基于產教融合的新工科人才培養(yǎng)共同體構建—以“半導體物理與器件”課程為例

劉林生 王園 蔣品群

摘要：“半導體物理與器件”課程公式多、概念抽象、內容理論性強，采用傳統(tǒng)講授式教學方法，學生理解起來非常困難。針對這一普遍存在的問題，本文從新工科和產教融合的視角，通過構建人才培養(yǎng)共同體的方式，引進半導體相關企業(yè)深入?yún)⑴c教學過程的各個環(huán)節(jié)，包括人才培養(yǎng)方案的修訂，教學內容、教學方法和教學手段等的調整與優(yōu)化，實現(xiàn)提高課程的教學質量及學生的實踐和創(chuàng)新能力的目的。

關鍵詞：半導體物理與器件;新工科;產教融合

中圖分類號：G642.0????文獻標志碼：A

1?概述

作為普通高等學校電子與信息類學生重要的一門專業(yè)基礎課，“半導體物理與器件”對我國發(fā)展集成電路與微電子相關現(xiàn)代高新技術領域具有非常重要的理論和實用意義。為了應對以新一代信息技術和人工智能產業(yè)為代表的新一輪技術革命，我國政府提出了新工科計劃[1]?！鞍雽w物理與器件”作為新工科人才培養(yǎng)對接產業(yè)硬件相關的重要理論基礎課程，受到了政府和教育機構的高度重視。為了突破國外發(fā)達國家對我國核心芯片“卡脖子”的瓶頸，非常有必要加強高校在半導體基礎核心課程方面的人才培養(yǎng)力度。

“半導體物理與器件”課程公式多、物理概念抽象、內容理論性強，僅采用傳統(tǒng)的講授式教學方法，學生被動接受知識，理解起來非常困難，教學效果不佳。另外，作為跟現(xiàn)代集成電路和微電子產業(yè)聯(lián)系非常緊密的基礎課程，往往由于普通高校缺乏相關的實驗條件和設備，學生在校內實踐動手的機會非常少。這導致實踐能力缺乏，學生畢業(yè)后到企業(yè)里還需要進行技術培訓，不僅增加了企業(yè)的負擔，也影響了學生更好地就業(yè)。由于彼此關注點不同，產業(yè)與高校脫節(jié)，企業(yè)和高校的教學過程脫鉤，不僅限制了我國高新技術產業(yè)的升級與發(fā)展，也影響了學校的人才培養(yǎng)質量?，F(xiàn)代高科技企業(yè)的發(fā)展離不開高層次的人才，學校對人才的培養(yǎng)也不能離開企業(yè)的參與。學校作為人才培養(yǎng)的主導力量，不是唯一的參與者。從2010年開始，國家開始高度重視產教融合的人才培養(yǎng)模式，中央政府層面頒布了一系列文件，先是提出了《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》鼓勵產學合作[2]，然后又發(fā)布了《教育部關于2013年深化教育領域綜合改革的意見》，明確強調產教融合對人才培養(yǎng)的重要性。

產教融合的目的在于培養(yǎng)適合新時代發(fā)展要求，能服務于并促進企業(yè)產業(yè)升級的創(chuàng)新和實踐能力強的人才。產教融合協(xié)同育人的關鍵點在于企業(yè)，主導在高校，促進在政府的利好政策，監(jiān)督在政府的約束政策?；诋a教融合的新工科人才培養(yǎng)共同體由上述三方組成，相輔相成，缺一不可。

產教融合反映了現(xiàn)代企業(yè)產業(yè)升級與高校人才培養(yǎng)及教學模式發(fā)展，互相促進、互惠互利的關系?！鞍雽w物理與器件”課程內容跟半導體產業(yè)有著密切的關聯(lián)，讓企業(yè)的工程師走入課堂，讓學生們走進半導體產業(yè)線，當課堂里面抽象的知識出現(xiàn)到面前，將大大提高學生們對知識的理解水平。國內高?！鞍雽w物理與器件”課程教學真正采用產教融合的理念仍然很少，尚待于進一步深入地研究及教學實踐探索。

2?基于產教融合的新工科人才培養(yǎng)國內外發(fā)展簡史

2.1?產教融合的國外發(fā)展簡史

產教融合的教學理念源于西方發(fā)達國家，由于其在高校人才培養(yǎng)中對學生的創(chuàng)新和實踐能力提升效果明顯，得到了廣泛認可。由于歷史和文化的原因，世界各國采用的具體的產教融合的方式和名稱有所不同。其中，美國的產教融合人才培養(yǎng)歷史起源于1906年辛辛那提大學（University?of?Cincinnati）[3]。辛辛那提大學采用的產教融合的方式是合作教育實踐，通過工學交替的方式，學生在不同的學期分別在高校和企業(yè)學習，在企業(yè)通過實踐運用學校所學理論知識，有助于實踐能力和創(chuàng)新能力的顯著提升。由于人才培養(yǎng)效果明顯，這種產教融合的模式在國際上得到廣泛推廣和重視。

此外，在產教融合人才培養(yǎng)方面做得非常有特色的是加拿大的合作教育。加拿大的合作教育源于1973年成立的合作教育協(xié)會（CAFCE）。合作教育協(xié)會在世界上第一個制訂了產教融合（合作教育）的認證流程和認證標準，有利于保證人才培養(yǎng)的教學質量。其中，加拿大著名學府滑鐵盧大學產教融合（合作教育）人才培養(yǎng)的規(guī)模排名全球第一[4]。除了美國和加拿大的產教融合育人實踐外，還有英國“三明治”模式、日本的產學官模式、德國的“雙元制”和新加坡的“教學工廠”等模式[5]。這些產教融合的人才培養(yǎng)模式在相應國家都取得了巨大的成功，我國應該在吸收其各自優(yōu)點的同時，根據(jù)我們自己的國情、當?shù)仄髽I(yè)和學生的實際情況加以改革和完善。

2.2?產教融合的國內發(fā)展簡史。

國內產教融合的教學實踐最早萌芽于上世紀五十年代，部分高校與企業(yè)進行了相關的合作教學實踐活動。國內引進國外先進的產教融合教學理念源自于八十年代的后期，比較典型的是上海工程技術大學采用加拿大滑鐵盧大學合作教育的產教融合理念獲得了成功。隨著改革開放的逐步深入，越來越多的高校意識到產教融合模式對人才培養(yǎng)的有益之處，逐漸開始在教學過程中進行嘗試與探索。到了2009年，中國產學研合作教育峰會頒布了《中國產學研合作教育發(fā)展宣言》，倡導產學研合作加快創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，引起了政府和高校的高度重視。很快在2010年國家層面出臺了《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》，《綱要》中強調支持并鼓勵產學合作辦學[2]。隨后，在2013年教育部頒布了《教育部關于2013年深化教育領域綜合改革的意見》，《意見》中指出國家今后將大力支持與發(fā)展高校開展基于產教融合的人才培養(yǎng)模式和教育理念。

我國政府為了應對新一輪現(xiàn)代科技和產業(yè)革命，提出了新工科建設戰(zhàn)略。政策層面，從2017年開始推出了一系列文件和指南，如?“北京指南”和《關于開展新工科研究與實踐的通知》等，不斷加大對新工科人才培養(yǎng)政策支持的力度[6]。地方政府方面，廣西壯族自治區(qū)也于2019年8月推出了《關于加快建設發(fā)展新工科?實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的意見》，自治區(qū)政府大力推進新工科扶持力度，提高高校工科教育教學質量。

新工科建設給半導體領域的產教融合人才培養(yǎng)提供了強大的政府助力，為“半導體物理與器件”課程的理論和實踐教學進行深度產教融合改革提供了絕佳的機遇。

3?基于產教融合的新工科人才培養(yǎng)改革難點與改革策略

基于目前在產教融合人才培養(yǎng)方面普遍存在的難點問題，高校作為人才培養(yǎng)的主導力量，需要主動增強與企業(yè)的溝通，了解企業(yè)在人才培養(yǎng)方面的顧慮與難處，引導企業(yè)利用國家的產教融合政策，從人才培養(yǎng)過程中進行產業(yè)升級，提高企業(yè)核心競爭力，并因此獲得政策紅利。

為了在專業(yè)學習的過程中，讓學生得到實踐的鍛煉，除了像大多數(shù)高校在“半導體物理與器件”課程教學外配置相應實驗課程外，還應該聯(lián)合企業(yè)，讓學生到企業(yè)中學習，這樣才能掌握實際生產的本領，利于學生的就業(yè)。為了達到上述產教融合協(xié)同育人的目的，針對“半導體物理與器件”課程的特點，可以在培養(yǎng)和教學內容的設計、教學方法和教學手段的選擇方面跟半導體相關企業(yè)，特別是本地企業(yè)，聯(lián)合，共同協(xié)商制定。本著資源共享、人員互動、共同發(fā)展的目的，學校提供企業(yè)產業(yè)升級需要的文獻資料資源、企業(yè)技術進步和項目申請方面需要的高端人力智力支撐（高校教師）、對企業(yè)普通基層員工半導體基礎理論培訓的幫助;企業(yè)提供先進設備和實際產業(yè)平臺供學生進行實習實踐活動，打造互惠互利的產教融合新工科人才培養(yǎng)共同體。教學評價制度是教學過程中的重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)教學目標的重要保障，僅憑考試成績作為評價教學效果的評價模式不能適應新工科人才培養(yǎng)目標的要求。為了實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)目標，突出實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，必須對教學評價制度進行改革，加入對實踐和創(chuàng)新能力的評價成績，反映學生綜合能力的水平。建立適合于產教融合的教學評價制度，通過評價制度引導學生提高相應的滿足產業(yè)和時代發(fā)展需求的能力，以評促學，通過評價保證新工科人才培養(yǎng)的質量。

為了達到上述目的，我們在如下幾個方面進行了教學改革探索，改革策略見圖1。

3.1?基于產教融合的新工科人才培養(yǎng)方案的修訂

人才培養(yǎng)方案是開展教學和布置教學任務的規(guī)范，同時也是人才培養(yǎng)質量評價的依據(jù)，是專業(yè)課程教學的指揮棒。為了更好地、深入地實施基于產教融合的新工科專業(yè)課教學，必須對傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)方案進行修訂。人才培養(yǎng)方案的修訂過程，應邀請本專業(yè)相關領域的行業(yè)知名或本地知名的企業(yè)內經(jīng)驗豐富的技術專家參與，加入產業(yè)的視角，將“半導體物理與器件”課程在企業(yè)實際生產中的應用場景和范例加入到課程教學。此外，人才培養(yǎng)方案中關于教學評價部分，除了課程理論部分的考試成績評定，還要跟技術專家討論，適當增加對實踐應用能力的培養(yǎng)與質量評價。

3.2?基于產教融合的新工科人才培養(yǎng)的教學內容的優(yōu)化

教學內容是教學過程中傳遞信息的主體，為了改善教學質量，教學內容需要根據(jù)人才培養(yǎng)方案進行調整?！鞍雽w物理與器件”的課程內容理論性強，概念抽象，單純靠課堂講授的方式傳授知識，學生學習難度大。通過與行業(yè)知名企業(yè)或本地相關領域公司中的技術專家協(xié)商討論，對教學內容進行調整，對過時的知識點進行刪減，對企業(yè)采用的新技術適當調增，根據(jù)企業(yè)的情況增加現(xiàn)場實例教學或者遠程車間直播與錄播結合的教學內容。學生通過在企業(yè)中或者網(wǎng)絡線上的直觀所見所得，有助于增加對本專業(yè)學習的興趣，提高對知識的理解能力與掌握水平。

3.3?基于產教融合的新工科人才培養(yǎng)的教學方法和教學手段的優(yōu)化

古人云：“事必有法，然后可成”，在人才培養(yǎng)教學過程中，只有采取適當?shù)慕虒W方法，才能達到實現(xiàn)有效溝通，實現(xiàn)高質量教學的目的。通過跟半導體相關領域企業(yè)的技術專家討論，對平時學生普遍反映難學、難掌握的知識點調整教學方法，達到更容易理解的目的。根據(jù)企業(yè)的實際情況和“半導體物理與器件”課程的主要內容，讓學生在當?shù)叵嚓P企業(yè)參加專業(yè)實習，或者探索由企業(yè)一線工程師根據(jù)企業(yè)實際需求出題，由學生通過產業(yè)實踐獨立或者與公司員工合作解決。通過在公司的產業(yè)實踐，提高學生對“半導體物理與器件”知識的深刻理解與靈活運用能力。

3.4?基于產教融合的新工科人才培養(yǎng)的雙導師制

新工科人才培養(yǎng)的達成目標高，為了達到這一高要求，對教師的產業(yè)背景要求增加。目前普遍存在的問題是高校老師沒有相關產業(yè)的工作經(jīng)驗，對實際企業(yè)的需求理解不深，教學過程中沒有充分考慮最新產業(yè)的發(fā)展和對人才能力的要求，這樣培養(yǎng)出來的人才跟產業(yè)是脫節(jié)的。為了提高新工科人才培養(yǎng)的質量，一是學校需要鼓勵高校老師到企業(yè)去，深入交流與學習，掌握產業(yè)前沿的需求和企業(yè)存在的技術問題，進一步地開展技術合作和產教融合協(xié)同育人;二是要鼓勵企業(yè)的資深工程師來高校兼職做學生的導師，實行雙導師制，不僅增強學生理論知識的學習，更重要的是培養(yǎng)實踐和創(chuàng)新能力，利于解決后續(xù)學生畢業(yè)就業(yè)問題。此外，高?？梢栽陂_展大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目申請時，對產教融合，校企合作的項目優(yōu)先資助，創(chuàng)造更多的機會讓學生到企業(yè)中去學習和實踐。

5總結

“半導體物理與器件”課程概念抽象、理論性強，學生難學，老師難教。為了解決這一普遍存在的問題，本文從新工科和產教融合的視角，引入半導體相關企業(yè)力量的參與，對人才培養(yǎng)計劃、教學內容、教學方法和教學手段等方面進行全面調整，實施產教融合協(xié)同育人，提高學生對知識的理解和實踐能力，達到新工科人才培養(yǎng)的目標。通過構建企業(yè)和高校的人才培養(yǎng)共同體，互利互惠，共同發(fā)展，為產教融合人才培養(yǎng)提供了長期深入開展的動力和保障。

參考文獻

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基金支持：2020年廣西研究生教育創(chuàng)新計劃項目“基于產學研合作的新工科研究生創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究與實踐”（JGY2020024）;2020年度廣西高等教育本科教學改革工程項目：“互聯(lián)網(wǎng)+”時代基于產教融合的半導體物理與器件課程教學研究與實踐”（2020JGA133）

作者簡介：劉林生（1978—??），男，漢族，河北河間人，博士，副教授，主要從事電子科學與技術方向教學與科研工作;王園（1984—??），女，漢族，黑龍江哈爾濱人，本科，科員，主要從事本科生實習實踐活動組織與相關研究工作;蔣品群（1970—??），男，漢族，廣西全州人，博士，副教授，主要從事電子科學與技術方向教學與科研工作。