新工科背景下集成電路設計與集成系統(tǒng)專業(yè)課賽融通體系模式探索

摘 要：集成電路設計與集成系統(tǒng)專業(yè)（以下簡稱“集成電路專業(yè)”）是新工科背景下的一門新興交叉學科。作為國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，集成電路專業(yè)人才培養(yǎng)必須緊密結合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，尤其要順應當前國內(nèi)外集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢對專業(yè)產(chǎn)教融合提出的新要求。在新工科背景下，文章以黑龍江大學為例，探索構建以全國大學生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽（以下簡稱“集創(chuàng)賽”）為主線的課賽融通體系，突出課賽一體化特色教學，建立大賽學分認定機制，形成集成電路專業(yè)課程體系方案?！凹瘎?chuàng)賽”作為產(chǎn)教深度融合的紐帶，引導學生深化對專業(yè)知識的理解與運用，促創(chuàng)新、重實踐，以賽促學，以賽促課，為企業(yè)培養(yǎng)集成電路專業(yè)人才。

關鍵詞：課賽一體化;產(chǎn)教融合;集成電路設計與集成系統(tǒng)專業(yè);人才培養(yǎng)

中圖分類號：G640 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2024）10-0008-03

一、引言

集成電路是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展、保證國家安全的戰(zhàn)略性、基礎性和先導性產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟關鍵領域中發(fā)揮著重要作用。近幾年，美國對我國集成電路產(chǎn)業(yè)打壓不斷加碼，出臺的相關法案為美國半導體的研究和生產(chǎn)提供巨額補貼，實行投資稅抵免政策，并限制接受優(yōu)惠政策的公司在中國投資。我國集成電路產(chǎn)業(yè)提升自主研發(fā)能力、打破技術壁壘迫在眉睫。當前，我國集成電路產(chǎn)業(yè)及上下游企業(yè)發(fā)展雖處于上升期，但很多高端關鍵性技術仍依靠國外，缺乏技術型人才，尤其領軍人才嚴重不足。人才需求與供給不平衡日益突出，迫切需要高校進一步凝練集成電路專業(yè)培養(yǎng)目標，制定符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的集成電路專業(yè)人才培養(yǎng)方案，以培養(yǎng)應用研究型人才。

2000年，國務院印發(fā)《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》，鼓勵有條件的高校采取與集成電路企業(yè)聯(lián)合辦學等方式建立微電子學院[1]。2017年，教育部部署了一系列有關開展新工科研究的工作，并推出了新工科建設指南[2-3]。2020年，國務院印發(fā)《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》，提出一系列舉措推進集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2022年，工信部和教育部推動高校建設集成電路一級學科，建設高水平的微電子學院，加強校企合作，培養(yǎng)高質(zhì)量人才。

為貫徹落實國家有關集成電路產(chǎn)業(yè)建設發(fā)展的一系列戰(zhàn)略部署，黑龍江大學電子工程學院于2005年開設了集成電路設計與集成系統(tǒng)專業(yè)。19年來已經(jīng)培養(yǎng)了 15 屆本科畢業(yè)生，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供后備人才，助力國家集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，服務龍江經(jīng)濟。

為了深入推進新工科建設，更好地培養(yǎng)符合產(chǎn)業(yè)需求的集成電路專業(yè)人才，黑龍江大學集成電路專業(yè)充分調(diào)研各高校集成電路專業(yè)培養(yǎng)方案。課題組還主動求變，緊密結合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，探索制定更加符合市場需求的人才培養(yǎng)模式，優(yōu)化調(diào)整課程設置，突出課賽一體化教學特色，探索以“集創(chuàng)賽”為主線的集成電路專業(yè)人才培養(yǎng)課程建設，構建產(chǎn)教深度融合的實踐教學體系，培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)亟須的高端人才。

二、集成電路專業(yè)課程體系存在的問題

（一）產(chǎn)教融合不深入

國內(nèi)各高校集成電路專業(yè)培養(yǎng)方案中設定的課程教學內(nèi)容與集成電路產(chǎn)業(yè)脫節(jié)，跟不上當前集成電路技術的發(fā)展，很難與企業(yè)需求無縫對接。雖然在集成電路產(chǎn)業(yè)國家戰(zhàn)略政策推動下，各高校與相關企業(yè)開展了校企合作，并以企業(yè)專家講座、認識實習等方式深化產(chǎn)教融合[4-6]，但僅通過企業(yè)專家講座，或者在企業(yè)開放日參觀等認識實習的方式，使學生沒有機會參與企業(yè)實際項目實踐，很難做到校企深度融合。

（二）課程內(nèi)容更新與新工科發(fā)展需求不匹配

集成電路專業(yè)課程內(nèi)容更新慢。因授課壓力大、產(chǎn)教融合局限性等原因，授課教師與企業(yè)溝通有限，不能將產(chǎn)業(yè)最新進展融入課堂，導致課程內(nèi)容無法逐年更新，也無法適應新工科發(fā)展需求。教學與產(chǎn)業(yè)發(fā)展脫節(jié)，課上內(nèi)容與企業(yè)要求有一定差距，致使學生入職后需要進一步學習相應實踐內(nèi)容，充分理解專業(yè)理論知識如何應用于實踐，通常要經(jīng)過兩三年的時間才能步入正軌，承擔項目任務。

（三）實踐教學軟硬件設備落后

實踐教學與實際應用聯(lián)系不緊密。目前，高校的實踐教學軟硬件條件與企業(yè)實際設計、制造、封測相差甚遠，原因是租用相關專業(yè)性軟件工具價格昂貴，尤其是集成電路加工、測試設備更為昂貴，維護費用也難以支撐，因此，多數(shù)院校不能為學生提供與企業(yè)實用條件相匹配的集成電路設計、制造、封測等設備。

三、“集創(chuàng)賽”成為集成電路專業(yè)產(chǎn)教融合紐帶

“集創(chuàng)賽”是工業(yè)和信息化部人才交流中心主辦的國家級賽事，與集成電路專業(yè)契合度高，為集成電路專業(yè)對口大賽。每年由IEEE（Institute of Electrical and ElectronicsEngineers，電氣與電子工程師學會）中國代表處、上海艾為電子技術股份有限公司、圣邦微電子（北京）股份有限公司、長沙景嘉微電子股份有限公司、深圳市紫光同創(chuàng)電子有限公司、北京華大九天科技股份有限公司等知名的集成電路相關企業(yè)作為大賽、杯賽的擬題單位。大賽設立不同賽道，覆蓋模擬IC設計、數(shù)字IC設計、數(shù)?；旌螴C設計、SoC設計、測試、應用等全產(chǎn)業(yè)鏈。各單位專家團隊根據(jù)行業(yè)企業(yè)需求為相應賽道擬定賽題。

黑龍江大學集成電路專業(yè)在2023年人才培養(yǎng)方案中增設了“HLJU-YW集成電路設計實踐（集創(chuàng)賽）”課程，并建立以“集創(chuàng)賽”為主線的課賽融通體系的教學新模式，以“專用模擬IC設計”“FPGA原理與應用”“集成電路專業(yè)實驗”3門專創(chuàng)融合課程為支撐，突出集成電路專業(yè)特色，打破傳統(tǒng)的以教材為中心的培養(yǎng)模式，注重對學生動手實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，采用以學生為中心的培養(yǎng)模式。

（一）“集創(chuàng)賽”實現(xiàn)校內(nèi)外資源互補

集成設計開發(fā)軟件、芯片測試設備昂貴，因而，校內(nèi)實驗條件有限?！凹瘎?chuàng)賽”作為行業(yè)權威賽事，擁有包括Cadence、 Xilinx、 ADI、華潤上華科技有限公司、叩持（西安）電子信息技術有限公司等在內(nèi)的相關企業(yè)作為大賽支持單位，為參賽團隊提供相關軟件支持。大賽期間，擬題單位將向參賽團隊開放相關資源，提供相關軟硬件支持及培訓，因此，學生可以利用賽方提供的開發(fā)板、軟件工具等進行設計實踐、芯片測試、參數(shù)分析等，實現(xiàn)資源互補。專業(yè)還可以利用線上線下混合式教學，打破時空限制，將企業(yè)工程師教學資源以線上方式引入課堂，通過授課和實際場景演示等多樣化方式向?qū)W生展示企業(yè)項目案例，豐富課程內(nèi)容，分析賽題，引導學生建立工程師設計思維，達成工程實踐學習目標。

（二）“集創(chuàng)賽”促進學生專業(yè)知識內(nèi)化

“集創(chuàng)賽”各個賽道的賽題緊跟行業(yè)發(fā)展前沿，且每年會根據(jù)企業(yè)需求進行更新，賽題綜合性強，要求參賽學生高強度學習、內(nèi)化專業(yè)知識、解決實際問題。參賽過程中，學生會遇到各種實踐問題，而通過分析、討論來探究問題解決方法的過程不僅能提高學生的動手能力，還能深化學生對專業(yè)知識的理解，培養(yǎng)學生的方案設計能力，使學生能夠熟練運用集成開發(fā)、測試、實驗環(huán)境，提高對實驗現(xiàn)象的觀察、分析能力，發(fā)現(xiàn)、理解并分析問題，最終提出解決方案。經(jīng)過這種高強度的磨煉，學生對專業(yè)知識的學習能夠有一個質(zhì)的飛躍，為就業(yè)、升學創(chuàng)造更多的機會。

（三）“集創(chuàng)賽”提升學生實踐及科研創(chuàng)新能力

“集創(chuàng)賽”專業(yè)特色突出，緊跟行業(yè)發(fā)展，與時俱進。賽題由集成電路知名企業(yè)擬定，具有創(chuàng)新性和高階性。通過參賽，學生能夠深入理解理論知識，鍛煉實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識、解決實際問題的探究能力、科研創(chuàng)新能力和團隊合作能力。通過查閱資料，學生可以了解產(chǎn)業(yè)環(huán)境，利用優(yōu)質(zhì)資源創(chuàng)新性地提出解決方案，滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，制定合理設計方案、項目管理計劃，并在項目實踐中分析實驗結果，根據(jù)實驗結果不斷改進方案，提升實踐創(chuàng)新和報告撰寫等能力。

四、以“集創(chuàng)賽”為特色的課賽一體化人才培養(yǎng)方案

集成電路專業(yè)作為新工科背景下的一門新興交叉學科，其教學應與產(chǎn)業(yè)需求緊密相連，根據(jù)專業(yè)特點構建符合產(chǎn)業(yè)需求的教學課程體系。黑龍江大學集成電路專業(yè)課題組深入調(diào)研新工科建設需求，于2023年重新修訂了專業(yè)培養(yǎng)方案，以培養(yǎng)應用研究型人才為目標，圍繞“HLJU-YW集成電路設計實踐（集創(chuàng)賽）”課賽一體化課程，建立包括“集成電路專業(yè)實驗”“FPGA原理與應用”“專用模擬IC設計”的專創(chuàng)融合課程群。

（一）示范競賽團隊建設

以校企合作平臺為保障，舉辦專業(yè)賽事，鼓勵更多學生參與大賽，資助參賽團隊，獎勵獲獎團隊，多方面調(diào)動學生和教師的參賽積極性。集成電路專業(yè)積極建立教師激勵有效機制，依托各類大賽，通過樹立科研育人典型、獎勵團隊指導教師、將大賽指導納入教師工作量考核等舉措，提高教師參與大賽的積極性。為了鼓勵學生積極參賽，集成電路專業(yè)申請并制定相應政策，在學生獎學金評定、課程學分、學分互抵等方面給予相應認定。例如，專業(yè)在新版培養(yǎng)方案中新增了“HLJU-YW集成電路設計實踐（集創(chuàng)賽）”課程，該課程面向大二到大四學生開放。通過課程的學習，學生可獲得相應學分，指導教師也可獲得相應工作量。同時，專業(yè)依托黑龍江大學與杭州友旺電子有限公司合作的基金平臺，資助參賽隊伍，設立院校獎，獎勵獲獎團隊。根據(jù)校內(nèi)課程學分互抵機制，學生參賽、完成參賽內(nèi)容并獲得指導教師認可后不僅可以獲得本課程學分，也可以獲得認識實習學分，同時作為參賽隊伍第一人，還可將大賽內(nèi)容作為本科畢業(yè)設計內(nèi)容獲得相應學分。在獎學金評定、保研資格評定中，“集創(chuàng)賽”獲獎團隊成員也可根據(jù)獲獎級別及排名獲得相應加分，獲獎團隊指導教師則會在薪酬、評優(yōu)等方面獲得相應鼓勵。

（二）培訓選拔

集成電路專業(yè)依托“集創(chuàng)賽”平臺，制定競賽領航計劃，整合校內(nèi)外優(yōu)質(zhì)資源，開展常態(tài)化的培訓交流活動，提高參賽作品質(zhì)量。為了縮小地域產(chǎn)業(yè)發(fā)展差異，避免因疫情或地域原因影響培訓交流，培訓采用線上線下融合的方式，建立以相關賽題課程計劃為主要內(nèi)容、陪優(yōu)為主要目的的課程培訓體系，力爭做到賽前有培訓分享、賽中有指導跟蹤、賽后有總結積累，使學生獲得最大收益。專業(yè)還邀請行業(yè)專家以線上形式對大賽進行總體介紹、賽道解讀、擬題背景分析;舉辦競賽宣講會，組織有經(jīng)驗的指導教師采用課堂教學、線上線下討論等形式進行賽事解讀、賽題分析、選題指導、跟蹤指導等;邀請往屆優(yōu)秀團隊采用線上線下相結合的方式進行同方向交流指導，分享參賽經(jīng)驗、答題技巧等，協(xié)助指導教師進行全賽程指導;組織開展全方位、多渠道的賽事培訓選拔工作，助力參賽作品質(zhì)量提升。

（三）指導隊伍建設

以指導隊伍建設為保障，提高培訓及指導質(zhì)量。充分調(diào)動指導教師積極性，共同組織、鼓勵和支持學生參加各類實踐創(chuàng)新活動，營造積極濃厚的科研創(chuàng)新氛圍和蓬勃進取的科研創(chuàng)新環(huán)境。集成電路專業(yè)注重加強頂層設計，牽頭成立學科競賽專項小組，統(tǒng)籌各級賽事，協(xié)調(diào)、組織并開展相應工作;建立專業(yè)賽事聯(lián)動機制，依托校企合作平臺，積極組織相關專業(yè)賽事，擬定大賽資助方案，動員專業(yè)課教師積極參與，為大賽做全面準備;充分發(fā)揮學科骨干教師力量，帶動青年教師積極性;積極與合作企業(yè)溝通，指派專業(yè)課教師定期參加企業(yè)培訓，使專業(yè)課教師掌握行業(yè)動態(tài)，知識體系與時俱進，提升師資實戰(zhàn)經(jīng)驗，打造高質(zhì)量指導教師團隊;邀請合作企業(yè)專家加入專業(yè)、校級賽事組委會，參與專業(yè)、校級賽事選拔相關工作;組織校內(nèi)有經(jīng)驗的專家及往屆優(yōu)秀競賽團隊，為參賽團隊提供全賽程的技術指導。

（四）以賽促教

集成電路專業(yè)課程以集中培訓、自主實踐為主要形式，建設專創(chuàng)融合課程群，開展特色化教學，加強頂石課程（Capstone course）建設，突出基礎創(chuàng)新，設計具有挑戰(zhàn)性的參賽項目。學生在參賽過程中探索新思路、解決新問題，在探究中激發(fā)興趣，在實踐中尋找樂趣，在實訓中培養(yǎng)志趣。課賽一體化建設可以有效擴展課上內(nèi)容，將優(yōu)秀參賽作品作為原型補充課堂上的項目實例，逐年積累、更新，提高學生專業(yè)水平;引導學生進行案例分析，鍛煉其分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生理論思維、實踐能力和合作意識，充分發(fā)揮專業(yè)特長，給學生充足的發(fā)揮空間，使專業(yè)學習效果得到有效提升。課賽一體化建設形成一個良性循環(huán)，一方面可以將優(yōu)秀參賽作品以案例形式融入專創(chuàng)課程，提高課堂質(zhì)量，提升學生專業(yè)素養(yǎng);另一方面，課程內(nèi)容逐年更新，與時俱進，也可以進一步促進參賽作品質(zhì)量的提升。

黑龍江大學集成電路專業(yè)建立了專創(chuàng)融合課程群，包含集成電路測試技術、數(shù)字IC設計與模擬IC設計等內(nèi)容，配合課內(nèi)實驗，采用案例式教學方式，為學生參賽奠定扎實的專業(yè)基礎。將每年積累的優(yōu)秀參賽作品作為案例補充到課程內(nèi)容中，以賽促課，豐富、更新課程內(nèi)容，深化產(chǎn)教融合，為學生參賽奠定專業(yè)基礎。自2021年開始，集成電路專業(yè)面向2018級學生試推行以“集創(chuàng)賽”為主線的課賽融通體系模式。依托校友基金，專業(yè)精心規(guī)劃方案，組織“集創(chuàng)賽”相關動員大會，調(diào)動專業(yè)課教師積極性，激勵并資助學生參賽。3年來，在專業(yè)牽頭組織下，參賽隊伍逐年增加。2023年，該專業(yè)獲得3組隊伍入圍分賽區(qū)決賽的突破，并取得二等獎、三等獎、優(yōu)秀獎各一項的好成績。在2024年第八屆全國大學生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽東北分賽區(qū)比賽中，集成電路專業(yè)學生榮獲一等獎1項，二等獎3項，三等獎3項，其中1項晉級國賽，并取得了三等獎的歷史突破。

五、結束語

黑龍江大學電子工程學院集成電路專業(yè)鼓勵學生積極參加各級大賽，探索實施人才培養(yǎng)新模式，建立以“集創(chuàng)賽”為主線的課賽融通體系，以及以科研能力培養(yǎng)為著力點的有效機制，通過校企合作項目基金為學生成長提供的支撐平臺，營造了積極濃厚的科研創(chuàng)新氛圍和蓬勃進取的科研創(chuàng)新環(huán)境，拓寬合作企業(yè)面，助力人才培養(yǎng)，為學生科研活動開展和學科專業(yè)建設貢獻力量。

參考文獻：

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作者簡介：胡靖，女，副教授，碩士生導師，研究方向為數(shù)字集成電路設計及SoC設計方法研究。

基金項目：黑龍江大學新世紀教育教學改革工程項目“新工科建設背景下集成電路專業(yè)實踐教學的研究與探索”（2022C04）;黑龍江大學2024研究生課程思政案例建設項目“片上系統(tǒng)設計與復用”