面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的射頻微電子學(xué)課程教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐

鄧宏偉　張璐　趙永久　周永剛

摘 要 在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，研究射頻微電子學(xué)課程教學(xué)中的研究性教學(xué)方法，面向工程實(shí)際，加強(qiáng)學(xué)生對射頻微電子技術(shù)領(lǐng)域常用分析設(shè)計工具、測試儀器的應(yīng)用能力和實(shí)踐技能的培養(yǎng)，科學(xué)建設(shè)射頻微電子學(xué)教學(xué)體系，提高射頻微電子人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 工程教育專業(yè)認(rèn)證；射頻微電子；卓越工程師

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）11-0007-02

1 引言

工程教育專業(yè)認(rèn)證對保證和提高工程教育質(zhì)量、推動我國卓越工程師教育培養(yǎng)計劃具有重要作用。我國工程教育于2013年6月在韓國首爾召開的國際工程聯(lián)盟會議上成功加入《華盛頓協(xié)議》，成為預(yù)備會員，這標(biāo)志著我國工程教育邁出重大步伐，為工程類學(xué)生今后走向世界提供了具有國際互認(rèn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的“通行證”。工程教育專業(yè)認(rèn)證作為國家工程師制度改革的基礎(chǔ)和前提，也將為廣大工科學(xué)生未來的工程執(zhí)業(yè)提供便利[1-2]。

隨著國內(nèi)半導(dǎo)體制造現(xiàn)代化工藝線的不斷建設(shè)和擴(kuò)展，以及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，IC產(chǎn)業(yè)對微電子人才需求日益增加。目前我國正面臨微電子技術(shù)人才奇缺的局面，對培養(yǎng)人才的要求也日益提高。射頻微電子學(xué)課程作為電磁場與微波技術(shù)方向的專業(yè)核心課程，是數(shù)字通信、射頻系統(tǒng)以及射頻集成電路設(shè)計的基礎(chǔ)。建立能適應(yīng)新形勢下滿足工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求的射頻微電子學(xué)課程教學(xué)體系，提高射頻微電子學(xué)課程教學(xué)水平，是電類專業(yè)順利通過工程教育專業(yè)認(rèn)證的重要環(huán)節(jié)之一。

為實(shí)施教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力，本文結(jié)合客觀實(shí)際，從教學(xué)方式方法改革、學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)、側(cè)重學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用和創(chuàng)新能力的教學(xué)評價方法的研究和實(shí)踐等方面著手，建設(shè)面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的射頻微電子學(xué)課程教學(xué)體系[3]。

2 改進(jìn)教學(xué)方式方法，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

采用先進(jìn)現(xiàn)代教學(xué)手段是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性的重要方法之一。

1）在保證知識結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性和知識點(diǎn)布局的全面性基礎(chǔ)上，采用啟發(fā)式互動教學(xué)法，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)微電子課程的積極主動性，引導(dǎo)學(xué)生主動分析工程實(shí)際問題，有效提高課程的教學(xué)質(zhì)量。

2）改進(jìn)多媒體課件，使教學(xué)更貼近工程實(shí)踐。使用視頻剪輯、動畫、實(shí)物照片等教學(xué)手段，向?qū)W生展現(xiàn)該課程的核心內(nèi)容以及所學(xué)理論的工程實(shí)踐應(yīng)用，增加學(xué)生對射頻和微電子的感性認(rèn)識。例如：在介紹S參數(shù)時，可以通過視頻錄像介紹工程實(shí)踐中利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試射頻無源器件及有源器件S參數(shù)的方法；在介紹微波傳輸線時，可以向?qū)W生展示由微帶構(gòu)成的射頻前端系統(tǒng)中的饋電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)物照片和調(diào)試過程的視頻錄像；通過收集并展示各種射頻無源（濾波器、功分器等）、有源器件（低噪聲放大器、混頻器等）的照片和實(shí)物，使學(xué)生更形象地認(rèn)識射頻器件，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3）推進(jìn)課程網(wǎng)站的建設(shè)，以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)作為教學(xué)輔助手段。在教學(xué)網(wǎng)站上提供國外著名科教網(wǎng)絡(luò)頻道有關(guān)射頻技術(shù)和微電子學(xué)的課程課件和相關(guān)教學(xué)資源，發(fā)布課堂教學(xué)課件、射頻微電子技術(shù)常用的網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)址，建立討論區(qū)供學(xué)生相互討論和教師答疑，建立專門的網(wǎng)頁介紹射頻微電子技術(shù)的前沿和發(fā)展方向，鼓勵學(xué)生跟蹤前沿技術(shù)自主創(chuàng)新。

4）在教學(xué)評價方面，側(cè)重學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用和創(chuàng)新能力的考查，將小組自主學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)的情況納入對學(xué)生成績的評價，引導(dǎo)學(xué)生重視課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，改變單一的考試成績評價方式，重視學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的自我評價和自我改進(jìn)。

3 注重學(xué)生面向工程實(shí)際的能力培養(yǎng)，改革射頻微電子學(xué)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

微電子學(xué)課程體系主要包括微電子器件和工藝、集成電路設(shè)計與應(yīng)用兩大類，應(yīng)用性極強(qiáng)，學(xué)生需經(jīng)過實(shí)際器件工藝的操作和具體集成電路的設(shè)計，才能深刻理解器件工作原理、掌握集成電路仿真和版圖繪制方法，全面了解集成電路設(shè)計的全過程，達(dá)到很好的教學(xué)效果。

作為該課程體系中重要的一門課程，射頻微電子學(xué)是一門理論性與工程性都很強(qiáng)的課程。如圖1所示，射頻微電子學(xué)涉及許多學(xué)科交叉領(lǐng)域，因此，學(xué)生不僅需要學(xué)習(xí)數(shù)字集成電路設(shè)計、模擬集成電路設(shè)計等理論課程，掌握集成電路原理，還要能利用各代工廠提供的工藝庫和器件模型進(jìn)行各種集成電路原理設(shè)計和版圖繪制?，F(xiàn)代射頻集成電路的開發(fā)流程，由仿真域（設(shè)計、仿真、驗(yàn)證）→實(shí)體域（電路實(shí)現(xiàn)）→測試域（測試驗(yàn)證）三個環(huán)節(jié)構(gòu)成。工業(yè)界需要的合格的射頻微電子工程師必須具備在上述三個領(lǐng)域的全面知識和技能。目前培養(yǎng)的學(xué)生比較注重基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，僅對仿真域中的設(shè)計環(huán)節(jié)比較熟悉，而仿真、電路實(shí)現(xiàn)、測試等方面的能力比較欠缺。

因此，在教學(xué)過程中，為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，除了基礎(chǔ)理論知識的教授外，還需教授學(xué)生掌握電路CAD軟件、電磁場仿真設(shè)計工具（HFSS、IE3D或CST）、各種集成電路測試設(shè)備（矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、示波器、信號源、頻譜儀和噪聲儀），并要求學(xué)生利用電磁仿真軟件對所學(xué)的射頻無源及有源器件（如濾波器、功分器，低噪聲放大器、混頻器、振蕩器等）進(jìn)行分析和設(shè)計，使學(xué)生不僅能更深刻地理解所學(xué)習(xí)的射頻器件的工作原理及射頻集成電路設(shè)計方法，也能熟悉和掌握仿真軟件。學(xué)生在教師或助教的指導(dǎo)下，自主設(shè)計、仿真驗(yàn)證射頻無源器件（如濾波器、功分器、工分器等）及其有源器件（如低噪聲放大器、混頻器等），在此基礎(chǔ)上進(jìn)行射頻系統(tǒng)前端的集成電路設(shè)計，然后通過評估篩選出性能較好的設(shè)計，制作實(shí)物并進(jìn)行工程測試。這樣就實(shí)現(xiàn)了對學(xué)生在射頻集成電路工程設(shè)計重要環(huán)節(jié)由仿真域（設(shè)計、仿真、驗(yàn)證）→實(shí)體域（電路實(shí)現(xiàn)）→測試域（測試驗(yàn)證）能力的培養(yǎng)。

在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，通過小組學(xué)習(xí)討論的方式，鼓勵學(xué)生按課題小組設(shè)計多種射頻元器件。但由于射頻器件及射頻系統(tǒng)前端的集成電路的制作和工程測試的成本較高，無法滿足所有學(xué)生的需求，對器件的制作和測試必須擇優(yōu)進(jìn)行。在實(shí)際的實(shí)踐教學(xué)中，只進(jìn)行某種器件設(shè)計的小組為參照組，評估完成整個設(shè)計、仿真、制作、測試流程的小組對該器件掌握的改善情況。

4 進(jìn)行校企合作的卓越工程人才聯(lián)合培養(yǎng)

射頻微電子學(xué)教學(xué)可在校企聯(lián)合培養(yǎng)機(jī)制下，建立必要的激勵政策，充分發(fā)揮企業(yè)的行業(yè)優(yōu)勢，引導(dǎo)教學(xué)從注重學(xué)生“考試結(jié)果”向注重學(xué)生“學(xué)習(xí)過程”的轉(zhuǎn)變。這反映到本課程的教學(xué)內(nèi)容上，要強(qiáng)調(diào)理論性與本課程的有機(jī)結(jié)合，突出案例分析和實(shí)踐研究；反映到教學(xué)過程中，要重視運(yùn)用團(tuán)隊學(xué)習(xí)、案例分析、實(shí)踐研究和模擬訓(xùn)練等方法的運(yùn)用。在考核時，對校外課外的實(shí)踐內(nèi)容實(shí)行嚴(yán)格的考核，比如邀請校外射頻微電子工程技術(shù)人員與校內(nèi)專業(yè)教師組成考核小組，考核學(xué)生在企業(yè)實(shí)習(xí)的具體表現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際條件，增加工廠生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，使學(xué)生能在綜合運(yùn)用所學(xué)知識的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對企業(yè)崗位操作規(guī)程及相關(guān)管理規(guī)程等的詳細(xì)了解。

5 結(jié)束語

本文在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下并結(jié)合本校的本科卓越工程師教育培養(yǎng)和專業(yè)建設(shè)，基于筆者近兩年來在微波技術(shù)與天線、射頻微電子學(xué)課程授課過程中的總結(jié)，探討建立新形勢下能滿足工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求的射頻微電子學(xué)課程教學(xué)體系，從而適應(yīng)國際化、社會化、高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需求。需要指出的是，由于受到教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和客觀實(shí)際的限制，筆者只是簡要地討論了在工程教育背景下本課程教學(xué)的轉(zhuǎn)變，在未來的教學(xué)過程中會進(jìn)一步進(jìn)行思考和總結(jié)。

參考文獻(xiàn)

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67-86.endprint