微電子技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革探討

柏娜

摘要： 微電子技術(shù)是電子、電氣類等工科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。作者在調(diào)研該課程現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探討了增強(qiáng)教學(xué)效果的幾種方法。

關(guān)鍵詞： 微電子學(xué)專業(yè)微電子技術(shù)課程教學(xué)改革

在當(dāng)今的信息時代，微電子學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)深入國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。微電子技術(shù)的發(fā)展需要大量的多種多樣的人才，既需要設(shè)計和制造的人才，又需要科研和教學(xué)的人才，也需要管理和市場開發(fā)等方面的人才。因此，微電子學(xué)專業(yè)與其他專業(yè)一樣要培養(yǎng)高素質(zhì)的專門人才，在業(yè)務(wù)素質(zhì)方面，要培養(yǎng)出既具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)又具有很強(qiáng)的技術(shù)意識和技術(shù)能力的人才，培養(yǎng)出具有微電子背景的理工科復(fù)合型專業(yè)人才，以適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)和社會發(fā)展的需求。

一、課程現(xiàn)狀

由于受傳統(tǒng)辦學(xué)模式的影響很深，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、適應(yīng)環(huán)境的能力還不強(qiáng)。

1.課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容在一定程度上脫離實(shí)際需要。許多課程的內(nèi)容和實(shí)施計劃與其他本科專業(yè)有相當(dāng)?shù)睦淄?，這對基礎(chǔ)相對薄弱的學(xué)校學(xué)生來說可謂是難上加難，導(dǎo)致掌握的基礎(chǔ)知識不堅實(shí)。

2.工程教育的非工程化現(xiàn)象嚴(yán)重，學(xué)生能力的培養(yǎng)與當(dāng)前電子技術(shù)實(shí)際需要的技能結(jié)合不緊密；教學(xué)內(nèi)容重復(fù)，層次不分明，銜接不科學(xué)，注重每門課程理論體系的完整性，但輕視課程之間的橫向聯(lián)系。

3.重視教材的編寫，輕視專業(yè)建設(shè)和課程的開發(fā)。

4.授課方式單一，重視教師的主導(dǎo)作用，輕視學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、自主性，實(shí)施“以講為主”的教學(xué)方法仍然偏重，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。

5.實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，許多學(xué)校對許多課程的教學(xué)實(shí)施手段與要求相距甚遠(yuǎn)。

二、教學(xué)內(nèi)容的改革

1.微電子學(xué)專業(yè)的學(xué)生必須掌握電子線路的基本概念理論和方法，必須系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)等電子線路的基礎(chǔ)知識。但是這些基礎(chǔ)課程與微電子專業(yè)課程的內(nèi)容有許多重復(fù)之處，比如：《電子線路》教材中的內(nèi)容與微電子學(xué)專業(yè)的《集成電路設(shè)計原理》等課程中的內(nèi)容有許多重復(fù)。為了避免重復(fù)，需要有合理的開課時間安排，如《電子線路》課程應(yīng)安排在《集成電路設(shè)計原理》之前，這樣有利于合并課程中相互重疊的部分，既節(jié)約課時，又保證學(xué)生的系統(tǒng)學(xué)習(xí)。隨著大規(guī)模集成電路和電子計算機(jī)的迅速發(fā)展，電子電路分析與設(shè)計方法發(fā)生了重大的變革，以電子計算機(jī)輔助分析與設(shè)計為基礎(chǔ)的電子設(shè)計自動化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電子電路、集成電路與系統(tǒng)的設(shè)計之中，它改變了以定量估算和電路實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)設(shè)計方法，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是必不可少的工具與手段。因此，微電子技術(shù)專業(yè)課程內(nèi)容應(yīng)該增加計算機(jī)輔助分析與設(shè)計，可以與集成電路課程緊密結(jié)合起來，以適應(yīng)教學(xué)改革的需要。

2.加強(qiáng)計算機(jī)的訓(xùn)練與應(yīng)用，EDA設(shè)計技術(shù)是微電子技術(shù)的重要技術(shù)之一，集成電路的整個設(shè)計過程都普遍使用計算機(jī)輔助或電子自動化設(shè)計技術(shù)的工具，以計算機(jī)為基礎(chǔ)，因此培養(yǎng)的學(xué)生必須具有很強(qiáng)的計算機(jī)應(yīng)用和電路開發(fā)能力。學(xué)生在本科四年學(xué)習(xí)過程中要結(jié)合不同時期的學(xué)習(xí)內(nèi)容，不斷地進(jìn)行計算機(jī)訓(xùn)練。不僅在硬件方面，而且在軟件方面，都要進(jìn)行嚴(yán)格的訓(xùn)練。在學(xué)習(xí)《計算機(jī)基礎(chǔ)》、《B語言》、《微機(jī)原理及應(yīng)用》、《算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》等計算機(jī)基礎(chǔ)課程期間，要結(jié)合上機(jī)訓(xùn)練和編寫基本的程序，使學(xué)生熟悉計算機(jī)的基本原理和基本軟件的使用。同時，要不斷地更新和補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，把最新的技術(shù)內(nèi)容引入教學(xué)中，對學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)訓(xùn)練。

三、教學(xué)方法的改革

工程性、系統(tǒng)性和適用性強(qiáng)是該課程的顯著特點(diǎn)。大部分學(xué)生在學(xué)完這門課程后，只是了解了一些專業(yè)術(shù)語，掌握了一些基本原理及方法，但理論知識運(yùn)用不夠靈活，稍微復(fù)雜的電路圖就看不懂了，也不會分析和調(diào)試電路，更談不上設(shè)計和制作電路。長期以來，學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)普遍感到比較吃力，甚至一些學(xué)生由于在學(xué)習(xí)該課程時產(chǎn)生了畏懼感，在以后的學(xué)習(xí)中凡是遇到跟模擬電路有關(guān)聯(lián)的課程都不自覺地帶有畏難情緒，從而影響了后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，許多老師反映難教，教學(xué)效果比較差。所以必須對傳統(tǒng)的教學(xué)手段進(jìn)行改進(jìn)。

1.授課。學(xué)生注意力的高低，是評判教學(xué)成功與否的一個重要指標(biāo)。微電子技術(shù)課程知識點(diǎn)多、內(nèi)容抽象，學(xué)習(xí)過程中困難大。傳統(tǒng)的教學(xué)手段以板書和理論分析講授為主。這樣的教學(xué)過程，學(xué)生在學(xué)習(xí)時聽起來、看起來枯燥乏味，注意力常常不集中，對于該課程中很多抽象的概念難以理解，講課效率低下。而多媒體課件融圖、文、聲為一體，動靜結(jié)合，把看、聽、說、寫、想結(jié)合在一起，圖文并茂、視聽結(jié)合，富有吸引力，能引起學(xué)生的無意注意，使學(xué)生的注意力穩(wěn)定集中，可以更好地增強(qiáng)聽課效果。教師交替使用幾種授課方法可有效引導(dǎo)學(xué)生將注意力集中到教學(xué)中來，從而保證教學(xué)質(zhì)量。

2.開展課堂討論。把時間留給學(xué)生，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性在教學(xué)過程中，專門抽出時間留作課堂討論，以學(xué)生獨(dú)立自主學(xué)習(xí)為前提，以課外文獻(xiàn)閱讀為討論內(nèi)容，通過科研專題討論的形式，為學(xué)生提供充分自由的表達(dá)、質(zhì)疑、探究、討論問題的機(jī)會，將自己所學(xué)知識應(yīng)用于解決實(shí)際問題。這樣可調(diào)動學(xué)生的積極性，促使他們自己去獲取知識以及發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題，從而開發(fā)學(xué)生的智力，培養(yǎng)自學(xué)能力及創(chuàng)新能力。

3.實(shí)驗(yàn)和仿真。在集成電路設(shè)計及CAD技術(shù)教學(xué)內(nèi)容中加入實(shí)踐環(huán)節(jié)，在講授理論知識的基礎(chǔ)上增加VHDL模擬、電路模擬、器件模擬、工藝模擬的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，充分利用學(xué)校的EDA實(shí)驗(yàn)資源，在實(shí)驗(yàn)中利用可視化的技術(shù)使原本抽象、實(shí)驗(yàn)難度大、成本高或無法演示的內(nèi)容形象化、可視化，使復(fù)雜、枯燥的內(nèi)容變得直觀、有趣、容易理解，從而充分調(diào)動學(xué)生的積極性，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，適時進(jìn)行簡練清晰的解說，給學(xué)生留下深刻的印象，使學(xué)習(xí)變得輕松而愉快，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，深化理論學(xué)習(xí)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和走上工作崗位打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。在集成電路制造工藝講授過程中，盡可能地組織學(xué)生參觀各類先進(jìn)的半導(dǎo)體制作工藝相關(guān)實(shí)驗(yàn)室，提高學(xué)生對制作工藝的感性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生以后從事微電子行業(yè)的興趣。

隨著計算機(jī)硬件的飛速進(jìn)步和軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)成為當(dāng)前流行的新型教學(xué)手段。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，由于實(shí)驗(yàn)室購置的設(shè)備和儀器，特別是微電子專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備價格高昂、操作復(fù)雜、容易損傷，同學(xué)們很難得到上機(jī)鍛煉的機(jī)會。而使用基于虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)方式，過程簡單靈活，交互方式多樣，結(jié)果直觀明了，既能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和分析、綜合能力，又能提高學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。虛擬仿真技術(shù)在微電子專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個方面：一是在電路設(shè)計方面，基于電子設(shè)計自動化EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電子線路（包括集成電路與版圖）的模擬仿真；二是在微電子工藝與器件方面，基于半導(dǎo)體工藝和器件的計算機(jī)輔助技術(shù)TCAD實(shí)現(xiàn)對微電子制造工藝和半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)及工作過程的仿真與演示。使用仿真軟件所提供的強(qiáng)大功能，包括軟件所具有的可升級性，在課堂和實(shí)驗(yàn)中通過軟件設(shè)計微電子電路、工藝和器件，在屏幕上模擬其功能，可使教學(xué)概念清晰，內(nèi)容生動，過程可視，還能夠大幅節(jié)省實(shí)驗(yàn)設(shè)備的購置和維護(hù)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)高效。

4.課程設(shè)計。課程設(shè)計可以培養(yǎng)學(xué)生綜合分析、實(shí)際動手能力，同時能夠培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題、探索創(chuàng)新能力及組織所學(xué)知識的能力，更為重要的是這些設(shè)計能增加學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性。教師要組織帶有研制產(chǎn)品意義的綜合性應(yīng)用課題，指導(dǎo)學(xué)生小組做設(shè)計。學(xué)生可以事先對自己的設(shè)計方案進(jìn)行仿真研究，然后實(shí)施，從而節(jié)省設(shè)計時間，節(jié)約體力和精力。課程設(shè)計應(yīng)激發(fā)學(xué)生的科研興趣，活躍學(xué)生的思維，開闊學(xué)生的知識面，促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)知識的綜合運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)研究的能力，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體質(zhì)量和水平。例如以研制有新技術(shù)指標(biāo)要求的集成溫度傳感器為課題，讓學(xué)生首先利用計算機(jī)做電路綜合、模擬調(diào)整、仿真、版圖設(shè)計與驗(yàn)證并制備出掩模版，然后投片到芯片測試，根據(jù)測試結(jié)果分析問題，必要時返回進(jìn)行第二次、第三次設(shè)計和投片。這個階段要增加工藝制備實(shí)踐的環(huán)節(jié)，注意工藝技術(shù)的培養(yǎng)。當(dāng)然，要在畢業(yè)設(shè)計的有限時間中成功地研制出一個新的微電子產(chǎn)品是不大可能的，但是，把這種有創(chuàng)新意義的課題讓學(xué)生去實(shí)踐，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力會起很大的作用。

四、結(jié)語

目前，我國人才供求結(jié)構(gòu)中存在著嚴(yán)重的“所供非所求，所教非所需”的不對稱現(xiàn)象：一方面，我國對集成電路設(shè)計師的需求達(dá)幾十萬，人才缺口很大，另一方面，我國每年卻有大批的大學(xué)生畢業(yè)后找不到工作，造成巨大的就業(yè)壓力。要解決這一問題，高校教育要針對我國集成電路制造和設(shè)計人才缺乏的現(xiàn)狀探索新型的高水平、復(fù)合型的集成電路人才培養(yǎng)模式，面向市場，及時了解微電子產(chǎn)業(yè)的人才需求情況，根據(jù)市場需要，及時調(diào)整教學(xué)體系，確定人才培養(yǎng)方向，探索新的教學(xué)模式，有效提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)適合時代發(fā)展需要的人才。

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