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发布时间:2018-11-04 08:52

  摘要:华盛顿协议的签署标志着我国的工程教育朝着国际化的目标在大踏步迈进,微电子技术是电子信息技术发展的基石,其工程性与实践性非常强,桂林电子科技大学在十余年的微电子专业教学过程中,对专业培养方案、理论与实践课程建设、课程群建设、创新创业课程建设等进行了不断的教改实践,并结合工程教育专业认证和科学研究实践,开展了科教协同培养,摸索出了具有桂电特色的微电子专业培养模式。


  关键词:微电子;课程改革;工程教育专业认证;科教协同;


  作者简介:徐卫林(1976—),男,湖南邵阳人,博士,副教授,研究方向:集成电路设计。


  1微电子专业与工程教育专业认证


  微电子科学与工程专业作为一门新兴学科是在材料科学、物理学、计算机科学、电子学与集成电路设计制造学等多个学科和超纯、超净、超精细加工技术基础上发展起来。该专业旨在培养具有扎实的数学物理基础,掌握半导体技术基本理论和应用,掌握现代集成电路和集成系统设计技术、工艺技术以及半导体器件的制造工艺,具有一定的实际工作能力和科学研究基础的创新型科学和工程技术人才。微电子技术是近几十年来发展最为迅猛的一门高科技应用性科学,是发展现代高新技术实现国民经济工业化和信息化的先导和基础,被誉为现代电子信息产业的心脏和高科技的原动力。国内大多数微电子专业是在“半导体物理与器件”专业或者“电子材料与器件”专业上发展起来的,是一个古老又年轻的学科专业。桂林电子科技大学在2002年设立了微电子专业,是国内比较早设立该专业的大学。经过十余年的发展,已经建立起较为完善合理的培养方案和课程体系。


  微电子专业是一个典型的工科专业,工程性和实践性非常强。工程教育是我国高等教育的重要组成部分,我国普通高校工科毕业生规模已位居世界第一。工程教育在国家工业化信息化进程中,对独立完整门类齐全的工业体系的形成与发展,有着不可替代的作用[1]。工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度,也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。工程教育专业认证的核心就是要确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求,是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。


  2016年6月2日,在马来西亚吉隆坡举行的国际工程联盟年会(IEAM2016)上,全票通过中国科协(CAST)代表我国由《华盛顿协议》预备会员转正,成为该协议第18个正式成员[2]。华盛顿协议是1989年由美国、爱尔兰、加拿大、澳大利亚、英国、新西兰6个国家的工程专业团体发起成立。此后,中国香港、南非、日本、新加坡、韩国、马来西亚、俄国、台北、斯里兰卡、土耳其、印度先后成为正式会员。我国是第18个。另有孟加拉国、墨西哥、哥斯达黎加、巴基斯坦、菲律宾、秘鲁6个预备成员国。


  在经济高度全球化的今天,该协议旨在推进工程技术专业全球化,建立学历教育与专业资格互认的体系,使得协议各国(地区)的工程教育具有可比性和等效性。《华盛顿协议》签约组织的认证标准普遍采用“产出导向(outcome-based)”的基本原则。即将受教育人员的素质和潜能表现作为衡量教学成果的依据,并以促进其持续改进作为认证的最终目标。认证的重点是考核“教育产出”(学生学到什么),更加关注教育的结果和产出,采用“能力导向”的认证标准。以学生为中心,首先是以学生能力的培养和达成为中心,培养方案的设计、教学活动和资源投入的绩效最终落脚在学生能力培养是否达成;其次是针对全体学生的合格性评价,不是少数优秀的学生,也不是抽样的学生。认证提出以质量持续改进为根本目的,认证的根本目的就是促进学校的持续改进,保证专业教育质量的持续提高。因此,在专业教育的各个环节,都应该有明确的质量控制要求及检查措施,检查的最终目的是将发现的问题反馈于改进工作中。包括对培养目标设定的定期检查,对出口要求实现程度的检查,对学生整个学习过程的评价,对课程、师资和支持条件能否达成培养目标实现状况的检查,以及将检查结果合理使用于各项改进工作中。


  2基于专业认证背景的微电子专业培养方案改革


  从2016年开始,微电子专业纳入了桂林电子科技大学大类招生的范畴,和通信工程、电子信息工程、电子科学与技术、导航工程等一起列入电子信息大类专业招生[3]。电子信息大类专业遵循“厚基础、宽口径、重实践”的教育理念,重视专业基础和专业技能培养。依托学科优势,关注学生个体充分发展,实施共性教育与个性培养相融合的模式。前一年半的时间内做大类培养,学习通识课程和学科基础课程,打下坚实基础。之后,学生根据个人专业志趣、成才规划、特长爱好主动选择合适的专业,完成个性化培养,成为高素质工程技术人才。


  微电子科学与工程专业在此基础上修订完善后两年半的专业培养,以培养具有扎实的数理基础和半导体技术基础,掌握半导体器件、集成电路与系统设计方法的工程技术人才。其培养方案如图1所示,分为课内教育和创新创业课程。课内教育分成理论课和实践课两大块,理论课包括通识课、必修课和选修课;实践课涵盖了实验教学、形式与政策实践、课内实习、课程设计与毕业设计。创新创业课程包括创新创业基本素质课程、创新创业基本技能课程、创新实践、科研实践和创业实践。创新创业基本素质课程包括开设的职业生涯规划、就业指导等;创新创业基本技能课程如集中培训、创新创业技能课程、漓江学堂等;创新实践、科研实践和创业实践方面如学科竞赛、本科生科教协同项目等。


  上述培养方案的制定,一方面体现了厚基础的目的,另一方面又特别注重培养学生的实践动手能力和创新创业能力,并且为实现上述目标配备了强有力的支撑平台,例如除了常规的基础实验室,还有微电子专业专门的IC设计实验室,以及工信部CSIP集成电路设计测试平台,创新学院,漓江学堂,实习企业等,微电子专业所在学科还是广西优势特色重点学科。以桂林电子科技大学首先倡导成立的广西高校课程联盟“广西漓江学堂”为例[4],它开创了多个“第一”,一是以培养学生的创新能力、提高学生的实践动手能力为目标,将在线课程、综合实验、虚拟仿真、课程竞赛融为一体;二是实施无次数限制的学习成绩评定模式,最终成绩由学生自主决定,改变了传统的考试方式;三是创建“线上线下互动、虚拟现实结合、学校企业协同”的全新课程教学模式。同时在课程认证、学生终身教育思想培养等方面进行探索和实践。目前有桂林理工大学、桂林航天工业学院、广西师范大学、桂林医学院、柳州职业技术学院、桂林旅游学院、桂林电子科技大学信息科技学院、桂林理工大学博文管理学院等高校加盟。


  3微电子专业的课程群与主线脉络


  微电子科学与工程专业在课程群的设置上注意了和高中物理的无缝对接,在此基础上分成两条主线开展培养,如图2所示。一条是物理与器件的主线,涵盖的主要课程有大学物理、固体物理、半导体物理、微电子器件、半导体集成电路、IC设计实践。这一条主线和物理专业、材料科学与工程专业等有较多地相通之处,体现的是“厚基础”的培养目标。第二条主线是电路与系统的主线,主要的课程有电路分析基础、信号与系统、模拟电子技术、数字逻辑、EDA技术(硬件描述语言)、通信电子线路、电磁场与微波技术、通信原理、微处理器原理等,这条主线和通信工程、电子信息工程、电子科学与技术等电子类专业有很多的相通之处,体现了微电子专业在电路与系统主线上的培养目标。大三、大四阶段设置了微电子器件工艺、现代模拟集成电路原理及应用、射频集成电路设计、VLSI设计与封装测试、ASIC设计原理等专业限选课程,体现出微电子专业的专业特色和培养深度。当然,为了很好地配合上述课程群培养目标的实现,需要设置一系列的数学与工具基础课程,如高等数学、线性代数、复变函数、C语言、工程制图等,还有课程设计Ⅰ(基础工程设计)和课程设计Ⅱ(专业工程设计)来进行提升培养效果。最后在第八学期通过毕业设计和毕业论文检测学生四年的学习效果,学生可以完整地从前端设计仿真到后端版图仿真来完成一个芯片模块的整个设计过程。


  4课程改革与科教协同培养


  专业的教改实践不仅仅体现在培养方案的制定上,更需要落实到每门课程的具体教学内容上。作者在这方面也进行了多年的教改实践,例如现代模拟集成电路原理及应用课程。作者从2006年开始担任此课程的教学工作并进行了十年的改革实践。这门课程最初是一门各个专业都可以选修的任选课程,教材和教学内容是以电流模系统模块的应用介绍为主,虽然粗略地介绍了这些模块的晶体管电路构成,但是并没有深入涉及晶体管电路的具体设计,对于非微电子专业的学生来说比较合适,但是对微电子专业的学生来说有点浅尝辄止。为了解决这个问题,通过多年的更改选择最后选定了Razavi编著的全美经典教材《模拟CMOS集成电路设计》[5],这本教材系统地介绍了芯片设计所需要了解的器件和工艺基础,并系统地介绍了基本组态的放大电路、电流镜、带隙基准电压源、折叠和套筒运放、频响与稳定性及其补偿等,特别强调增益、摆幅、功耗、芯片面积等各个设计指标之间的折中与优化。总体来说,选择这本从国外引入的优秀的经典教材更适合作为微电子科学与工程专业的培养教材,其完全吻合了微电子方向的培养需要。通过改革,提高了课堂活力,激发了学生的学习兴趣,促进了课堂教学质量的有效提高。


  基础课程的培养同样需要不断地进行教改,今天我们的高等教育早已经进入了大众化的阶段,学生们的探究钻研精神呈现下降的趋势,如何提升培养质量是需要从多方面进行思考的。以电路分析基础课程为例,在2016年教学实践中,笔者采取了下面的一系列措施来提升培养质量,首先是一开始就建立了电路分析QQ群,以方便学生随时随地可以找到老师并向老师提问,同时每周都固定在星期四晚上在教研室为学生做定期课程辅导答疑。在每章的新课开始之前,在QQ群发布预习指南,并发布适当的预习练习试题,每个章节结束后再发布复习大纲。同时,QQ群中不时地开展一些典型问题讨论、考研试题分析、试题擂台赛等。在5月份期中的时候,印发试题进行段考,以方便同学们检测自己的学习情况,做阶段总结。此外,每两到三章结束之后,专门申请额外的时间上习题解答课,期末考试之前,安排了三天的辅导答疑时间。总的来说,培养过程涵盖了预习提示、上课、复习提示、现场答疑与QQ群答疑、习题课、段考、考前答疑与实验八个方面。


  为了使本科培养不拘泥于教材,实现科教协同、创新创业培养无疑是非常重要的。以创新创业课程中的科研实践为例,桂林电子科技大学专门出台了相关的文件,通过本科生和研究生导师签订科教协同合同,本科生参与研究生导师的科研课题,研究生导师为本科生支付一定的合同经费,本科生在完成科教协同任务后,依据完成的情况就可以替代课程设计或者毕业设计。通过类似的办法,本科生能够和研究生、研究生导师一起参与前沿科研实践,非常有利于培养学生的科研眼界、科研经验和终生学习研究的能力。


  5结语


  该文总结了桂林电子科技大学十余年来在微电子科学与工程专业培养上的一些教改实践,通过微电子系全体老师们的努力,微电子科学与工程专业的课程设置、培养方案等都在逐年完善与提升,毕业生质量也在稳步提高。但是,在信息技术特别是微电子技术高速发展的今天,专业培养也必须与时俱进,专业教改实践永远在路上。本文来自《上海建设科技》杂志

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