工程教育專業(yè)認證背景下的微電子專業(yè)教改實踐研究

摘 要：華盛頓協(xié)議的簽署標志著我國的工程教育朝著國際化的目標在大踏步邁進，微電子技術(shù)是電子信息技術(shù)發(fā)展的基石，其工程性與實踐性非常強，桂林電子科技大學在十余年的微電子專業(yè)教學過程中，對專業(yè)培養(yǎng)方案、理論與實踐課程建設(shè)、課程群建設(shè)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程建設(shè)等進行了不斷的教改實踐，并結(jié)合工程教育專業(yè)認證和科學研究實踐，開展了科教協(xié)同培養(yǎng)，摸索出了具有桂電特色的微電子專業(yè)培養(yǎng)模式。

關(guān)鍵詞：微電子 課程改革 工程教育專業(yè)認證 科教協(xié)同

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）08（a）-0081-04

Abstract： Washington Agreement signing marks that China’s engineering education is striding towards the goal of internationalization with wide steps. Microelectronics technology， with the characteristic of strong engineering and practicality， is the cornerstone of the development of electronic information technology， Guilin University of Electronic Science and technology （GUET）performed continuous teaching reform and practice in the past decades for the major of microelectronics. It include the professional training scheme， theory and practice of curriculum construction， curriculum group construction and course construction of innovation and entrepreneurship. At the same time， the science and education collaboration teaching process has been performed combining with the accreditation for engineering education and scientific research practice and the research of science and technology. A GUET special feature has been explored in the characteristics of microelectronics professional training mode.

Key Words： Microelectronics； Curriculum reform； Accreditation for engineering education； Science and education collaboration

1 微電子專業(yè)與工程教育專業(yè)認證

微電子科學與工程專業(yè)作為一門新興學科是在材料科學、物理學、計算機科學、電子學與集成電路設(shè)計制造學等多個學科和超純、超凈、超精細加工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來。該專業(yè)旨在培養(yǎng)具有扎實的數(shù)學物理基礎(chǔ)，掌握半導體技術(shù)基本理論和應(yīng)用，掌握現(xiàn)代集成電路和集成系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)、工藝技術(shù)以及半導體器件的制造工藝，具有一定的實際工作能力和科學研究基礎(chǔ)的創(chuàng)新型科學和工程技術(shù)人才。微電子技術(shù)是近幾十年來發(fā)展最為迅猛的一門高科技應(yīng)用性科學，是發(fā)展現(xiàn)代高新技術(shù)實現(xiàn)國民經(jīng)濟工業(yè)化和信息化的先導和基礎(chǔ)，被譽為現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的心臟和高科技的原動力。國內(nèi)大多數(shù)微電子專業(yè)是在“半導體物理與器件”專業(yè)或者“電子材料與器件”專業(yè)上發(fā)展起來的，是一個古老又年輕的學科專業(yè)。桂林電子科技大學在2002年設(shè)立了微電子專業(yè)，是國內(nèi)比較早設(shè)立該專業(yè)的大學。經(jīng)過十余年的發(fā)展，已經(jīng)建立起較為完善合理的培養(yǎng)方案和課程體系。

微電子專業(yè)是一個典型的工科專業(yè)，工程性和實踐性非常強。工程教育是我國高等教育的重要組成部分，我國普通高校工科畢業(yè)生規(guī)模已位居世界第一。工程教育在國家工業(yè)化信息化進程中，對獨立完整門類齊全的工業(yè)體系的形成與發(fā)展，有著不可替代的作用[1]。工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎(chǔ)。工程教育專業(yè)認證的核心就是要確認工科專業(yè)畢業(yè)生達到行業(yè)認可的既定質(zhì)量標準要求，是一種以培養(yǎng)目標和畢業(yè)出口要求為導向的合格性評價。

2016年6月2日，在馬來西亞吉隆坡舉行的國際工程聯(lián)盟年會（IEAM2016）上，全票通過中國科協(xié)（CAST）代表我國由《華盛頓協(xié)議》預(yù)備會員轉(zhuǎn)正，成為該協(xié)議第18個正式成員[2]。華盛頓協(xié)議是1989年由美國、愛爾蘭、加拿大、澳大利亞、英國、新西蘭6個國家的工程專業(yè)團體發(fā)起成立。此后，中國香港、南非、日本、新加坡、韓國、馬來西亞、俄國、臺北、斯里蘭卡、土耳其、印度先后成為正式會員。我國是第18個。另有孟加拉國、墨西哥、哥斯達黎加、巴基斯坦、菲律賓、秘魯6個預(yù)備成員國。

在經(jīng)濟高度全球化的今天，該協(xié)議旨在推進工程技術(shù)專業(yè)全球化，建立學歷教育與專業(yè)資格互認的體系，使得協(xié)議各國的工程教育具有可比性和等效性?！度A盛頓協(xié)議》簽約組織的認證標準普遍采用“產(chǎn)出導向（outcome-based）”的基本原則。即將受教育人員的素質(zhì)和潛能表現(xiàn)作為衡量教學成果的依據(jù)，并以促進其持續(xù)改進作為認證的最終目標。認證的重點是考核“教育產(chǎn)出”（學生學到什么），更加關(guān)注教育的結(jié)果和產(chǎn)出，采用 “能力導向”的認證標準。以學生為中心，首先是以學生能力的培養(yǎng)和達成為中心，培養(yǎng)方案的設(shè)計、教學活動和資源投入的績效最終落腳在學生能力培養(yǎng)是否達成；其次是針對全體學生的合格性評價，不是少數(shù)優(yōu)秀的學生，也不是抽樣的學生。認證提出以質(zhì)量持續(xù)改進為根本目的，認證的根本目的就是促進學校的持續(xù)改進，保證專業(yè)教育質(zhì)量的持續(xù)提高。因此，在專業(yè)教育的各個環(huán)節(jié)，都應(yīng)該有明確的質(zhì)量控制要求及檢查措施，檢查的最終目的是將發(fā)現(xiàn)的問題反饋于改進工作中。包括對培養(yǎng)目標設(shè)定的定期檢查，對出口要求實現(xiàn)程度的檢查，對學生整個學習過程的評價，對課程、師資和支持條件能否達成培養(yǎng)目標實現(xiàn)狀況的檢查，以及將檢查結(jié)果合理使用于各項改進工作中。

2 基于專業(yè)認證背景的微電子專業(yè)培養(yǎng)方案改革

從2016年開始，微電子專業(yè)納入了桂林電子科技大學大類招生的范疇，和通信工程、電子信息工程、電子科學與技術(shù)、導航工程等一起列入電子信息大類專業(yè)招生[3]。電子信息大類專業(yè)遵循“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重實踐”的教育理念，重視專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)技能培養(yǎng)。依托學科優(yōu)勢，關(guān)注學生個體充分發(fā)展，實施共性教育與個性培養(yǎng)相融合的模式。前一年半的時間內(nèi)做大類培養(yǎng)，學習通識課程和學科基礎(chǔ)課程，打下堅實基礎(chǔ)。之后，學生根據(jù)個人專業(yè)志趣、成才規(guī)劃、特長愛好主動選擇合適的專業(yè)，完成個性化培養(yǎng)，成為高素質(zhì)工程技術(shù)人才。

微電子科學與工程專業(yè)在此基礎(chǔ)上修訂完善后兩年半的專業(yè)培養(yǎng)，以培養(yǎng)具有扎實的數(shù)理基礎(chǔ)和半導體技術(shù)基礎(chǔ)，掌握半導體器件、集成電路與系統(tǒng)設(shè)計方法的工程技術(shù)人才。其培養(yǎng)方案如圖1所示，分為課內(nèi)教育和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程。課內(nèi)教育分成理論課和實踐課兩大塊，理論課包括通識課、必修課和選修課；實踐課涵蓋了實驗教學、形式與政策實踐、課內(nèi)實習、課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程包括創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基本素質(zhì)課程、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基本技能課程、創(chuàng)新實踐、科研實踐和創(chuàng)業(yè)實踐。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基本素質(zhì)課程包括開設(shè)的職業(yè)生涯規(guī)劃、就業(yè)指導等；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基本技能課程如集中培訓、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技能課程、漓江學堂等；創(chuàng)新實踐、科研實踐和創(chuàng)業(yè)實踐方面如學科競賽、本科生科教協(xié)同項目等。

上述培養(yǎng)方案的制定，一方面體現(xiàn)了厚基礎(chǔ)的目的，另一方面又特別注重培養(yǎng)學生的實踐動手能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，并且為實現(xiàn)上述目標配備了強有力的支撐平臺，例如除了常規(guī)的基礎(chǔ)實驗室，還有微電子專業(yè)專門的IC設(shè)計實驗室，以及工信部CSIP集成電路設(shè)計測試平臺，創(chuàng)新學院，漓江學堂，實習企業(yè)等，微電子專業(yè)所在學科還是廣西優(yōu)勢特色重點學科。以桂林電子科技大學首先倡導成立的廣西高校課程聯(lián)盟“廣西漓江學堂”為例[4]，它開創(chuàng)了多個“第一”，一是以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、提高學生的實踐動手能力為目標，將在線課程、綜合實驗、虛擬仿真、課程競賽融為一體；二是實施無次數(shù)限制的學習成績評定模式，最終成績由學生自主決定，改變了傳統(tǒng)的考試方式；三是創(chuàng)建“線上線下互動、虛擬現(xiàn)實結(jié)合、學校企業(yè)協(xié)同”的全新課程教學模式。同時在課程認證、學生終身教育思想培養(yǎng)等方面進行探索和實踐。目前有桂林理工大學、桂林航天工業(yè)學院、廣西師范大學、桂林醫(yī)學院、柳州職業(yè)技術(shù)學院、桂林旅游學院、桂林電子科技大學信息科技學院、桂林理工大學博文管理學院等高校加盟。

3 微電子專業(yè)的課程群與主線脈絡(luò)

微電子科學與工程專業(yè)在課程群的設(shè)置上注意了和高中物理的無縫對接，在此基礎(chǔ)上分成兩條主線開展培養(yǎng)，如圖2所示。一條是物理與器件的主線，涵蓋的主要課程有大學物理、固體物理、半導體物理、微電子器件、半導體集成電路、IC設(shè)計實踐。這一條主線和物理專業(yè)、材料科學與工程專業(yè)等有較多地相通之處，體現(xiàn)的是“厚基礎(chǔ)”的培養(yǎng)目標。第二條主線是電路與系統(tǒng)的主線，主要的課程有電路分析基礎(chǔ)、信號與系統(tǒng)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字邏輯、EDA技術(shù)（硬件描述語言）、通信電子線路、電磁場與微波技術(shù)、通信原理、微處理器原理等，這條主線和通信工程、電子信息工程、電子科學與技術(shù)等電子類專業(yè)有很多的相通之處，體現(xiàn)了微電子專業(yè)在電路與系統(tǒng)主線上的培養(yǎng)目標。大三、大四階段設(shè)置了微電子器件工藝、現(xiàn)代模擬集成電路原理及應(yīng)用、射頻集成電路設(shè)計、VLSI設(shè)計與封裝測試、ASIC設(shè)計原理等專業(yè)限選課程，體現(xiàn)出微電子專業(yè)的專業(yè)特色和培養(yǎng)深度。當然，為了很好地配合上述課程群培養(yǎng)目標的實現(xiàn)，需要設(shè)置一系列的數(shù)學與工具基礎(chǔ)課程，如高等數(shù)學、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、C語言、工程制圖等，還有課程設(shè)計Ⅰ（基礎(chǔ)工程設(shè)計）和課程設(shè)計Ⅱ（專業(yè)工程設(shè)計）來進行提升培養(yǎng)效果。最后在第八學期通過畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)論文檢測學生四年的學習效果，學生可以完整地從前端設(shè)計仿真到后端版圖仿真來完成一個芯片模塊的整個設(shè)計過程。

4 課程改革與科教協(xié)同培養(yǎng)

專業(yè)的教改實踐不僅僅體現(xiàn)在培養(yǎng)方案的制定上，更需要落實到每門課程的具體教學內(nèi)容上。作者在這方面也進行了多年的教改實踐，例如現(xiàn)代模擬集成電路原理及應(yīng)用課程。 作者從2006年開始擔任此課程的教學工作并進行了十年的改革實踐。這門課程最初是一門各個專業(yè)都可以選修的任選課程，教材和教學內(nèi)容是以電流模系統(tǒng)模塊的應(yīng)用介紹為主，雖然粗略地介紹了這些模塊的晶體管電路構(gòu)成，但是并沒有深入涉及晶體管電路的具體設(shè)計，對于非微電子專業(yè)的學生來說比較合適，但是對微電子專業(yè)的學生來說有點淺嘗輒止。 為了解決這個問題，通過多年的更改選擇最后選定了Razavi編著的全美經(jīng)典教材《模擬CMOS集成電路設(shè)計》[5]，這本教材系統(tǒng)地介紹了芯片設(shè)計所需要了解的器件和工藝基礎(chǔ)，并系統(tǒng)地介紹了基本組態(tài)的放大電路、電流鏡、帶隙基準電壓源、折疊和套筒運放、頻響與穩(wěn)定性及其補償?shù)?，特別強調(diào)增益、擺幅、功耗、芯片面積等各個設(shè)計指標之間的折中與優(yōu)化?？傮w來說，選擇這本從國外引入的優(yōu)秀的經(jīng)典教材更適合作為微電子科學與工程專業(yè)的培養(yǎng)教材，其完全吻合了微電子方向的培養(yǎng)需要。通過改革，提高了課堂活力，激發(fā)了學生的學習興趣，促進了課堂教學質(zhì)量的有效提高。

基礎(chǔ)課程的培養(yǎng)同樣需要不斷地進行教改，今天我們的高等教育早已經(jīng)進入了大眾化的階段，學生們的探究鉆研精神呈現(xiàn)下降的趨勢，如何提升培養(yǎng)質(zhì)量是需要從多方面進行思考的。以電路分析基礎(chǔ)課程為例，在2016年教學實踐中，筆者采取了下面的一系列措施來提升培養(yǎng)質(zhì)量，首先是一開始就建立了電路分析QQ群，以方便學生隨時隨地可以找到老師并向老師提問，同時每周都固定在星期四晚上在教研室為學生做定期課程輔導答疑。在每章的新課開始之前，在QQ群發(fā)布預(yù)習指南，并發(fā)布適當?shù)念A(yù)習練習試題，每個章節(jié)結(jié)束后再發(fā)布復(fù)習大綱。同時，QQ群中不時地開展一些典型問題討論、考研試題分析、試題擂臺賽等。在5月份期中的時候，印發(fā)試題進行段考，以方便同學們檢測自己的學習情況，做階段總結(jié)。此外，每兩到三章結(jié)束之后，專門申請額外的時間上習題解答課，期末考試之前，安排了三天的輔導答疑時間?？偟膩碚f，培養(yǎng)過程涵蓋了預(yù)習提示、上課、復(fù)習提示、現(xiàn)場答疑與QQ群答疑、習題課、段考、考前答疑與實驗八個方面。

為了使本科培養(yǎng)不拘泥于教材，實現(xiàn)科教協(xié)同、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培養(yǎng)無疑是非常重要的。以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程中的科研實踐為例，桂林電子科技大學專門出臺了相關(guān)的文件，通過本科生和研究生導師簽訂科教協(xié)同合同，本科生參與研究生導師的科研課題，研究生導師為本科生支付一定的合同經(jīng)費，本科生在完成科教協(xié)同任務(wù)后，依據(jù)完成的情況就可以替代課程設(shè)計或者畢業(yè)設(shè)計。通過類似的辦法，本科生能夠和研究生、研究生導師一起參與前沿科研實踐，非常有利于培養(yǎng)學生的科研眼界、科研經(jīng)驗和終生學習研究的能力。

5 結(jié)語

該文總結(jié)了桂林電子科技大學十余年來在微電子科學與工程專業(yè)培養(yǎng)上的一些教改實踐，通過微電子系全體老師們的努力，微電子科學與工程專業(yè)的課程設(shè)置、培養(yǎng)方案等都在逐年完善與提升，畢業(yè)生質(zhì)量也在穩(wěn)步提高。但是，在信息技術(shù)特別是微電子技術(shù)高速發(fā)展的今天，專業(yè)培養(yǎng)也必須與時俱進，專業(yè)教改實踐永遠在路上。

參考文獻

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[3]桂林電子科技大學2016年全日制本?？普猩鲁蘙EB/OL].（2016-06-06）.http：//www.gaokao.com.

[4]賀超.廣西高校課程聯(lián)盟新模式“廣西漓江學堂”在桂成立[EB/OL].新華網(wǎng)廣西頻道，2015-05-19.

[5]（美） Behzad Razavi，著.模擬CMOS集成電路設(shè)計（簡編版）[M].陳貴燦，程軍，張瑞智，譯.西安交通大學出版社，2013.