集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的課程體系研究

劉有耀 杜慧敏 張麗果

摘要：集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)本科專業(yè)是國家特設(shè)專業(yè)，又是一個(gè)多學(xué)科交叉、高技術(shù)密集的新興專業(yè)。目前國內(nèi)沒有形成完善的專業(yè)規(guī)范，因此如何合理、有效地設(shè)置課程體系成為本專業(yè)建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。本文對集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)本科專業(yè)人才培養(yǎng)特點(diǎn)進(jìn)行了研究，確定了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)定位，根據(jù)學(xué)科交叉融合發(fā)展規(guī)律，確定了人才培養(yǎng)規(guī)格，提出了一種理論與實(shí)踐并重融合的課程體系。該課程體系具有系統(tǒng)性、完備性、交叉融合性，通過教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)組織，實(shí)現(xiàn)知識的連貫性、內(nèi)容的先進(jìn)性和實(shí)用性，將為集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)本科專業(yè)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計(jì);集成系統(tǒng);本科專業(yè);創(chuàng)新型人才;課程體系

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）35-0049-03

一、引言

集成電路產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，是推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的源泉和動(dòng)力。國務(wù)院于2000年6月25日頒發(fā)了《鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策（18號）》，大力支持和鼓勵(lì)我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在國家政策的扶持下，我國集成電路設(shè)計(jì)業(yè)發(fā)展迅猛，伴隨著國內(nèi)集成電路的發(fā)展，對集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)人員的需求也日益增加。教育部于2003年開始批準(zhǔn)設(shè)置“集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)”目錄外本科專業(yè)，2012年普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄中調(diào)整為特設(shè)專業(yè)，以適應(yīng)國內(nèi)對集成電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用人才的迫切需求，截止2014年，全國已有28所高校設(shè)置“集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)”本科專業(yè)。國務(wù)院于2011年1月28日頒發(fā)了《進(jìn)一步鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策（新18號）》，要求高校要進(jìn)一步深化改革，加強(qiáng)集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)建設(shè)，緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求及時(shí)調(diào)整課程設(shè)置、教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)方式，加強(qiáng)專業(yè)師資隊(duì)伍、教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，努力培養(yǎng)國際化、復(fù)合型、實(shí)用型人才。

“集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)”專業(yè)涉及的新概念、新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，是一個(gè)工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)的本科專業(yè)。集成電路領(lǐng)域技術(shù)和管理人才嚴(yán)重不足、人才質(zhì)量普遍不高已成為制約我國集成電路產(chǎn)業(yè)健康、快速發(fā)展的瓶頸。國家集成電路產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃提出加強(qiáng)人才培養(yǎng)，著力發(fā)展芯片設(shè)計(jì)業(yè)，2014年6月，國務(wù)院印發(fā)《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》進(jìn)一步指出，要著力發(fā)展集成電路設(shè)計(jì)業(yè)，加大人才培養(yǎng)力度。因此，研究適合本專業(yè)的理論與實(shí)踐并重融合的課程體系，培養(yǎng)創(chuàng)新型集成電路設(shè)計(jì)人才具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和歷史意義。

二、集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)的特點(diǎn)

集成電路是推動(dòng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要技術(shù)，由于集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展迅速且新知識、新技術(shù)層出不窮，多學(xué)科交叉融合，畢業(yè)生就業(yè)具有國際性，要求教學(xué)體系和實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)必須跟上最新的產(chǎn)業(yè)需求，才能培養(yǎng)出適合社會(huì)和企業(yè)需要的集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)創(chuàng)新型人才。在進(jìn)行集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)領(lǐng)域創(chuàng)新型人才培養(yǎng)時(shí)我們需要緊緊抓住以下幾點(diǎn)。

1.集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)是新興專業(yè)，國內(nèi)還沒有形成該專業(yè)的人才培養(yǎng)規(guī)范，目前國內(nèi)各高校該專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃是從國外或者相關(guān)專業(yè)延伸來的，系統(tǒng)性、完備性差，還沒有形成完整的知識體系。

2.集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)是一個(gè)涵蓋通信、計(jì)算機(jī)、集成電路等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，因此要利用綜合性學(xué)科知識為該類人才的素質(zhì)培養(yǎng)服務(wù)，從注重單一知識和能力的培養(yǎng)，要轉(zhuǎn)變到注重綜合知識和能力的培養(yǎng)。

3.集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)是國家特設(shè)專業(yè)，根據(jù)高校自身辦學(xué)特色和市場需求設(shè)置的專業(yè)，需要針對企業(yè)對該類人才的需求，將企業(yè)需求融入課程體系，與企業(yè)聯(lián)合制定培養(yǎng)方案，建立核心課程體系，實(shí)時(shí)調(diào)整專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容。

4.集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)具有較強(qiáng)的工程性和實(shí)踐性，不僅要具有較強(qiáng)理論知識基礎(chǔ)，而且要具有較好的工程實(shí)踐能力以及一定的創(chuàng)新能力，需要建立一種基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的多層次的實(shí)踐教學(xué)體系，保障四年工程實(shí)踐訓(xùn)練不斷線，逐步提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

三、集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)課程體系的構(gòu)建

根據(jù)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)特點(diǎn)，按照通信、計(jì)算機(jī)和集成電路融合發(fā)展的科學(xué)規(guī)律，結(jié)合我校學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢特色，確立了本專業(yè)人才培養(yǎng)的課程體系。

（一）人才培養(yǎng)目標(biāo)

2006年全國科技大會(huì)上提出，到2020年，我國將建成創(chuàng)新型國家，使科技發(fā)展成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的有力支撐。具有較強(qiáng)的自主創(chuàng)新能力是創(chuàng)新型國家的主要特征之一，只有培養(yǎng)具創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的人才，才能提升自主創(chuàng)新能力。集成電路產(chǎn)業(yè)是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展全局的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是最能體現(xiàn)科技進(jìn)步對創(chuàng)新型國家貢獻(xiàn)率的行業(yè)。

因此，本專業(yè)旨在培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展，適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)和信息領(lǐng)域發(fā)展需要，掌握寬廣的人文知識、堅(jiān)實(shí)的自然科學(xué)知識以及扎實(shí)的專業(yè)知識，具備工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，具有自主學(xué)習(xí)集成電路與集成系統(tǒng)領(lǐng)域前沿理論和技術(shù)的能力，能在集成電路與集成系統(tǒng)領(lǐng)域從事研究、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，為全面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型國家提供強(qiáng)有力的支撐。

（二）人才培養(yǎng)規(guī)格

集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)是一個(gè)涵蓋通信、計(jì)算機(jī)、集成電路等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，如圖1所示。其中，圖1中①就是通信算法（應(yīng)用）的直接IC（實(shí)現(xiàn)）化的ASIC、FPGA電路或者可重構(gòu)電路;②就是算法（應(yīng)用）的指令集合（體系結(jié)構(gòu)）化的目標(biāo)程序;③就是指令集合（體系結(jié)構(gòu)）的IC（實(shí)現(xiàn)）化的處理器;④就是集成電路技術(shù)發(fā)展推動(dòng)的先進(jìn)處理器。

根據(jù)多學(xué)科融合發(fā)展和人才培養(yǎng)目標(biāo)定位，確定了本專業(yè)知識、能力、素質(zhì)的人才培養(yǎng)規(guī)格如下。

1.知識結(jié)構(gòu)要求。（1）具有堅(jiān)實(shí)的自然科學(xué)理論基礎(chǔ)知識、電路與系統(tǒng)的學(xué)科專業(yè)知識、必要的人文社會(huì)科學(xué)知識和良好的外語基礎(chǔ)。（2）具有通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信號處理等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識。（3）掌握集成電路與集成系統(tǒng)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識和工程理論。（4）掌握集成電路與集成系統(tǒng)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)。

2.能力結(jié)構(gòu)要求。（1）具有使用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）工具進(jìn)行集成電路與集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。（2）具有較強(qiáng)的科學(xué)研究、工程實(shí)踐及綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。（3）具有了解本專業(yè)領(lǐng)域的理論前沿、發(fā)展動(dòng)態(tài)和獨(dú)立獲取知識的能力。（4）具有自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、協(xié)同工作與組織能力。

3.素質(zhì)結(jié)構(gòu)要求。（1）具有良好的思想道德修養(yǎng)、職業(yè)素養(yǎng)、身心素質(zhì)。（2）具有奉獻(xiàn)精神、人際交往意識和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。（3）具有一定的文學(xué)藝術(shù)修養(yǎng)、科學(xué)的工程實(shí)踐方法。（4）具有一定的國際化視野、求實(shí)創(chuàng)新意識。

（三）課程體系

集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)涵蓋“系統(tǒng)設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)”四個(gè)設(shè)計(jì)層次，課程體系應(yīng)覆蓋四個(gè)設(shè)計(jì)層次需要的所有知識點(diǎn)，各知識點(diǎn)之間要具有連貫性、系統(tǒng)性和完備性。集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)具有很強(qiáng)的工程性和實(shí)踐性，通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、電子技術(shù)應(yīng)用能力、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、集成電路設(shè)計(jì)能力以及工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)是一個(gè)多學(xué)科的交叉新興專業(yè)，課程體系中應(yīng)該包含通信、計(jì)算機(jī)和集成電路的相關(guān)知識點(diǎn)，各知識點(diǎn)之間要具有交叉融合性。集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)高速發(fā)展的學(xué)科領(lǐng)域，知識和技術(shù)更新速度非?？?，課程體系應(yīng)該體現(xiàn)先進(jìn)性，使得學(xué)生能夠接近先進(jìn)的技術(shù)前沿，同時(shí)課程體系中也應(yīng)該包含一些面向企業(yè)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐的實(shí)用性課程，進(jìn)一步提高學(xué)生的就業(yè)競爭力和工程創(chuàng)新能力。

因此，根據(jù)人才培養(yǎng)規(guī)格和特點(diǎn)以及課程體系的連貫性、系統(tǒng)性、完備性、融合性、先進(jìn)性和實(shí)用性，結(jié)合我校自身優(yōu)勢特色，構(gòu)建了如下頁圖2所示的知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的理論與實(shí)踐并重融合的課程體系。課程體系以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，集中實(shí)踐環(huán)節(jié)為支撐，核心課程為基礎(chǔ)，一組集中實(shí)踐環(huán)節(jié)和核心課程培養(yǎng)一種能力。同時(shí)，設(shè)置綜合素質(zhì)教育模塊和課外科技創(chuàng)新活動(dòng)模塊，提升學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

課程體系主要突出計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、電子技術(shù)應(yīng)用能力、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、集成電路設(shè)計(jì)能力以及工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，進(jìn)行分學(xué)年重點(diǎn)培養(yǎng)。第一學(xué)年主要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，第二學(xué)年主要培養(yǎng)學(xué)生的電子技術(shù)應(yīng)用能力，第三學(xué)年主要培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和集成電路設(shè)計(jì)能力，第四學(xué)年主要培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力，通過設(shè)置“數(shù)字集成電路”、“混合信號集成電路”、“嵌入式系統(tǒng)”三個(gè)方向課程模塊，實(shí)現(xiàn)人才的個(gè)性化培養(yǎng)。

通過嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、集成電路設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中的集中實(shí)踐環(huán)節(jié)和核心課程設(shè)置，將集成電路設(shè)計(jì)與通信/計(jì)算機(jī)相結(jié)合，體現(xiàn)課程體系的交叉融合性。將集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)層次中的“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”貫穿于工程創(chuàng)新能力、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)，“邏輯設(shè)計(jì)”體現(xiàn)在電子技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)中，通過“電路設(shè)計(jì)”與“版圖設(shè)計(jì)”實(shí)現(xiàn)集成電路設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了課程體系的系統(tǒng)性和完備性，通過教學(xué)內(nèi)容的組織實(shí)現(xiàn)知識的連貫性。

課程體系設(shè)置了一系列集中實(shí)踐環(huán)節(jié)和獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)（集成電路EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)、微處理器設(shè)計(jì)實(shí)踐）以及課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)內(nèi)容的組織上將軟件無線電（SDR）系統(tǒng)（包括算法、體系結(jié)構(gòu)、集成電路）設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的科研成果融入教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)四年工程實(shí)踐訓(xùn)練不斷線，體現(xiàn)課程體系的工程性和實(shí)踐性。同時(shí)通過下一代無線通信系統(tǒng)的核心器件——SDR系統(tǒng)處理芯片設(shè)計(jì)為牽引，設(shè)置通信集成電路系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐相關(guān)課程，采用世界主流EDA廠家先進(jìn)EDA工具完成集成電路EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)以及集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)課程體系的先進(jìn)性和實(shí)用性。

（四）教學(xué)內(nèi)容組織思路

以“高級語言程序→匯編語言程序→機(jī)器指令序列→計(jì)算機(jī)組成（CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出、數(shù)據(jù)通路與控制單元）→計(jì)算機(jī)部件設(shè)計(jì)→計(jì)算機(jī)部件（FPGA和專用集成電路）實(shí)現(xiàn)→整機(jī)（FPGA或?qū)Ｓ眉呻娐罚?shí)現(xiàn)→面向通信、信號處理領(lǐng)域系統(tǒng)（嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字集成電路、模擬集成電路）設(shè)計(jì)與應(yīng)用”為主線組織教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)知識的連貫性，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、電子技術(shù)應(yīng)用能力、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、集成電路設(shè)計(jì)能力。通過通信集成電路系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐（包括數(shù)字集成電路工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐、嵌入式SoC工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐、模擬集成電路工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐等），將軟件無線電（SDR）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的科研項(xiàng)目成果融入課堂教學(xué)，貫徹我?！敖萄薪y(tǒng)一”辦學(xué)理念，突顯我校信息通信行業(yè)優(yōu)勢特色，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。

四、結(jié)論

課程體系設(shè)置是專業(yè)建設(shè)中的關(guān)鍵核心問題，對人才的培養(yǎng)質(zhì)量起決定性的作用。本文充分考慮了集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)多學(xué)科交叉融合、工程實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，結(jié)合我校本專業(yè)在通信專用集成電路設(shè)計(jì)、專用處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢特色，形成了通信、計(jì)算機(jī)與集成電路設(shè)計(jì)相結(jié)合、理論教學(xué)與項(xiàng)目實(shí)踐相結(jié)合的課程體系。以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，以集成電路設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)融合為主線組織教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的集成電路設(shè)計(jì)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)（計(jì)算機(jī)應(yīng)用、電子技術(shù)應(yīng)用、微系統(tǒng)設(shè)計(jì)）能力，通過面向通信領(lǐng)域的集成電路與嵌入式系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐，提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]國務(wù)院2011年4號文件.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[J].軟件產(chǎn)業(yè)與工程，2011，（2）.

[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（科學(xué)·教研），2007，（27）.

[3]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].計(jì)算機(jī)教育，2008，（22）.