基于CDIO的微電子學(xué)導(dǎo)論課程改革與教學(xué)研究

馬俊成　張佳芬

【摘 要】微電子方向的學(xué)生，《微電子學(xué)導(dǎo)論》是開啟學(xué)生步入本專業(yè)的先驅(qū)課程，對(duì)大一新生培養(yǎng)興趣、建立目標(biāo)、規(guī)劃職業(yè)有著重要作用。本文基于CDIO的教學(xué)模式，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法手段、考核方式等方面進(jìn)行了改革和研究。旨在激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的協(xié)作和交流中，促進(jìn)了學(xué)生的思維能力、溝通能力、動(dòng)手能力及合作精神，最終使學(xué)生綜合素質(zhì)得到較好的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】CDIO；微電子學(xué)；課程改革

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO的愿景是為學(xué)生提供一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)的、建立在真實(shí)世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行（CDIO）過程的背景環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育。通過精心規(guī)劃項(xiàng)目的CDIO，可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)核心專業(yè)課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到能力培養(yǎng)、綜合發(fā)展的目的。CDIO工程教育模式與以往培養(yǎng)計(jì)劃的不同點(diǎn)之一是：通過開設(shè)導(dǎo)論性的基礎(chǔ)課程，從起始階段就將工程實(shí)踐引導(dǎo)入門，激發(fā)學(xué)生興趣，讓學(xué)生盡早領(lǐng)略工程技術(shù)的精華，并且讓他們親手制造一些簡(jiǎn)單的東西，讓學(xué)生對(duì)自己將要從事的專業(yè)有一定程度上的認(rèn)識(shí)。

《微電子學(xué)導(dǎo)論》課程設(shè)置的目的是讓學(xué)生對(duì)微電子學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)有一個(gè)系統(tǒng)、全面的了解與認(rèn)識(shí)，是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)之初就建立起大學(xué)物理、固體物理、半導(dǎo)體物理、微電子器件、電路分析基礎(chǔ)、模擬電路、數(shù)字電路、集成電路原理、集成電路工藝原理、模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)、VLSI設(shè)計(jì)等課程的內(nèi)在聯(lián)系。本課程涉及知識(shí)面廣，理論性和實(shí)用性并重，要求學(xué)生在掌握基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)集成電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、芯片加工、芯片測(cè)試等方面有比較系統(tǒng)和全面的認(rèn)識(shí)，由于高校經(jīng)費(fèi)有限，很難有動(dòng)則上千萬的經(jīng)費(fèi)投入到集成電路實(shí)踐環(huán)節(jié)之中，同時(shí)由于半導(dǎo)體器件、集成電路特別是大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)環(huán)境必須是超凈的， 所用的材料也必須是超純的，IC相關(guān)單位也不太歡迎和接受相關(guān)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行參觀和實(shí)習(xí)。因此，《微電子學(xué)導(dǎo)論》的課程改革和探索成為本文探討的重點(diǎn)。

1 理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

《專業(yè)導(dǎo)論》課程強(qiáng)調(diào)教學(xué)的系統(tǒng)性、全面性、前沿性以及與國際化，強(qiáng)化學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。通過精心設(shè)計(jì)，理論部分內(nèi)容通過開設(shè)10余次學(xué)科前沿及發(fā)展的講座，讓學(xué)生了解所學(xué)專業(yè)的最新發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域。講座主要內(nèi)容如下：微電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)、新型器件的發(fā)展、SOC設(shè)計(jì)技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)、器件可靠性、先進(jìn)微電子封裝工藝技術(shù)、先進(jìn)半導(dǎo)體制程整合技術(shù)、微光刻與微納米加工技術(shù)講座、IC工程師職業(yè)能力素質(zhì)要求等。在開展講座的同時(shí)有針對(duì)性地帶學(xué)生去相關(guān)企業(yè)或?qū)嶒?yàn)室參觀見習(xí)，進(jìn)一步了解和認(rèn)識(shí)專業(yè)。

2 項(xiàng)目制作實(shí)踐內(nèi)容的設(shè)計(jì)

項(xiàng)目制作實(shí)踐讓學(xué)生初步體驗(yàn)IC的設(shè)計(jì)制造、封裝、測(cè)試過程及電路圖的表達(dá)方法，為學(xué)生了解本專業(yè)、深入學(xué)習(xí)本專業(yè)的知識(shí)打下必要基礎(chǔ)。對(duì)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)生引入IC項(xiàng)目，讓學(xué)生以IC芯片為載體，利用我系實(shí)驗(yàn)室完成電路設(shè)計(jì)仿真、版圖設(shè)計(jì)等工作；前往電子科技大學(xué)電子薄膜與集成器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室參觀、實(shí)踐，親手完成IC的制作，了解IC制作工藝與過程；隨后在利用利用我系反向設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室讓學(xué)生親自動(dòng)手解剖芯片，完成芯片的解剖、拍照、電路提取的工作。這樣，以IC為載體，以器件物理、IC工藝、電路理論和實(shí)驗(yàn)裝置為依托，對(duì)IC芯片進(jìn)行電路分析設(shè)計(jì)和研討，在實(shí)踐中互動(dòng)，在討論中爭(zhēng)辯，激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，達(dá)到了新舊知識(shí)優(yōu)化和創(chuàng)新思維綜合訓(xùn)練的目的。學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中，掌握本專業(yè)所需的基本技能，直接培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電路圖的識(shí)圖、繪圖能力、電路的設(shè)計(jì)仿真能力，并對(duì)IC工藝和制作初步的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。

3 教學(xué)方法與教學(xué)手段

CDIO改革并不是要淡化理論課程的學(xué)習(xí)，而是要改革教學(xué)方法，采取能激起學(xué)生興趣的教學(xué)方法，理論課程的教學(xué)不能采取傳統(tǒng)的“滿堂灌”的教學(xué)方式，而應(yīng)采取基于問題的學(xué)習(xí)、師生互動(dòng)主題研討、案例教學(xué)、論文研究、項(xiàng)目訓(xùn)練等教學(xué)形式，著力培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和創(chuàng)新思維能力。主要通過以下幾種方式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果：

一是實(shí)施教學(xué)和研究互動(dòng)、課內(nèi)和課外互動(dòng)、寓學(xué)于研的培養(yǎng)模式，設(shè)置基于課程的科研訓(xùn)練項(xiàng)目和自主科研訓(xùn)練項(xiàng)目兩類，鼓勵(lì)學(xué)生開展研究工作?；谡n程的科研訓(xùn)練項(xiàng)目由研究型教學(xué)課程責(zé)任教師組織課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師指導(dǎo)。自主科研訓(xùn)練項(xiàng)目一般為學(xué)生進(jìn)入高年級(jí)后，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下自主選題，經(jīng)系、學(xué)院審批后開展科研訓(xùn)練工作，并以小組的形式參加創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、挑戰(zhàn)杯等科技競(jìng)賽活動(dòng)。較好地完成科研訓(xùn)練項(xiàng)目的學(xué)生可以取得實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)分，鼓勵(lì)學(xué)生以科研訓(xùn)練項(xiàng)目研究成果為內(nèi)容撰寫畢業(yè)論文，完成畢業(yè)環(huán)節(jié)。

二是在低年級(jí)（大一、大二）通過講座系統(tǒng)的介紹專業(yè)發(fā)展歷史、趨勢(shì)、發(fā)展前景以及專業(yè)課程的設(shè)置；在高年級(jí)（大二、大三）通過對(duì)學(xué)生約談的形式，針對(duì)每個(gè)學(xué)生的具體情況采用訂制式的課程設(shè)計(jì)；在畢業(yè)班通過針對(duì)性的項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，提高學(xué)生的求職競(jìng)爭(zhēng)力。

三是在知名企業(yè)或國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建立學(xué)生實(shí)踐基地。學(xué)生可優(yōu)先獲得去該類企業(yè)實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)，并鼓勵(lì)其在企業(yè)中開展科研訓(xùn)練項(xiàng)目的研究工作。

四是通過組織科研訓(xùn)練團(tuán)隊(duì)、社會(huì)工作等途徑培養(yǎng)學(xué)生的組織、溝通、協(xié)調(diào)等領(lǐng)導(dǎo)能力。

五是定期組織開展學(xué)術(shù)討論。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下對(duì)各自研究的課題，發(fā)表各自觀點(diǎn)，營造良好的學(xué)習(xí)交流氛圍，激發(fā)創(chuàng)造力，提高學(xué)生的表達(dá)和溝通能力。

4 CDIO人才培養(yǎng)模式下的課程考核方式

理論教學(xué)部分的考核方式為學(xué)生結(jié)合講座所講授的內(nèi)容，獨(dú)立查閱中英文文獻(xiàn)，開展市場(chǎng)調(diào)研，撰寫不少于5000字的調(diào)研報(bào)告或課程論文，并制作講授課件，參加課堂上模擬的“微電子技術(shù)論壇”，對(duì)調(diào)研報(bào)告或論文內(nèi)容進(jìn)行講授。教師根據(jù)學(xué)生調(diào)研報(bào)告或論文撰寫質(zhì)量和課堂講授的表現(xiàn)，以及平時(shí)教學(xué)活動(dòng)全部環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，確定此部分的分?jǐn)?shù)。

項(xiàng)目制作實(shí)踐部分的考核方式為項(xiàng)目制作實(shí)踐的組織形式及成果提交。項(xiàng)目制作實(shí)踐時(shí)學(xué)生以4～6人為一個(gè)項(xiàng)目小組，每個(gè)小組配備一名指導(dǎo)教師。項(xiàng)目制作實(shí)踐以小組為單位，在理論課堂外執(zhí)行；項(xiàng)目組內(nèi)活動(dòng)方式有：座談式交流研討，專題式講解介紹，邊做邊探討式互動(dòng)，系統(tǒng)性總結(jié)等。組間活動(dòng)主要采用總結(jié)介紹方式。項(xiàng)目制作實(shí)踐總體評(píng)分由導(dǎo)師和教學(xué)組成員共同評(píng)定，采用團(tuán)隊(duì)成員之間互評(píng)、團(tuán)隊(duì)間互評(píng)及導(dǎo)師評(píng)定的考評(píng)方式。每個(gè)學(xué)生的成績?nèi)Q于其所在團(tuán)隊(duì)的最終成績和個(gè)人在團(tuán)隊(duì)工作中的參與程度，參與程度由每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員之間互相打分。團(tuán)隊(duì)的最終成績由團(tuán)隊(duì)間互相打分及導(dǎo)師根據(jù)團(tuán)隊(duì)成員綜合表現(xiàn)給分，評(píng)分時(shí)應(yīng)綜合考慮各團(tuán)隊(duì)在制作過程中的表現(xiàn)，主要觀察的方面有：成員之間是否分工合作，是否有詳細(xì)的工作計(jì)劃，項(xiàng)目總結(jié)答辯時(shí)的表現(xiàn)等。

課程總成績的評(píng)定。課程總成績由理論和項(xiàng)目制作實(shí)踐兩部分組成，其中理論成績占30%，項(xiàng)目制作實(shí)踐占70%，由此得出課程總成績。

5 總結(jié)

本文旨在基于CDIO的電子學(xué)導(dǎo)論課程改革與教學(xué)研究的基礎(chǔ)上達(dá)到，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、動(dòng)手能力等，提高綜合素質(zhì)，以及解決問題的能力和實(shí)際動(dòng)手能力，促進(jìn)實(shí)踐過程與工程實(shí)際接軌。激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的協(xié)作和交流中，促進(jìn)了學(xué)生的思維能力、溝通能力、動(dòng)手能力及合作精神，最終使學(xué)生綜合素質(zhì)得到較好的培養(yǎng)。

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[責(zé)任編輯：湯靜]