集成电路人才培养模式新探

余柏林，李世国，李春霞，余法红

（1.深圳信息职业技术学院微电子学院，广东 深圳 518172；2.嘉兴学院信息学院，浙江 嘉兴 314001）

我国集成电路产业已经进入快速发展通道，近年来我国集成电路行业从业人员在51.2万人左右[1]，目前行业人才需求80万人左右，整个集成电路行业的人才需求还存在很大的缺口。目前我国高职类集成电路人才培养存在诸多问题，主要表现为四个方面。第一，教学内容存在专业技能老化、应用技术滞后的问题。比如在集成电路应用方面，目前大部分高职院校以8位单片机作为应用对象，而实际上8位单片机已经很难满足当前行业应用要求，大部分都使用16位或者32位单片机。第二，教学目的针对性不强。比如在硬件描述语言的教学中，主要是注重描述语言的语法知识，缺乏类似企业中的实战项目训练，对行业岗位的技术能力需求的针对性不强，容易造成教学与行业现状脱节。第三，各门课程之间缺乏清晰的边界性和连续性。比如“集成电路封装”和“集成电路测试”两门课程中，“集成电路可靠性测试”作为衔接知识点，容易出现重叠或者缺失的现象。比如集成电路版图设计、半导体工艺以及集成电路封装技术几门需要具有一定连续性的课程，在实际教学中各自为战[2]。第四，教学方法缺乏趣味性，难以形成生动的课堂教学，比如在“集成电路封装工艺”课程中，由于课程属于工艺介绍性，涉及的实训设备昂贵，学生难以实际操作，经常容易出现学生学习枯燥、老师纸上谈兵的现象，学生难以体会到学习的成就感[3-7]。因此，本文提出了“项目贯穿”式培养IC人才的教学模式。

项目贯穿式培养IC人才是加强理论与实战相结合、校企混合师资教学的一种教学模式。本文探索了“项目贯穿”人才培养模式改革，构建了集成电路专业项目贯穿的课程体系，与企业联合搭建了契合区域产业的项目贯穿的实践平台，提高学生的实战技能和职业素质。集成电路专业的项目贯穿教学中提出“深芯计划”，在“深芯计划”中提出以16位单片机芯片作为学习对象，学生从入校到毕业始终围绕同一芯片进行开发和应用，接下来甚至更新至32位单片机，并根据行业发展保持持续更新。同时，基于该芯片从前端设计、版图设计、半导体工艺、封装工艺、IC测试设计、失效分析和IC应用全流程的实战项目，在全流程项目中完成各门课程相关知识的学习，从而解决各门课程的教学内容连续性与边界性。在相关的工艺课程中引入IC工艺虚拟平台，通过虚拟设计，仿真企业实际工艺，增强工艺的直观性，提高学习趣味性。同时通过校企混合教学，在校内校外实训基地混合实训，引入企业实战项目，根据企业岗位需求进行训练，使教学的针对性更强，解决产教脱节的问题。从而提高IC人才培养的教学实效，培养创新型、复合型IC人才，实现IC人才培养的教育教学质量的稳步提升。

1 新时代对集成电路人才培养的能力需求分析

目前我国微电子技术专业的行业有多层次人才需求，对于大专毕业生来说，主要就业岗位为：集成电路版图设计工程师、集成电路测试工程师、集成电路生产与封装工艺工程师和电子产品开发生产工程师。根据不同的IC专业岗位对技术实战能力要求也不一样，版图设计类工程师要求掌握硬件描述语言，根据项目要求完成相应的IC设计；同时熟悉各个版图结构设计对应的IC制造工艺，具有对IC电路分析和版图问题解决能力。集成电路工艺工程师要求掌握IC制造的各个工艺流程，IC封装的工艺结构和工艺流程，具有根据IC失效现象分析IC封装问题并能提出相应的改进方案的能力。集成电路测试和应用工程师要求掌握IC测试方法，能根据项目要求编写IC应用程序，具有通过IC测试判断芯片是否失效以及相应功能的能力，具有与嵌入式工程师之间的岗位技能迁移能力[8-10]。

因此，通过对IC专业人才能力结构分析，IC领域需要复合型跨技术领域的人才，集成电路版图设计工程师需要精通前端设计、版图设计和IC工艺的复合型人才，集成电路工艺工程师需要精通设备工艺分析和芯片版图设计验证的复合型人才等；集成电路测试与应用工程师需要精通嵌入式设计和IC测试的工程型人才，在IC行业岗位精通技术技能，熟练操作软硬件设备。因此IC人才培养中需要传授知识和项目应用完美结合。

2 构建“项目贯穿”的IC人才培养新模式

教学体系的建立是人才培养的最重要环节，教学项目又是教学体系核心[11]，本文采用“项目贯穿”的方式建立完整的IC人才培养的教学体系。以IC设计和IC应用岗位为引导，以岗位能力培养为主线，以校内实训室和校外企业实训基地为平台，以项目训练情景化为条件，开展项目实践化教学，IC设计和应用的项目贯穿教学始终。教学体系是校企协同建设，企业参与人才培养全过程，共同制定人才培养方案与课程体系、共同组建教学团队、共建项目化优质教学资源、共同实施课程教学、共同负责学生就业。企校共同构建了集成电路行业人才培养各个关键要素，实现了人才培养背靠行业、融入产业，构建了“企校协同”的人才培养生态。

专业与企业融合，结合企业岗位技能需求制定IC人才培养目标，企业提供项目资源，专业岗位职业技能培养按照典型的IC芯片开发工作流程进行，采取“项目贯穿”式实践教学模式，进一步深化微电子技术专业培养方案；教学与生产相融合，通过学生在企业按照职业人岗位实践学习来达到岗位能力的培养目标。

2.1 建设“项目贯穿”的课程体系

“项目贯穿”课程体系是基于MSP430单片机芯片的设计、制造工艺、封装工艺、测试和应用几个模块上建设的，实施“一芯一专业”的教学体系。从MSP430芯片的前端设计、后端版图设计、半导体制造、芯片封装、成品测试到芯片应用全流程均分解成不同模块的项目，由一款芯片的全流程项目贯穿课程体系始终。全流程“项目贯穿”课程体系解决了各个课程之间边界不清晰的问题，同时又保证了课程之间的连续性，特别是核心课程“集成电路封装技术”“集成电路失效分析”和“集成电路测试技术”之间，传统的课程开设往往会造成知识点遗漏或重复的现象，比如“集成电路可靠性测试”作为“集成电路封装技术”和“集成电路测试技术”之间的衔接知识点，容易出现遗漏或重复情况；另外“集成电路可靠性分析”为“集成电路封装技术”和“集成电路失效分析”之间的衔接知识点，也会有类似现象。本课程体系以MSP430芯片为学习项目对象，结合企业芯片制造全流程，MSP430芯片的可靠性测试和分析均作为集成电路封装岗位工作的一部分，因此，将芯片可靠性测试和分析作为“集成电路封装技术”的一部分知识点，从而解决了课程之间边界性和连续性的问题。表1为“项目贯穿”的专业课程体系。

表1 “项目贯穿”的专业课程体系

2.2 建设贯穿式项目库

准确聚焦集成电路产业发展人才需求，联合IC设计、制造、销售以及EDA厂商的一线技术专家，建立了以前端设计、后端版图设计、半导体制造、芯片封装、成品测试到芯片应用为主线的人才培养方案。在校企协同的基础上，构建了贯穿式项目库。

根据MSP430芯片设计、制造、封装和应用全流程，在每个流程中建设相应的项目包，包括：IC设计前端项目包、FPGA开发项目包、IC设计后端项目包、IC系统仿真与验证项目包和IC封装设计项目包，共5个项目包构成IC设计项目库，项目数达30个。为了满足学生的个性化自主学习需求以及今后发展方向，学生可在完成项目设计时，自主选择不同的项目包。同时将根据学生学习能力参差不齐，将所有项目分为不同层次，以使学生在完成项目设计时能独立完成，保持学习兴趣和热情。同时，与企业联合开发新的IC设计项目，使教学内容与行业企业接轨，通过本IC设计项目库的学习，达到企业岗前培训的效果。最后通过项目设计的反馈，进一步优化实训室的建设。

为了确保实践教学项目内容与行业企业的实用性，本项目库由企业教师、竞赛师生和科研团队共同完成。企业教师将MSP430芯片从设计、制造到应用项目按照企业岗位方式建设，结合实际生产过程中产生的问题，设计成技术服务项目；竞赛师生将根据竞赛规则，把MSP430芯片全流程切分成各个子项目；科研团队结合科研实际情况，将MSP430芯片的全流程设计成科研项目，比如封装散热设计、封装互连设计等。同时，融入1+X集成电路开发与测试证书的内容，使项目库内容覆盖1+X证书考核范围，通过项目的训练达到1+X集成电路开发与测试证书教学培训效果。

2.3 建设“项目贯穿”校企合作实训基地和混编教师教学

以校企共建共享“粤港澳大湾区第三代半导体人才培养示范基地”为载体搭建一流的协同育人与协同创新平台，将“项目贯穿”教育模式融入实践教学体系。在数字后端设计、芯片验证、模拟版图设计、封装与测试、芯片应用等领域培养一批卓越技术技能人才。同时，发展校外实训基地。由于IC专业的实训室建设成本高，仅靠校内实训室的建设很难全面覆盖IC专业项目，必须充分利用企业资源，联合企业建设市级或省级校外实训基地，由企业教师制定“项目贯穿式”实践教学计划，结合企业实际情况，合理安排实训课程、指导实训过程，培养学生实际操作能力。同时在校外实训基地开展IC专业顶岗实习，结合学生意愿和企业需求，安排不同的职业岗位，提升学生IC综合项目的实战能力和职业素质。实行“一课多地”教学模式，根据不同的项目场地要求和设备要求，选择校内外实训基地，充分发挥校企共同创建实训基地的优势。

由于集成电路专业的实践性很强，以往的纸上谈兵式教学很难让学生充分掌握知识点，因此，本文中提出校内校外教师混合教学。课程中理论部分由校内教师讲解，实践部分由校外教师组织实施。每门课程的教学任务不限于一名教师承担，而是由一支教学团队共同承担，每个团队由课程经理总体负责，基于校内外实训基地，实行“一课多师”教学模式，根据项目知识、技能储备要求，充分发挥校企混编教师的理论和技能长处，确保每个项目从理论讲解到实践操作都能得到充分的理解和深刻的体会。校企共同制定课程标准，确定课程内容，实现课程标准与行业标准对接、教学内容与岗位需求对接。

2.4 “项目贯穿”IC人才培养体系的能力考核机制

根据岗位技能要求，确立高职类IC专业学生应该具备的相关知识和能力，制定相应的能力等级考试考核学生的知识能力水平。建立考核项目库，并根据项目完成难易程度，分为基础考核、综合考核和拔尖考核三个等级。通过项目以检验项目贯穿式实践教学效果和人才培养效果，建立完善的IC专业岗位实践能力等级考评机制，将IC专业考核机制从试卷转移到项目实践能力等级考核。

具体考核方式为项目过程考核。项目过程考核是在考核项目中建立多个任务节点，在规定时间内完成任务节点进度和质量作为衡量能力水平的标准。在设计类项目中，可以将电子系统设计项目根据功能分为多个模块，并设置成多个节点，在考核过程中必须完成相应模块的设计，根据模块实现的难易程度，每完成不同节点获得相应比例考核分；在工艺类项目中，将IC工艺流程分为多段工艺，并给每段工艺参数设置可选项，在考核过程中必须完成适当的IC工艺流程的操作和参数设置，根据IC工艺重要性，每完成不同工艺获得相应比例考核分。根据项目库的多层次考核机制，在考核过程中更能反映学生的真实学习情况，对其动手操作能力也得到进一步的加强，进一步体现工匠精神。

2.5 “项目贯穿”式教学成效

在“项目贯穿”的实施过程中，学生的学习积极性明显得到提高，学生的动手能力和自主思考能力明显得到加强，“项目贯穿”学习过程始终，对学生在实际过程中解决问题能力有很好的促进。通过“项目贯穿”式教学，以嵌入式芯片MSP430为专业学习对象，从设计到应用，使得学生在电子系统设计与应用的能力得到大幅度提高。近三年学生参加全国高职院校职业技能大赛的成绩明显提升，在2018年全国高职院校技能大赛中获得国家级一等奖，创造了本专业学生参赛最佳成绩，近三年连续获得国家级一等奖3项。此外，也将职业技能大赛融入到教学体系中，将赛项作为项目库的一部分，把职业技能竞赛作为教学中的一个平台，使得职业技能大赛在教学中常态化。同时，近期几届毕业生的用人单位满意度得到明显提升，毕业生的岗位竞争力明显得到提高，毕业生的平均薪酬在近三年也得到显著提高。

3 结语

本文提出“项目贯穿”的教学模式培养IC人才，打破了传统科学体系的教学模式，以适应集成电路人才的市场需求，提出以MSP430芯片为基础，将芯片设计和应用的全流程“项目贯穿”课程体系始终，实现“一芯一专业”的教学模式。探索了“项目贯穿”的课程体系、项目构建模式和“一课多师”“一课多地”的教学方式。通过“项目贯穿”的教学模式，增强了学生的学习兴趣，调动了学生学习积极性，显著地提升了学生的职业技能，同时使得学生在全国职业技能大赛中的成绩得到显著提升。以项目实战的技能要求为导向，实施IC项目技能项目贯穿的教学模式，推动高职IC领域人才培养的教育教学改革。