演练的对接，增强学生动手实践能力的同时节约实验成本、避免危险环境。团队考核为主的考核机制将增强学生互助协作意识，提前适应项目团队合作模式。科研前沿专题讲座和科学创新实践活动将极大增进课程教学向科研的延伸，实现能力拓展甚至科技创新。在信息技术高速发展的今天，人才培养也需要与时俱进、培养模式改革实践永远在路上。