- 相關(guān)推薦
集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)課程體系改革與實(shí)踐
集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)課程體系改革與實(shí)踐
謝海情，唐立軍，唐俊龍，文勇軍，彭潤(rùn)伍，周曉萍
�。ㄩL(zhǎng)沙理工大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004）
摘要：專業(yè)課程體系是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要保障。為實(shí)現(xiàn)我校集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)已提出的創(chuàng)新型集成電路設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)模式，結(jié)合我校目前人才培養(yǎng)現(xiàn)狀與特征，改革優(yōu)化集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)課程體系。提出“4＋3＋2”專業(yè)課程體系，并優(yōu)化集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)課程的授課內(nèi)容。
關(guān)鍵詞：課程體系改革；教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化；集成電路設(shè)計(jì)
基金項(xiàng)目：本文系長(zhǎng)沙理工大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JG1348）的研究成果
作者簡(jiǎn)介：謝海情（1982-），男，湖南耒陽(yáng)人，長(zhǎng)沙理工大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，講師。
以集成電路為龍頭的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)是國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的重要基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性支柱產(chǎn)業(yè)。國(guó)家高度重視集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2000年，國(guó)務(wù)院頒發(fā)了《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》（18號(hào)文件），2011年1月28日，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》，2011年12月24日，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《集成電路產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。然而，我國(guó)的集成電路設(shè)計(jì)水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。2013年，全國(guó)進(jìn)口產(chǎn)品金額最大的類別是集成電路芯片，超過石油進(jìn)口。2014年3月5日，國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)在兩會(huì)上的政府工作報(bào)告中，首次提到集成電路（芯片）產(chǎn)業(yè)，明確指出，要設(shè)立新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新平臺(tái)，在新一代移動(dòng)通信、集成電路、大數(shù)據(jù)、先進(jìn)制造、新能源、新材料等方面趕超先進(jìn)，引領(lǐng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2014年6月，國(guó)務(wù)院頒布《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，加快推進(jìn)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展，10月底1200億元的國(guó)家集成電路投資基金成立。集成電路設(shè)計(jì)人才是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要保障。2010年，我國(guó)芯片設(shè)計(jì)人員達(dá)不到需求的10%，集成電路設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)高等院校的一個(gè)迫切任務(wù)[1]。為滿足市場(chǎng)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求，2001年，教育部開始批準(zhǔn)設(shè)置“集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)”本科專業(yè)[2]。
我校2002年開設(shè)電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)，期間，由于專業(yè)調(diào)整，暫停招生。2012年，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)恢復(fù)本科招生，主要專業(yè)方向?yàn)榧呻娐吩O(shè)計(jì)。為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，提出了集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式[3]。本文根據(jù)培養(yǎng)模式要求，從課程體系設(shè)置、課程內(nèi)容優(yōu)化兩個(gè)方面對(duì)集成電路設(shè)計(jì)方向的專業(yè)課程體系進(jìn)行改革和優(yōu)化。
一、專業(yè)課程體系存在的主要問題
1.不太重視專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)�！皩I(yè)物理”、“固體物理”、“半導(dǎo)體物理”和“晶體管原理”是集成電路設(shè)計(jì)的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)更好地學(xué)習(xí)專業(yè)方向課提供理論基礎(chǔ)。如果基礎(chǔ)不打扎實(shí)，將導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程時(shí)存在較大困難，更甚者將導(dǎo)致其學(xué)業(yè)荒廢。例如，如果沒有很好掌握MOS晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理和工作特性，學(xué)生在后面學(xué)習(xí)CMOS模擬放大器和差分運(yùn)放電路時(shí)將會(huì)是一頭霧水，不可能學(xué)得懂。
但國(guó)內(nèi)某些高校將這些課程設(shè)置為選修課，開設(shè)較少課時(shí)量，學(xué)生不能全面、深入地學(xué)習(xí)；有些院校甚至不開設(shè)這些課程[4]。比如，我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)就沒有開設(shè)“晶體管原理”這門課程，而是將其內(nèi)容合并到“模擬集成電路原理與設(shè)計(jì)”這門課程中去。
2.課程開設(shè)順序不合理。專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)方向課和寬口徑專業(yè)課之間存在環(huán)環(huán)相扣的關(guān)系，前者是后者的基礎(chǔ)，后者是前者理論知識(shí)的具體應(yīng)用。并且，在各類專業(yè)課的內(nèi)部也存在這樣的關(guān)系。如果在前面的知識(shí)沒學(xué)好的基礎(chǔ)上，開設(shè)后面的課程，將直接導(dǎo)致學(xué)生學(xué)不懂，嚴(yán)重影響其學(xué)習(xí)積極性。例如：在某些高校的培養(yǎng)計(jì)劃中，沒有開設(shè)“半導(dǎo)體物理”，直接開設(shè)“晶體管原理”，造成了學(xué)生在學(xué)習(xí)“晶體管原理”課程時(shí)沒有“半導(dǎo)體物理”課程的基礎(chǔ)，很難進(jìn)入狀態(tài)，學(xué)習(xí)興趣受到嚴(yán)重影響[5]。具體比如在學(xué)習(xí)MOS晶體管的工作狀態(tài)時(shí)，如果沒有半導(dǎo)體物理中的能帶理論，就根本沒辦法掌握閥值電壓的概念，以及閥值電壓與哪些因素有關(guān)。
3. 課程內(nèi)容理論性太強(qiáng)，嚴(yán)重打擊學(xué)生積極性�！皩I(yè)物理”、“固體物理”、“半導(dǎo)體物理”和“晶體管原理”這些專業(yè)基礎(chǔ)課程本身理論性就很強(qiáng)，公式推導(dǎo)較多，并且要求學(xué)生具有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。而我們有些教師在授課時(shí)，過分強(qiáng)調(diào)公式推導(dǎo)以及電路各性能參數(shù)的推導(dǎo)，而不是側(cè)重于對(duì)結(jié)構(gòu)原理、工作機(jī)制和工作特性的掌握，使得學(xué)生（尤其是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差的學(xué)生）學(xué)習(xí)起來(lái)很吃力，學(xué)習(xí)的積極性受到極大打擊[6]。
二、專業(yè)課程體系改革的主要措施
1“。 4+3+2”專業(yè)課程體系。形成“4+3+2”專業(yè)課程體系模式：“4”是專業(yè)基礎(chǔ)課“專業(yè)物理”、“半導(dǎo)體物理”、“固體物理”和“晶體管原理”；“3”是專業(yè)方向課“集成電路原理與設(shè)計(jì)”、“集成電路工藝”和“集成電路設(shè)計(jì)CAD”；“2”是寬口徑專業(yè)課“集成電路應(yīng)用”、“集成電路封裝與測(cè)試”，實(shí)行主講教師負(fù)責(zé)制。依照整體優(yōu)化和循序漸進(jìn)的原則，根據(jù)學(xué)習(xí)每門專業(yè)課所需掌握的基礎(chǔ)知識(shí)，環(huán)環(huán)相扣，合理設(shè)置各專業(yè)課的開課先后順序，形成先專業(yè)基礎(chǔ)課，再專業(yè)方向課，然后寬口徑專業(yè)課程的開設(shè)模式。
我校物理與電子科學(xué)學(xué)院本科生實(shí)行信息科學(xué)大類培養(yǎng)模式，也就是三個(gè)本科專業(yè)大學(xué)一年級(jí)、二年級(jí)統(tǒng)一開設(shè)課程，主要開設(shè)高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)等課程，重在增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)知識(shí)，為各專業(yè)后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)方向課的學(xué)習(xí)打下很好的理論基礎(chǔ)。從大學(xué)三年級(jí)開始，分專業(yè)開設(shè)專業(yè)課程。為了均衡電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生各學(xué)期的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，大學(xué)三年級(jí)第一學(xué)期開設(shè)“理論物理導(dǎo)論”和“固體物理與半導(dǎo)體物理”兩門專業(yè)基礎(chǔ)課程。其中“固體物理與半導(dǎo)體物理”這門課程是將固體物理知識(shí)和半導(dǎo)體物理知識(shí)結(jié)合在一起，課時(shí)量為64學(xué)時(shí)，由2位教師承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，其目的是既能讓學(xué)生掌握后續(xù)專業(yè)方向課學(xué)習(xí)所需要的基礎(chǔ)知識(shí)，又不過分增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)。大學(xué)三年級(jí)第二學(xué)期開設(shè)“電子器件基礎(chǔ)”、“集成電路原理與設(shè)計(jì)”、“集成電路設(shè)計(jì)CAD”和“微電子工藝學(xué)”等專業(yè)課程。由于“電子器件基礎(chǔ)”是其他三門課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，為了保證學(xué)習(xí)的延續(xù)性，擬將“電子器件基礎(chǔ)”這門課程的開設(shè)時(shí)間定為學(xué)期的1~12周，而其他3門課程的開課時(shí)間從第6周開始，從而可以保證學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)方向課時(shí)具有高的學(xué)習(xí)效率和大的學(xué)習(xí)興趣。另外，“集成電路原理與設(shè)計(jì)”課程設(shè)置96學(xué)時(shí)，由2位教師承擔(dān)教學(xué)任務(wù)。并且，先講授“CMOS模擬集成電路原理與設(shè)計(jì)”的內(nèi)容，課時(shí)量為48學(xué)時(shí)，開設(shè)時(shí)間為6~17周；再講授“CMOS數(shù)字集成電路原理與設(shè)計(jì)”的內(nèi)容，課時(shí)量為48學(xué)時(shí)，開設(shè)時(shí)間為8~19周。大學(xué)四年級(jí)第一學(xué)期開設(shè)“集成電路應(yīng)用”和“集成電路封裝與測(cè)試技術(shù)”等寬口徑專業(yè)課程，并設(shè)置其為選修課，這樣設(shè)置的目的在于：對(duì)于有意向考研的同學(xué)，可以減少學(xué)習(xí)壓力，專心考研；同時(shí)，對(duì)于要找工作的同學(xué)，可以更多了解專業(yè)方面知識(shí)，為找到好工作提供有力保障。
2.優(yōu)化專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容。由于我校物理與電子科學(xué)學(xué)院本科生采用信息科學(xué)大類培養(yǎng)模式，專業(yè)課程要在大學(xué)三年級(jí)才能開始開設(shè)，時(shí)間緊湊。為實(shí)現(xiàn)我校集成電路設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)緊跟集成電路發(fā)展前沿、具有較強(qiáng)實(shí)用性和創(chuàng)新性的集成電路設(shè)計(jì)人才，需要對(duì)集成電路設(shè)計(jì)方向?qū)I(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。其學(xué)習(xí)重點(diǎn)應(yīng)該是掌握基礎(chǔ)的電路結(jié)構(gòu)、電路工作特性和電路分析基本方法等，而不是糾結(jié)于電路各性能參數(shù)的推導(dǎo)。
在“固體物理與半導(dǎo)體物理”和“晶體管原理”等專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，要盡量避免冗長(zhǎng)的公式及煩瑣的推導(dǎo)，側(cè)重于對(duì)基本原理及特性的物理意義的學(xué)習(xí)，以免削弱學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。MOS器件是目前集成電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，因此，在“晶體管原理”中應(yīng)當(dāng)詳細(xì)講授MOS器件的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性，而雙極型器件可以稍微弱化些。
對(duì)于專業(yè)方向課程，教師不但要講授集成電路設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，也要側(cè)重于集成電路設(shè)計(jì)工具的使用，以及基本的集成電路版圖知識(shí)、集成電路工藝流程，尤其是CMOS工藝等相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力、實(shí)際動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和社會(huì)適應(yīng)能力的重要環(huán)節(jié)。因此，在專業(yè)方向課程中要增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時(shí)量。例如，在“CMOS模擬集成電路原理與設(shè)計(jì)”課程中，總課時(shí)量為48學(xué)時(shí)不變，理論課由原來(lái)的38學(xué)時(shí)減少至36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)由原來(lái)的10學(xué)時(shí)增加至12個(gè)學(xué)時(shí)。36學(xué)時(shí)的理論課包含了單級(jí)運(yùn)算放大器、差分運(yùn)算放大器、無(wú)源/有源電流鏡、基準(zhǔn)電壓源電路、開關(guān)電路等多種電路結(jié)構(gòu)。12個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中2學(xué)時(shí)作為EDA工具學(xué)習(xí)，留給學(xué)生10個(gè)學(xué)時(shí)獨(dú)自進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。從而保證學(xué)生更好地理解理論課所學(xué)知識(shí)，融會(huì)貫通，有效地促進(jìn)教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
三、結(jié)論
集成電路產(chǎn)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)信息化的重要基礎(chǔ)，而集成電路設(shè)計(jì)人才是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。本文根據(jù)調(diào)研結(jié)果，分析目前集成電路設(shè)計(jì)本科專業(yè)課程體系存在的主要問題，結(jié)合我校實(shí)際情況，對(duì)我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)集成電路設(shè)計(jì)方向的專業(yè)課程體系進(jìn)行改革，提出“4＋3＋2”專業(yè)課程體系，并對(duì)專業(yè)課程講授內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。從而滿足我校集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的要求，為培養(yǎng)實(shí)用創(chuàng)新型集成電路設(shè)計(jì)人才提供有力保障。
參考文獻(xiàn)：
[1]段智勇，弓巧俠，羅榮輝，等。 集成電路設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)課程體系改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，（5 ）。
[2]方卓紅，曲英杰。關(guān)于集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)本科專業(yè)課程體系的研究[J].科技信息，2007，（27）。
[3]謝海情，唐立軍，文勇軍。 集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式探索[J].電力教育，2013，（28）。
[4]劉勝輝，崔林海，黃海。集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)課程體系研究與實(shí)踐[J].教育與教學(xué)研究，2008，（22）。
[5]楊媛，余寧梅，高勇。半導(dǎo)體集成電路課程改革的探索與思考[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2008，（3 ）。
[6]殷樹娟，齊臣杰。集成電路設(shè)計(jì)的本科教學(xué)現(xiàn)狀及探索[J].中國(guó)電力教育，2012，（4 ）。
【集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)課程體系改革與實(shí)踐】相關(guān)文章：
淺談職業(yè)學(xué)校機(jī)械加工專業(yè)課程體系改革08-25
模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)課程體系整體改革方案及實(shí)施08-13
生物技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系改革與實(shí)踐探討08-17
面向人才市場(chǎng)需求的鋼結(jié)構(gòu)課程體系改革08-17
物流管理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革研究08-18
新課改下英語(yǔ)教法改革與學(xué)法改革的實(shí)踐與反思08-18
《工程材料》課程改革與實(shí)踐08-17