集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)S-CDIO實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

劉有耀， 杜慧敏， 張麗果

(西安郵電大學(xué) 電子工程學(xué)院, 陜西 西安 710121)

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集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)S-CDIO實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

劉有耀， 杜慧敏， 張麗果

(西安郵電大學(xué) 電子工程學(xué)院, 陜西 西安 710121)

集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)是一個工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)的本科專業(yè)，在大工程觀教育理念指導(dǎo)下，在分析CDIO培養(yǎng)大綱能力要求和集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)能力要求基礎(chǔ)上，構(gòu)建了集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)S-CDIO實(shí)踐教學(xué)體系，探索了教學(xué)科研協(xié)同、學(xué)校企業(yè)協(xié)同項(xiàng)目驅(qū)動的研究式實(shí)踐教學(xué)方法，完善并建設(shè)了多樣化的實(shí)踐環(huán)境和工程經(jīng)驗(yàn)豐富的師資隊(duì)伍，建立有效的人才培養(yǎng)評價體系，保障實(shí)踐教學(xué)體系的有效實(shí)施。

集成電路設(shè)計; CDIO; 實(shí)踐教學(xué)體系

0 引 言

集成電路產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，是推動信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的源泉和動力[1]。國務(wù)院于2000 年6月25日頒發(fā)了“鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策(18 號)”文件，大力支持和鼓勵我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[2]。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[3-4]。教育部于2003年開始批準(zhǔn)設(shè)置“集成電路設(shè)計與集成系統(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)計與集成系統(tǒng)”本科專業(yè)[5-6]。國務(wù)院于2011年1月28日頒發(fā)了“進(jìn)一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策(新18號)”文件，要求高校要進(jìn)一步深化改革，加強(qiáng)集成電路設(shè)計相關(guān)專業(yè)建設(shè)，緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求及時調(diào)整課程設(shè)置、教學(xué)計劃和教學(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[7]。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)一步指出著力發(fā)展集成電路設(shè)計業(yè)，加大人才培養(yǎng)力度[8]。

然而，“集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)”專業(yè)涉及的新概念、新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，是一個工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)的本科專業(yè)[9]。畢業(yè)生不僅要具有較強(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[10]。因此，構(gòu)建集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)S-CDIO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，是培養(yǎng)集成電路設(shè)計人才的關(guān)鍵。

1 集成電路設(shè)計、集成系統(tǒng)專業(yè)能力與CDIO能力要求

在大工程觀的視野下, 高等工程教育的任務(wù)是培育學(xué)生的責(zé)任意識、培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、指導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)工程所需的基礎(chǔ)知識和基本能力、培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力、指導(dǎo)學(xué)生建立基本的價值判斷能力、培養(yǎng)學(xué)生基本的社會活動能力[11-12]。

CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實(shí)施(Implement)和運(yùn)作(Operate)，對學(xué)生提出三個總目標(biāo)：① 更深入地掌握技術(shù)基礎(chǔ)知識；② 領(lǐng)導(dǎo)新產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)的開發(fā)與運(yùn)行；③ 理解研究與技術(shù)發(fā)展對社會的重要性與戰(zhàn)略影響。CDIO教育把工程師所需具備的知識、能力和素質(zhì)分解整理成為CDIO教學(xué)大綱，即技術(shù)知識與推理、個人專業(yè)能力與素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通技能和在企業(yè)與社會環(huán)境下的構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行四個一級能力要求以及17個二級能力要求，這個教學(xué)大綱細(xì)化到可直接觀察到學(xué)生表現(xiàn)行為的程度，可作為學(xué)生學(xué)習(xí)效果的測量依據(jù)[13-14]。

集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)學(xué)生應(yīng)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、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通交流能力，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、實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用的總目標(biāo)。

集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)，分別以知識、能力、素質(zhì)細(xì)化培養(yǎng)目標(biāo)，形成12條知識、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、必要的人文社會科學(xué)知識和良好的外語基礎(chǔ)；② 具有通信系統(tǒng)、計算機(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)計自動化(EDA)技術(shù)。

(2) 能力結(jié)構(gòu)要求：① 具有使用EDA工具進(jìn)行集成電路與集成系統(tǒng)設(shè)計的能力；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。

CDIO以一種系統(tǒng)、宏觀的視角來培養(yǎng)工程人才，強(qiáng)調(diào)以工程項(xiàng)目為載體，讓學(xué)生從工程項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)施和運(yùn)作等全方位深入工程實(shí)際。不僅強(qiáng)調(diào)工程教育過程中學(xué)校、社會和產(chǎn)業(yè)三者之間的密切合作，同時還強(qiáng)調(diào)從項(xiàng)目構(gòu)思到實(shí)施全過程的系列評估，體現(xiàn)了大工程觀理念。CDIO培養(yǎng)目標(biāo)涵蓋了在社會和企業(yè)環(huán)境下，對產(chǎn)品、生產(chǎn)流程、工程系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)施、運(yùn)行所需的專業(yè)技術(shù)知識和工程實(shí)踐能力。此外，CDIO還特別注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、人際交往能力，發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力，批判思維能力，職業(yè)道德和職業(yè)態(tài)度，工程組織與管理能力等全方位的工程素養(yǎng)。 CDIO教育模式強(qiáng)調(diào)以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，使學(xué)生把專業(yè)知識技能與完全真實(shí)的社會環(huán)境中的產(chǎn)品研發(fā)流程結(jié)合起來， 通過構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)施、運(yùn)作等4個環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)能力的訓(xùn)練，使教學(xué)內(nèi)容和方法與產(chǎn)業(yè)發(fā)展同步，理論與實(shí)踐相結(jié)合。CDIO強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生在完整的工程項(xiàng)目全過程“做中學(xué)”，而不是淺嘗輒止、簡單、離散的實(shí)踐環(huán)節(jié)的拼接。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生理解和消化教師傳授的知識和技能，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，最終達(dá)到培養(yǎng)工程創(chuàng)新能力的目的[15-16]。

集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)采用自頂向下的設(shè)計流程可概括為想法(Idea)-設(shè)計(Design)-實(shí)現(xiàn)(Implement)-驗(yàn)證(Verify)與CDIO工程教育模式的構(gòu)思(Conceive)-設(shè)計(Design)-實(shí)現(xiàn)(Implement)-運(yùn)行(Operate)從形式到內(nèi)容非常吻合。CDIO強(qiáng)調(diào)以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的完整生命周期為載體，讓學(xué)生在其中以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程理論知識，積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和提升各種工程能力。因此，借鑒和吸收先進(jìn)的CDIO工程教育理念和標(biāo)準(zhǔn)，確立“需求引導(dǎo)、項(xiàng)目驅(qū)動、強(qiáng)化實(shí)踐、教研統(tǒng)一、突出創(chuàng)新、全面發(fā)展”的培養(yǎng)思路，以軟件無線電(SDR)系統(tǒng)(包括算法、體系結(jié)構(gòu)、集成電路)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)為工程背景融入實(shí)踐教學(xué)過程，構(gòu)建工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力螺旋式上升的一體化實(shí)踐教學(xué)體系，培養(yǎng)集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，同時引領(lǐng)知識基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)和綜合素質(zhì)的拓展。

2 集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)S-CDIO實(shí)踐教學(xué)體系

按照“需求引導(dǎo)、項(xiàng)目驅(qū)動、強(qiáng)化實(shí)踐、教研統(tǒng)一、突出創(chuàng)新、全面發(fā)展”的培養(yǎng)思路，結(jié)合我校的實(shí)際情況，構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系是培養(yǎng)集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)人才工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。將四年的實(shí)踐環(huán)節(jié)按照空間維度上的橫向相互關(guān)聯(lián)性構(gòu)建“課內(nèi)實(shí)驗(yàn)-課程設(shè)計-工程訓(xùn)練-創(chuàng)新實(shí)踐”四個層次的實(shí)踐環(huán)節(jié)，在時間維度上的縱向相互關(guān)聯(lián)性構(gòu)建“基礎(chǔ)系統(tǒng)實(shí)踐能力-學(xué)科系統(tǒng)實(shí)踐能力-專業(yè)系統(tǒng)實(shí)踐能力-工程系統(tǒng)實(shí)踐能力”四個學(xué)年的實(shí)踐環(huán)節(jié)，即每年度縱向系統(tǒng)實(shí)踐能力通過橫向關(guān)聯(lián)的四個層次的實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，形成螺旋式的實(shí)踐能力培養(yǎng)。為適應(yīng)社會以及行業(yè)對人才要求的不斷提升，將企業(yè)實(shí)際工程項(xiàng)目和科研項(xiàng)目貫穿四個層次的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生按照CDIO過程完成四個層次實(shí)踐環(huán)節(jié)中的項(xiàng)目，構(gòu)建項(xiàng)目驅(qū)動S-CDIO(Spiral-Conceive Design Implement Operate)實(shí)踐教學(xué)體系(S-CDIO practice teaching system based on project)。學(xué)生在4年中通過四個層次實(shí)踐學(xué)習(xí)，工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到不斷提升。

結(jié)合學(xué)校優(yōu)勢特色以及行業(yè)背景，將集成電路設(shè)計與通信系統(tǒng)相結(jié)合、集成電路設(shè)計與計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)相結(jié)合，構(gòu)建如圖1所示的集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)S-CDIO實(shí)踐教學(xué)體系。

圖1 項(xiàng)目驅(qū)動螺旋式上升的實(shí)踐教學(xué)體系

在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)中，按照CDIO實(shí)現(xiàn)一個科研項(xiàng)目中的小模塊。第一學(xué)年開設(shè)電類專業(yè)計算機(jī)基礎(chǔ)、高級語言程序設(shè)計課程實(shí)驗(yàn)，著重培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)踐能力，第二學(xué)年開設(shè)電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計課程實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)能力，第三學(xué)年開設(shè)微機(jī)原理與嵌入式系統(tǒng)、FPGA設(shè)計課程實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)能力，第四學(xué)年開設(shè)模擬集成電路設(shè)計、數(shù)字集成電路設(shè)計課程實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生的集成電路設(shè)計基礎(chǔ)能力。通過四年的課程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，使得學(xué)生在計算機(jī)應(yīng)用、電子技術(shù)應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、集成電路設(shè)計方面打下了良好的基礎(chǔ)，每學(xué)年的課程實(shí)驗(yàn)相對前一學(xué)年對學(xué)生的實(shí)踐能力要求循序漸進(jìn)提高，學(xué)生的實(shí)踐能力也相應(yīng)不斷的提升。

在課程設(shè)計實(shí)踐環(huán)節(jié)中，按照CDIO實(shí)現(xiàn)一個科研項(xiàng)目中的子系統(tǒng)。第一學(xué)年開展高級語言課程設(shè)計加強(qiáng)學(xué)生的高級語言程序設(shè)計能力和計算機(jī)應(yīng)用能力，第二學(xué)年開展電子技術(shù)課程設(shè)計(包括收音機(jī)、電話機(jī)的組裝，數(shù)字電路設(shè)計)加強(qiáng)學(xué)生的電子技術(shù)應(yīng)用能力，第三學(xué)年開展基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計加強(qiáng)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用能力，第四學(xué)年開展集成電路設(shè)計課程設(shè)計加強(qiáng)學(xué)生集成電路設(shè)計能力。通過四年的課程設(shè)計實(shí)踐環(huán)節(jié)，使得學(xué)生在計算機(jī)應(yīng)用、電子技術(shù)應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、集成電路設(shè)計方面的工程實(shí)踐能力得到進(jìn)一步加強(qiáng)。每學(xué)年的課程設(shè)計在本學(xué)年課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)踐能力得到進(jìn)一步加強(qiáng)，同時是在前一學(xué)年的課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升學(xué)生的實(shí)踐能力。

在4年的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計實(shí)踐教學(xué)中，以FPGA設(shè)計為載體、以軟件無線電的“高級語言→匯編→ 機(jī)器目標(biāo)代碼→處理器設(shè)計”為主線，以“高級語言及匯編程序設(shè)計”和“處理器模擬模型”為先導(dǎo)，從計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，強(qiáng)調(diào)軟件和硬件之間的關(guān)聯(lián)，重點(diǎn)在流水線CPU設(shè)計，形成了計算機(jī)應(yīng)用工程實(shí)踐能力培養(yǎng)不斷線，培養(yǎng)學(xué)生集成電路設(shè)計與計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)相結(jié)合的工程實(shí)踐能力。

在工程訓(xùn)練實(shí)踐環(huán)節(jié)中，按照CDIO實(shí)現(xiàn)企業(yè)實(shí)際工程小項(xiàng)目。將在每一學(xué)年用不同的實(shí)現(xiàn)方式完成同一個完整的實(shí)際工程或科研項(xiàng)目的功能要求。第一學(xué)年采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目要求，提升學(xué)生對計算機(jī)應(yīng)用的實(shí)踐能力，同時為第二學(xué)年的工程訓(xùn)練打下基礎(chǔ)；第二學(xué)年在第一學(xué)年的工程訓(xùn)練和創(chuàng)新實(shí)踐基礎(chǔ)上，用數(shù)字邏輯電路和模擬電路在PCB上完成項(xiàng)目要求，提升學(xué)生對電子技術(shù)應(yīng)用的實(shí)踐能力，同時為第三學(xué)年的工程訓(xùn)練打下基礎(chǔ)；第三學(xué)年在第二學(xué)年的工程訓(xùn)練和創(chuàng)新實(shí)踐基礎(chǔ)上，用軟硬件在FPGA上實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目要求，提升學(xué)生基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐能力，同時為第四學(xué)年的工程訓(xùn)練打下基礎(chǔ)；第四學(xué)年在第三學(xué)年的工程訓(xùn)練和創(chuàng)新實(shí)踐基礎(chǔ)上，用專用集成電路的方式實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目要求，提升學(xué)生集成電路設(shè)計實(shí)踐能力，同時為畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。

在4年的工程訓(xùn)練，以企業(yè)實(shí)際工程項(xiàng)目為目標(biāo)，以“單片機(jī)控制系統(tǒng)→系統(tǒng)模塊開發(fā)→FPGA實(shí)現(xiàn)→集成電路設(shè)計”為主線，貫穿4年的工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，形成了通信系統(tǒng)工程實(shí)踐訓(xùn)練不斷線，培養(yǎng)學(xué)生集成電路設(shè)計與通信系統(tǒng)相結(jié)合的工程實(shí)踐能力。

在創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)，按照CDIO過程進(jìn)行軟件無線電(SDR)系統(tǒng)(包括算法、體系結(jié)構(gòu)、集成電路)科研項(xiàng)目的完整設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。第一學(xué)年通過SDR算法的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，第二學(xué)年通過PCB制作和電子系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，為第三學(xué)年的學(xué)科競賽等創(chuàng)新活動打下基礎(chǔ)，第三學(xué)年學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好以及特長參加SDR系統(tǒng)的數(shù)字集成電路設(shè)計、模擬集成電路設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方向的科技競賽、興趣小組等進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐，第四學(xué)年學(xué)生在校內(nèi)和校外實(shí)習(xí)基地進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計管理辦法分別在SDR系統(tǒng)的數(shù)字集成電路設(shè)計、模擬集成電路設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方向選擇畢業(yè)設(shè)計題目，進(jìn)一步提升工程實(shí)踐能力。

3 集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)S-CDIO實(shí)踐教學(xué)方法

實(shí)踐教學(xué)體系只有通過一定的教與學(xué)，才能使學(xué)生達(dá)到能力的訓(xùn)練，引領(lǐng)知識的學(xué)習(xí)、拓展素質(zhì)的提升。研究式教學(xué)是一種符合工程能力培養(yǎng)規(guī)律、符合綜合素質(zhì)形成邏輯的教學(xué)組織形式和教學(xué)方法，實(shí)踐教學(xué)采用基于問題的探究式和基于項(xiàng)目的參與式兩種研究式教與學(xué)的方法達(dá)到實(shí)踐教學(xué)體系的目標(biāo)要求。

3.1 教學(xué)科研協(xié)同S-CDIO參與式教學(xué)

在集成電路系統(tǒng)設(shè)計教研統(tǒng)一的教學(xué)團(tuán)隊(duì)保障下，建立科研促進(jìn)和服務(wù)于教學(xué)的研究式教學(xué)方法，探索形成“科研嵌入”實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、“科研反哺”實(shí)踐教學(xué)環(huán)境、“科研提高”師資隊(duì)伍工程實(shí)踐能力和“科研啟發(fā)”創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教研統(tǒng)一機(jī)制。

根據(jù)科研項(xiàng)目開發(fā)實(shí)際，總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，凝練科研案例，撰寫系列實(shí)驗(yàn)教材，將完整的科研項(xiàng)目分模塊嵌入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。同時，通過理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)3個環(huán)節(jié)將理論教學(xué)與項(xiàng)目實(shí)踐緊密結(jié)合，同步進(jìn)行，達(dá)到理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐促進(jìn)理論學(xué)習(xí)的項(xiàng)目驅(qū)動的研究式學(xué)習(xí)。在承擔(dān)各級各類科研項(xiàng)目的過程中，逐步建立高水平的科研平臺，積累豐富的軟、硬件資源轉(zhuǎn)化為實(shí)踐教學(xué)資源保障學(xué)生研究式學(xué)習(xí)。

對學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，要求教師必須具備豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，科研工作可有效彌補(bǔ)教師工程經(jīng)驗(yàn)的不足，同時注重引進(jìn)科研經(jīng)歷、工程能力和國際背景的教師，強(qiáng)化教師的工程經(jīng)驗(yàn)。通過科研項(xiàng)目培養(yǎng)教師的科研能力和教學(xué)水平，提高師資隊(duì)伍的人才培養(yǎng)能力，轉(zhuǎn)化為第一、第二課堂的教學(xué)優(yōu)勢。鼓勵科研項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)集體授課，開展互動式、參與式、討論式課堂授課。按照“教研統(tǒng)一”的人才培養(yǎng)思路，由項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員指導(dǎo)學(xué)生直接參與實(shí)際科研項(xiàng)目研發(fā)(以CDIO完整的過程實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目要求)，教師與學(xué)生以平等身份參與項(xiàng)目，同一學(xué)年科研模塊具有空間內(nèi)容相互關(guān)聯(lián)性，每學(xué)年科研模塊具有時間和內(nèi)容相互關(guān)聯(lián)性，形成S-CDIO參與式教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行研究式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、人際溝通能力，提高學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。

3.2 學(xué)校企業(yè)協(xié)同S-CDIO探究式教學(xué)

按照“需求引導(dǎo)”的人才培養(yǎng)思路，探索校內(nèi)培養(yǎng)與企業(yè)實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的人才培養(yǎng)特色，建立包括校內(nèi)的綜合素質(zhì)與能力培養(yǎng)、校外的企業(yè)能力深度拓展等環(huán)節(jié)的系統(tǒng)完整的工程教育培養(yǎng)體系，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從學(xué)校內(nèi)基礎(chǔ)知識積累、實(shí)踐能力培養(yǎng)，到企業(yè)中產(chǎn)業(yè)知識拓展、知識運(yùn)用能力提升，以更好地滿足迅速發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)對工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才的能力需求。

對于企業(yè)多元化發(fā)展需要但并非當(dāng)前急需的課題，難度適中并在教師和企業(yè)工程師的指導(dǎo)下可以按期完成的課題，市場不確定但技術(shù)確定需要進(jìn)行試探性開發(fā)的課題，算法思想不確定需要評估的課題，通過精心設(shè)計將這些課題分解為若干個實(shí)際問題，并按照問題組織教學(xué)內(nèi)容，貫穿在四年的培養(yǎng)過程中。通過校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，將實(shí)際問題的工程實(shí)踐分解在四年的“工程訓(xùn)練”實(shí)踐環(huán)節(jié)中與“課內(nèi)實(shí)驗(yàn)”、“課程設(shè)計”、“創(chuàng)新實(shí)踐”形成空間內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，企業(yè)提供相關(guān)的實(shí)踐教材，由經(jīng)過企業(yè)實(shí)訓(xùn)的專任教師和企業(yè)工程師共同指導(dǎo)學(xué)生(按照CDIO過程)完成?！肮こ逃?xùn)練”相關(guān)的知識、能力按學(xué)年不斷漸進(jìn)式提升，學(xué)生針對企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目中的問題進(jìn)行S-CDIO研究式學(xué)習(xí)，學(xué)會應(yīng)用和獲取知識，工程意識、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力不斷提高。同時由企業(yè)兼職教師在校內(nèi)開設(shè)企業(yè)相關(guān)課程，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，為學(xué)生提供真實(shí)的第二課堂，使學(xué)生在實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中完成從理論到實(shí)踐的過渡，從學(xué)校到社會的過渡。面向企業(yè)人才需求的素質(zhì)與能力基礎(chǔ)培養(yǎng)前移至校內(nèi)階段，并通過深度參觀實(shí)習(xí)、崗前培訓(xùn)、應(yīng)用實(shí)習(xí)、項(xiàng)目組實(shí)習(xí)、項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)獨(dú)立工作等形式，打通在校學(xué)習(xí)和企業(yè)實(shí)踐的通道，保證成長環(huán)境和工作環(huán)境的協(xié)同。

“工程訓(xùn)練”實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)過程采取“校內(nèi)導(dǎo)師組”與“企業(yè)導(dǎo)師組”雙反饋雙評估機(jī)制。學(xué)生在成長過程中，除了學(xué)習(xí)成績以外，企業(yè)定期派出導(dǎo)師，與校內(nèi)導(dǎo)師組共同對學(xué)生創(chuàng)新活動等表現(xiàn)給予評價。學(xué)校和企業(yè)雙方對于每個學(xué)生的能力評估會及時反饋給學(xué)生，讓他們及時調(diào)整學(xué)習(xí)計劃，促使自身發(fā)展定位與產(chǎn)業(yè)需求相匹配。學(xué)生在不斷地評估與調(diào)整中，實(shí)現(xiàn)能力的持續(xù)積累及縱向提升。

4 S-CDIO實(shí)踐教學(xué)保障條件

4.1 建設(shè)具有國際背景的、工程經(jīng)驗(yàn)豐富的教研團(tuán)隊(duì)

具有一定工程素質(zhì)的高水平師資隊(duì)伍是實(shí)踐教學(xué)體系實(shí)施的關(guān)鍵因素之一。按照“教研統(tǒng)一”人才培養(yǎng)思路，通過引進(jìn)和培養(yǎng)、學(xué)校和企業(yè)雙向交流的方式，建設(shè)專兼職相結(jié)合的、具有工程經(jīng)驗(yàn)豐富的教研統(tǒng)一團(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)的教學(xué)能力，保證學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。企業(yè)工程技術(shù)人員和管理人員擔(dān)任兼職教師，直接為學(xué)生授課或指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)，參與企業(yè)項(xiàng)目實(shí)踐。學(xué)校每年都組織專任教師 “走出去”，了解企業(yè)需要的人才要求和最新技術(shù)知識；系統(tǒng)安排青年教師在企業(yè)進(jìn)行“實(shí)訓(xùn)”；新入職的博士通過企業(yè)掛職，進(jìn)行1年以上的企業(yè)實(shí)際設(shè)計經(jīng)驗(yàn)。同時，通過主持或參加科研項(xiàng)目培養(yǎng)教師的工程實(shí)踐能力，鼓勵專任教師將科研成果轉(zhuǎn)化并成立公司，積累了深厚的工程經(jīng)驗(yàn)。引進(jìn)留學(xué)歸國人員充實(shí)師資隊(duì)伍，強(qiáng)化了團(tuán)隊(duì)的國際背景。通過這些措施，提升教師的教學(xué)水平和研發(fā)能力，建立一支專兼職相結(jié)合的工程經(jīng)驗(yàn)豐富的人才培養(yǎng)師資隊(duì)伍。集成電路系統(tǒng)設(shè)計團(tuán)隊(duì)先后于2010年和2012年被評為“陜西省省級教學(xué)團(tuán)隊(duì)”和“陜西省首批重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”。

4.2 建設(shè)多樣化和全開放的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境

按照“強(qiáng)化實(shí)踐”的人才培養(yǎng)思路，構(gòu)建完善的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境是順利實(shí)施S-CDIO實(shí)踐教學(xué)體系中教學(xué)內(nèi)容的保障。經(jīng)過多年建設(shè)，建成了省級工程中心、省級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、部級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、省級創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)、校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等多樣化的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境。通過完善已有實(shí)驗(yàn)室，整合已有實(shí)驗(yàn)平臺構(gòu)建“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺-專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺-工程訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)平臺-創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”和實(shí)習(xí)基地等多個校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地，覆蓋S-CDIO實(shí)踐教學(xué)體系中“課內(nèi)實(shí)驗(yàn)-課程設(shè)計-工程訓(xùn)練-創(chuàng)新實(shí)踐”四個層次的實(shí)踐教學(xué)。

集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)S-CDIO實(shí)踐環(huán)境與實(shí)踐環(huán)節(jié)的關(guān)系如圖2所示。通過EDA工具與云計算技術(shù)創(chuàng)新整合，采用云計算技術(shù)實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)軟件、硬件資源的開放共享，在技術(shù)上采用了互聯(lián)網(wǎng)的云接入，實(shí)現(xiàn)了“任何時間、任何地點(diǎn)、通過任何終端設(shè)備”可以使用云平臺上的EDA工具進(jìn)行相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)與實(shí)習(xí)活動，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室全天候開放。

集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)S-CDIO實(shí)踐教學(xué)環(huán)境建設(shè)得到省內(nèi)外同行的認(rèn)可，其中集成電路工藝校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地建設(shè)得到省內(nèi)外同行的高度認(rèn)可，該基地是長安大學(xué)、陜西科技大學(xué)、西安科技大學(xué)等兄弟院校的學(xué)生參觀實(shí)習(xí)基地。

圖2 四個平臺、一個基地的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境及實(shí)踐環(huán)節(jié)

4.3 保證實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的高效培養(yǎng)制度

人才培養(yǎng)制度是與人才培養(yǎng)過程緊密相關(guān)的各種規(guī)章制度及其實(shí)施的體系，是人才培養(yǎng)得以按規(guī)定實(shí)施的重要保障與基本前提。培養(yǎng)制度中除了基本制度和日常教學(xué)管理制度外，應(yīng)制定與教學(xué)模式改革相適應(yīng)的制度，如我校電子工程學(xué)院制定“教職工參與教學(xué)改革的獎勵制度”、“專任教師到企業(yè)掛職培訓(xùn)的制度”、“兼職教師的聘任和管理辦法”等教學(xué)相關(guān)制度，有效促進(jìn)教師開展教研工作的積極性和主動性，制定“學(xué)生參與科研項(xiàng)目的管理辦法”、“課外八學(xué)分實(shí)施辦法”、“學(xué)生到企業(yè)學(xué)習(xí)和實(shí)踐的規(guī)定”等鼓勵學(xué)生參與科研項(xiàng)目和實(shí)踐活動，極大地調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。

4.4 建立有效的人才培養(yǎng)評價體系

培養(yǎng)評價是“依據(jù)一定的原則建立的與培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方案、培養(yǎng)過程、培養(yǎng)手段相適應(yīng)的評價方法與標(biāo)準(zhǔn), 以保障培養(yǎng)目標(biāo)的落實(shí)、完成” 。由于高等教育與社會緊密聯(lián)系，在設(shè)定各種評價標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)該充分考慮社會對人才的要求。

培養(yǎng)評價過程中的原則就是培養(yǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，西安郵電大學(xué)樹立“以學(xué)生為本、以質(zhì)量為重”的教學(xué)指導(dǎo)思想，以教學(xué)工作為中心，把質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)作為保證質(zhì)量的重要前提和第一環(huán)節(jié)。在嚴(yán)格執(zhí)行各種教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，形成了以人才培養(yǎng)目標(biāo)為最高綱領(lǐng)，以人才培養(yǎng)方案為基本依據(jù)，以日常教學(xué)規(guī)范為行動準(zhǔn)則，涵蓋本科教學(xué)活動主要過程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系。教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系由三部分構(gòu)成：一是目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，即人才培養(yǎng)目標(biāo)定位、人才培養(yǎng)方案等，是質(zhì)量保障的主要監(jiān)控點(diǎn)；二是過程標(biāo)準(zhǔn)，即教學(xué)大綱和教學(xué)日歷的實(shí)施、課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等各個環(huán)節(jié)、教學(xué)改革、課程建設(shè)、教學(xué)方式與手段的選擇、考核方式與閱卷、畢業(yè)設(shè)計、雙語課程等；三是條件標(biāo)準(zhǔn)，它包括教學(xué)管理隊(duì)伍的配備、實(shí)踐場所及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配備、教學(xué)管理制度的制定等。建立科學(xué)的教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，有利于強(qiáng)化教學(xué)管理、提高教學(xué)質(zhì)量，有利于教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，不斷提高自身的綜合素質(zhì)。

教學(xué)質(zhì)量保障體系是保障教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要手段，是一項(xiàng)全方位、全程性的質(zhì)量管理系統(tǒng)工程，這一體系的建立與運(yùn)行涉及到教學(xué)工作的各個方面，帶有鮮明的導(dǎo)向性。因此，教育質(zhì)量保障體系中的各項(xiàng)指標(biāo)體系的確定必須遵循規(guī)范性、可操作性、全面性等原則，克服隨意性，力求該體系的制度化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

遵循高等教育教學(xué)的內(nèi)在規(guī)律，運(yùn)用先進(jìn)的教育教學(xué)管理的理論、理念與方法，借鑒全面質(zhì)量管理(TQM)的思路和ISO9000質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，全面構(gòu)建如圖3所示的教學(xué)質(zhì)量保障體系，推動教學(xué)質(zhì)量管理的科學(xué)化、規(guī)范化、信息化。建立了由質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系、質(zhì)量監(jiān)控體系、質(zhì)量信息及分析體系、質(zhì)量改進(jìn)體系四個子體系為主的閉環(huán)形式的教學(xué)質(zhì)量保障體系，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

圖3 工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量保障體系

堅(jiān)持以教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控與評估為主線、以專業(yè)為基礎(chǔ)、以教師和學(xué)生為主體、以管理為紐帶，形成全方位全過程的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系，從多個方面對教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評估和監(jiān)控。從而實(shí)現(xiàn)自我約束、自我評價和自我發(fā)展的長效機(jī)制，使教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控和評估成為保證和提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段。

5 結(jié) 語

借鑒CDIO教育理念，結(jié)合我校集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)的優(yōu)勢特色，設(shè)計S-CDIO實(shí)踐教學(xué)體系，通過多樣化的實(shí)踐教學(xué)平臺建設(shè)、工程經(jīng)驗(yàn)豐富的師資隊(duì)伍建設(shè)，不斷改進(jìn)研究式的教學(xué)方法，集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)S-CDIO實(shí)踐教學(xué)體系的實(shí)施已取得了良好成效。已建成了1個省級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、1個省級人才培養(yǎng)模式實(shí)驗(yàn)區(qū)、1個省級工程研究中心、2個省級教學(xué)團(tuán)隊(duì)、1個省級科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、1門省級精品實(shí)驗(yàn)課程，“集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐”獲得2013年陜西省教學(xué)成果一等獎。近幾年，本專業(yè)學(xué)生參加各類學(xué)科競賽獲獎61項(xiàng)，其中國家級獎26項(xiàng)，本科生就業(yè)率一直保持在90%以上，就業(yè)率和考研率在學(xué)校名列前茅。

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Research and Practice on S-CDIO Engineering Education Mode for the Specialty of Integrated Circuit Design and Integrated System

LIUYou-yao，DUHui-min，ZHANGLi-guo

(School of Electronic Engineering, Xi’an University of Posts and Telecommunications，Xi’an 710121, China)

Integrated circuit design and integrated system is a profession which needs practice ability. By guidance of the view of CDIO large-scale engineering, we put forward a S-CDIO practice teaching system for the profession of integrated circuit design and integrated system. The system is established based on the requirement of outline of CDIO cultivating ability, and the requirement of professional ability of integrated circuit design and integration system. We explore practice teaching and studying methods which cooperate teaching and enterprises with research and universities, improve the diversified practice environment and engineering experienced teaching staff, and construct effective cultivation evaluation system which ensures the effective implementation of the practice teaching system.

integrated circuit design; CDIO; practice teaching system

2015-02-28

國家特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)項(xiàng)目(TS12509)；陜西普通本科高?！皩I(yè)綜合改革試點(diǎn)”項(xiàng)目

劉有耀(1975-)，男，陜西佳縣人，博士，副教授，研究方向?yàn)榧呻娐废到y(tǒng)設(shè)計。

Tel.:13679246716;E-mail:lyyao2002@163.com

G 642; G 640

A

1006-7167(2016)02-0179-06