面向学生发展需求的微专业建设实践

徐超，田广军，周春宇，朱键卓，郭得峰

（燕山大学 理学院，河北秦皇岛 066000）

随着新一轮科技革命和产业变革的持续推进，社会发展需要具有完整知识体系的新时代人才，这推动了高校人才培养模式的变革，即更加注重由知识传授转变为知识、能力和素质的系统性培养，注重满足学生个性化发展和多样化成长的需要，从而提升人才培养供给与社会人才需求的契合度[1-2]。

众多学者深入研究和探讨学科交叉融合，在一定程度上解决了人才培养中知识面偏窄、应用创新能力不足等问题，在产业转型升级、教学改革创新等方面取得了一定成绩[3-4]。同时，为适应新的产业发展需求和人才培养目标，建设微专业已成为各高校普遍探索尝试的新思路[5-6]。

本文依托微电子专业，进行课程建设实践。微电子是以集成电路设计、制造与应用为代表的学科，是现代社会发展最迅速的高科技应用性学科之一，也是现代信息产业的基石[7]。微电子涉及的产业环节众多，如：半导体基材的冶炼、提纯和加工，半导体工艺所用高纯试剂的生产，半导体工艺废气、废液等无害化处理，半导体生产与测试设备的设计、制造，集成电路设计EDA 软件的开发等。这些产业覆盖了机械、材料、电气、信息、化学等多门学科。

学生经过微电子微专业的培养，可以开阔知识面，并发掘自身专业与微电子产业的融合点，助力未来的职业规划，拓宽个人的发展空间。与此同时，开设微电子微专业，可以促进具有不同专业背景的学生参与微电子专业的学习，对于培养复合型微电子专业人才、助力微电子产业的发展大有裨益。

1 面向学生发展需求的教学实践

截至目前，燕山大学微电子微专业共招收学生27名，学生来源主要集中在材料、电气、信息、机械和计算机学院。学生来源的广泛性，一方面反映了学生对于微专业学习的旺盛需求，另一方面也给传统课堂教学模式带来新的挑战。本文依托微电子微专业的建设实践，以解决学生学习存在的困难、激发学生学习兴趣、助力学生个人发展为目的，从课程组织形式和考核方式等方面进行了优化，并就微专业教学对教师提出的新要求进行了分析与思考。

1.1 构建辅助学生学习的知识溯源网络

相关研究表明：学习的过程，本质就是利用大脑里存储的知识来解释新知识、进而使新旧知识建立联系的过程，任何学习都是在学习者已有知识经验和认知结构、已获得技能素质的基础上进行的[7-9]。如果由于个体的差异，如：原有的旧知识本身不完备，或由旧知识向新知识的加工迁移出现困难，则会导致知识学习的连续性出现问题。该问题如果不能得到及时的解决，会影响后续一系列新知识的学习进程。

微专业要面向多学科背景学生进行授课，学生对相关前序课程内容掌握程度存在差异，在学习新知识时易出现知识迁移的困难。上述问题在教学中的具体表现为：学生参与课堂活动缺乏动力，表现不积极；学生无法将教师讲授的内容与自身原有知识建立合理和充分的联系，在知识结构上出现断层。

为了解决微专业教学中存在的问题，燕山大学理学院教师在教学活动中采用了一种组合方案。一是帮助学生构建一套相对完备的课程知识网络，使学生可以清晰地找到获取新知识的着力点；二是建立一套随堂测试评价方法，即时、全面评价学生的学习状态和效果。

图1 为集成电路原理课程中“闩锁效应”小节对应的知识点网络。内框中为该课程的课堂讲授内容，其中涉及的知识点覆盖多门前序课程。考虑到微专业教学的特殊性，将这些知识点的来源标注在外框中，使学生在预习和复习时可以有的放矢，提高效率。相关随堂测试题目也依据图1 进行编写，此处不再展开叙述。

图1 知识溯源网络示例

1.2 优化利于学科交融的教学组织形式

微专业是对原有专业的有益补充，以内容更精炼的课程提升学生的学习兴趣，是全面育人教学理念的新实践[10]。学生专业背景多样化，对传统教学模式带来了一定的挑战，同时也为教学方法的创新带来了机遇[11-12]。不同专业背景的学生聚集在一起进行交流和探讨，既是巩固、完善原有知识结构的过程，也是专业知识交叉融合的机会。

微电子微专业在教学活动的组织上，充分考虑学生多专业背景的现状，采用翻转课堂和差异化考核等新颖的教学和考核方式，在激发学生学习兴趣的同时，也引导学生发掘原专业和微电子微专业之间的内在联系，融入对未来职业规划的深度思考。

翻转课堂是一种重塑教师和学生角色定位的新型教学模式，在具体实施中可以有多种表现形式[13-14]。结合微电子相关课程特点和学生专业背景，笔者选择半导体工艺仿真课程的部分内容进行翻转课堂的尝试，学生根据专业背景的不同被分配相关内容的课堂讲授任务。例如：工艺仿真软件需安装在Linux 系统中，并熟悉Linux 系统的安装以及基本操作，这部分内容可分配给具有计算机专业背景的学生进行讲授，讲授内容包括但不限于Linux 系统与Windows 系统的差异、Linux 系统基本操作、工艺仿真软件的安装等。课程的整体安排如表1 所示。

表1 翻转课堂内容分配方案

上述翻转课堂的教学安排体现了“定制化”的效果，这种“定制化”是指学生在学习新知识（即一种应用软件的使用）的过程中寻找切入点的差异化处理，有助于学生更好地完成知识迁移。

该课程在考核阶段延续了这种“定制化”的模式。不同于上述切入点的差异化，课程考核是在学生已经完成新旧知识联系后进行的，即认为各专业学生基本习得了应用软件的使用方法，因此，这种考核需具备全面和系统的特征，考核的“定制化”体现在课程大作业题目与学生专业背景具有高度相关性方面。题目的差异化绝不是难度的差异化，而是该工艺仿真软件在具体应用中侧重点的差异化。针对微电子微专业学生的具体情况，笔者设计了若干题目供学生选择，具体如表2 所示。

表2 大作业考核题目

教学实践表明：学生对于和专业背景相关的题目兴趣浓厚，题目的完成度就会很高。整个大作业的实施过程，不仅是学生对工艺仿真软件的实际应用过程，也是学生深入理解微电子专业、专业知识交叉融合的过程。微电子涉及产业面很广，属于交叉学科。学生能在完成微专业课程的同时，对未来的职业发展有更深入的理解，是微专业人才培养的目标之一。

1.3 打造满足教学要求的教师教学团队

教师结合微专业的教学实践，并总结相关的教学经验可以发现：微专业的教学对教师提出了新的要求。这些要求不仅体现在教师专业知识的宽度和广度上，也体现在教师的耐心和责任感上，具体表现为以下两点：

一是微专业教学需要教师具备宽广的知识面。不同于专注于本专业教学的教师，从事微专业教学的教师需要面对多学科背景的学生。这些学生的知识结构呈现多样性，具备的微专业基础知识水平存在较大差异，为了在教学活动中对学生的问题更好地答疑解惑，教师需要结合学生原有的知识架构，帮助学生将原有知识和新知识建立有机联系。承担微专业教学的教师队伍，大多具有宽厚的理工科知识，教学和科研经验丰富，这成了支持微专业教学的一种无形资本，为微专业教学方案的设计提供了很大帮助。

二是微专业教学需要教师具有更多的耐心和责任感。微专业的学生来自不同的学院和年级，在微专业教学伊始，教师和学生之间缺乏了解，为了更好地开展教学工作，教师需要在较短时间内对学生的学情进行了解，通过课堂讨论或课下交流等多种渠道与学生进行沟通和互动，发现学生在微专业学习中出现的新问题；在教学活动开展过程中，教师需要针对不同学科背景的学生，采用个性化的教学引导方式；在完成微专业的阶段性教学工作后，教师要不断梳理面向微专业教学的新思路，完善微专业的教学方案。微专业对学生和教师都是一种新的体验，需要教师对微专业教学有足够的耐心和高度的责任感。

2 微专业建设实践的效果与思考

2.1 微专业学生的收获

通过学习微专业，学生在相对较短时间内系统性地完成一门专业的学习。不同于普通的专业培养，微专业着重于缩短培养周期，优选教学课程。学生完成一定的学习活动并通过相应的评价体系，就可以获得微专业的结业证书，这种培养模式的创新，充分调动了学生的学习热情，为他们提供了一种全面、系统、规范的提升能力的途径。微专业学生的选拔，不限于专业背景，只要具有相关理工科背景的学生，都可以参与微专业的学习。

通过学习微专业，学生加深对原有专业知识的理解，提升应用能力。微电子为前沿产业，教师在课堂中结合学生专业背景进行个性化引导，学生对于所学原专业在微电子产业乃至信息产业链中的位置会有全新的认识，这对于学生原有专业的学习具有正反馈作用。能够促进学生对专业知识应用前景的理解和把握，有助于学生提升学习兴趣并保有持久的学习动力。

通过学习微专业，学生能够开展职业规划，拓展就业方向，不断主动挖掘本专业和微专业之间的契合点，培养创新思维，拓展职业规划方向。

2.2 微专业建设的思考

首先，高校要优化微专业的培养计划。与普通专业的培养计划优化情形类似，为了与时俱进，微专业的培养计划也需要按照一定周期进行调整和优化。考虑到微专业是一种新的培养模式，微电子又是一门快速发展的学科，微电子微专业的培养计划应适时缩短优化的周期。

其次，高校要推进微专业教师教学水平进一步提升。为了更好地服务微专业的建设，任课教师需要不断自主学习。宽广的知识储备是微专业教师所必备的素质，教师需要和多专业背景的学生交流沟通。除此以外，任课教师要开展集体备课等教学活动，充分发挥集体的优势，在交流和沟通中探索微专业发展的最佳途径。在下一步工作中，高校还要推进任课教师与其他学院教师的定期交流，了解不同专业背景学生的学情，这对优化培养计划和教学内容都具有重要的指导意义。

3 结语

在微电子微专业教学实践中，燕山大学理学院教师建立了一套适应微专业人才培养的教学方案，以解决学生学习问题和激发学生学习兴趣为目的，完成了课程知识网络搭建，设计并优化了翻转课堂和差异化考核等教学手段，对基于微专业人才培养模式的教师队伍建设提出了建议。在未来的微专业建设中，燕山大学理学院教师将广泛听取毕业和在读学生的反馈意见和建议，不断优化教学内容，进一步改进教学方法，助力学生的全面发展。