集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)課程思政融入與探索

摘" " 要：文章以“SoC設(shè)計(jì)”課程為例，對集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)（以下簡稱“集成電路專業(yè)”）課程思政融入進(jìn)行探索。從立德樹人根本任務(wù)出發(fā)，圍繞專業(yè)面向國家戰(zhàn)略需求培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用研究型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，并結(jié)合課程內(nèi)容的知識(shí)體系及集成電路行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，采用模塊化教學(xué)和“滴灌式”教育相結(jié)合的方式，探索在多時(shí)間跨度和多空間維度進(jìn)行課程思政融入，使思想政治教育貫穿教學(xué)全過程。

關(guān)鍵詞：課程思政；模塊化教學(xué)；“滴灌式”教育；“SoC設(shè)計(jì)”課程

中圖分類號(hào)：G641" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：1002-4107（2024）08-0094-03

一、引言

習(xí)近平總書記在黨的二十大報(bào)告中指出，“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐”[1]。高校肩負(fù)著立德樹人的根本任務(wù)，在人才培養(yǎng)過程中，不僅要注重基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的傳授，還需注重思想道德和創(chuàng)新意識(shí)的引導(dǎo)和熏陶，以培養(yǎng)新時(shí)代發(fā)展所需的知識(shí)扎實(shí)、信念堅(jiān)定、勇于擔(dān)當(dāng)、敢于創(chuàng)新的人才。習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，“要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面”[2]。思想政治教育是理想信念和政治方向的教育，而不僅僅是傳授專門知識(shí)[3]。在教學(xué)實(shí)施過程中，如何將思想政治教育內(nèi)容有親和力地融入到專業(yè)課程中，是高校教師需要思考的關(guān)鍵問題。

黑龍江大學(xué)集成電路專業(yè)圍繞黑龍江省“4567”現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，以國家前沿戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，聚焦“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)，培養(yǎng)國家所需的應(yīng)用研究型人才。尤其當(dāng)前集成電路芯片朝著高能效、大規(guī)模、大容量的方向發(fā)展，出現(xiàn)了靈活、低成本、高可靠性的片上系統(tǒng)——SoC。為了培養(yǎng)符合集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才，專業(yè)增設(shè)了“SoC設(shè)計(jì)”課程。通過對課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可掌握SoC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，具備分析和解決SoC設(shè)計(jì)中工程問題的能力。同時(shí)，課程可培養(yǎng)學(xué)生對我國前沿科技發(fā)展的創(chuàng)新精神和對國防發(fā)展的擔(dān)當(dāng)意識(shí)，以及加深學(xué)生對我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的正確認(rèn)識(shí)、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的榮譽(yù)感和使命感。課程設(shè)置圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，采用模塊化教學(xué)和“滴灌式”教育相結(jié)合的方式進(jìn)行思政元素融入。

二、“SoC設(shè)計(jì)”課程思政建設(shè)目標(biāo)

從立德樹人根本任務(wù)出發(fā)，圍繞習(xí)近平總書記提出的全方位育人理念，考慮專業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)、高層次的集成電路專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，“SoC設(shè)計(jì)”課程除培養(yǎng)學(xué)生

成為具備專業(yè)知識(shí)素養(yǎng)和人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)的應(yīng)用研究型人才外，還注重引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的擇業(yè)觀和職業(yè)發(fā)展目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和家國情懷，以及永不言棄、開拓進(jìn)取的創(chuàng)新精神。

（一）正確的擇業(yè)觀和職業(yè)發(fā)展目標(biāo)

習(xí)近平總書記在四川考察時(shí)強(qiáng)調(diào)，“保持平實(shí)之心，客觀看待個(gè)人條件和社會(huì)需求，從實(shí)際出發(fā)選擇職業(yè)和工作崗位”[4]。集成電路產(chǎn)業(yè)鏈從上游、中游到下游覆蓋范圍較廣，行業(yè)分工十分明確。學(xué)生就業(yè)的崗位類型多，薪資待遇也有所差別?！癝oC設(shè)計(jì)”課程涵蓋集成電路產(chǎn)業(yè)鏈和集成電路設(shè)計(jì)全流程相關(guān)內(nèi)容，通過模塊化教學(xué)和“滴灌式”教育相結(jié)合的方式，幫助學(xué)生明確集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢和不同就業(yè)崗位的特點(diǎn)，以及需要具備的專業(yè)素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生正確看待不同崗位之間的薪酬差異，綜合考慮自身的特點(diǎn)、興趣、行業(yè)現(xiàn)狀及國家發(fā)展的需求，選擇合適的、能激發(fā)個(gè)人熱情和動(dòng)力的崗位，并立足于崗位實(shí)際定位和特色，把個(gè)人的理想追求同黨和國家的偉大事業(yè)結(jié)合起來，在未來的職業(yè)生涯中發(fā)光發(fā)熱。

（二）社會(huì)責(zé)任感和家國情懷

集成電路技術(shù)是我國信息產(chǎn)業(yè)的基石，對國家綜合國力和國防實(shí)力的提升有戰(zhàn)略性的意義。而西方國家在芯片設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域?qū)ξ覈鴮?shí)行多方位、多角度的封鎖和打壓，并且我國在EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）工具和IP（Intellectual Property，知識(shí)產(chǎn)權(quán)）方面也存在技術(shù)積累不足的情況，這導(dǎo)致我國在自主研發(fā)先進(jìn)工藝下高性能SoC芯片和先進(jìn)IP的道路上困難重重。在這樣的背景下，新時(shí)代中國的發(fā)展對高校學(xué)生的成長和進(jìn)步提出了更高的期待和要求。在“SoC設(shè)計(jì)”課程各模塊內(nèi)，教師通過采用不同的教學(xué)方法和精心設(shè)置特殊示例的方式，幫助學(xué)生切身體會(huì)國內(nèi)外集成電路前沿技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展及差異情況，并結(jié)合最新時(shí)政熱點(diǎn)和行業(yè)發(fā)展近況，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注國家和社會(huì)的發(fā)展動(dòng)向和需求，激發(fā)學(xué)生內(nèi)心深處最質(zhì)樸的家國情懷，激勵(lì)學(xué)生積極肩負(fù)起新時(shí)代國家給予的責(zé)任和期待，砥礪前行，為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國夢而努力奮斗。

（三）永不言棄、開拓進(jìn)取的創(chuàng)新精神

科技的發(fā)展和進(jìn)步離不開個(gè)人的探索和創(chuàng)新。集成電路技術(shù)的迅速進(jìn)步推動(dòng)了電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，同時(shí)，人們在高性能、低功耗、小體積等方面對集成電路產(chǎn)品日益增長的追求，促使集成電路產(chǎn)業(yè)不斷向更先進(jìn)、更高速、高能效的方向發(fā)展，集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)也隨之日益更迭，而先進(jìn)的集成電路制造和設(shè)計(jì)技術(shù)對產(chǎn)品的國際競爭力也起著極其重要的作用。這要求我國集成電路行業(yè)的研究人員要不斷開拓創(chuàng)新，在技術(shù)上突破封鎖或探索“彎道超車”的新方法。中國集成電路產(chǎn)業(yè)從上游的材料和設(shè)備，到中游的設(shè)計(jì)所需的EDA工具和工藝技術(shù)，都需要大量的高素質(zhì)人才不斷推陳出新，不畏艱難，勇往直前。在“SoC設(shè)計(jì)”課程的實(shí)施環(huán)節(jié)，教師可在每個(gè)模塊的教學(xué)過程中創(chuàng)造開放和鼓勵(lì)的創(chuàng)新氛圍，引導(dǎo)學(xué)生積極參與、理性分析與大膽思考，集思廣益，同時(shí)幫助學(xué)生增強(qiáng)專業(yè)自信心和課堂參與積極性；在課程的考核環(huán)節(jié)，不采用傳統(tǒng)的考核方式，而是通過設(shè)置開放性題目，讓學(xué)生在設(shè)定的框架內(nèi)知難而進(jìn)、自由發(fā)揮，幫助學(xué)生形成開拓進(jìn)取的創(chuàng)新思維。

三、“SoC設(shè)計(jì)”課程思政實(shí)施路徑

（一）專業(yè)知識(shí)模塊化教學(xué)

針對“SoC設(shè)計(jì)”課程的特點(diǎn)，結(jié)合課程內(nèi)容的知識(shí)體系和集成電路行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，將課程主要內(nèi)容分為3大模塊（表1）。

1.SoC設(shè)計(jì)的整體流程

模塊一為SoC設(shè)計(jì)整體流程的相關(guān)內(nèi)容。在緒論部分主要介紹目前國內(nèi)的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈基本情況，集成電路設(shè)計(jì)方法變化史，SoC設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)；SoC設(shè)計(jì)流程及SoC設(shè)計(jì)與EDA工具部分主要包括SoC主流設(shè)計(jì)流程及各流程所需的主要EDA工具的介紹。在該模塊的授課過程中，教師在專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)中主要融入了有關(guān)社會(huì)責(zé)任感和家國情懷的思政元素。在講授集成電路產(chǎn)業(yè)鏈基本情況時(shí)，教師通過介紹西方某些國家在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)ξ覈M(jìn)行的全方位的針對和封鎖，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注國際形勢變化和國家發(fā)展需求；在分析SoC設(shè)計(jì)的特點(diǎn)時(shí)，以集成電路標(biāo)志性成果為例，通過對比國內(nèi)外最新SoC芯片產(chǎn)品，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考SoC芯片產(chǎn)品化的巨大需求和我國對高層次、高素質(zhì)的集成電路設(shè)計(jì)人才的需求，引導(dǎo)學(xué)生明確作為新時(shí)代集成電路行業(yè)的冉冉新星所肩負(fù)的責(zé)任，激勵(lì)學(xué)生努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)；在EDA工具介紹部分，引入教材中沒有但最近幾年在集成電路行業(yè)比較流行的“反向分析”EDA工具的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)當(dāng)下“反向分析”EDA技術(shù)的合理性。

2.SoC設(shè)計(jì)具體流程和關(guān)鍵技術(shù)一

模塊二涉及SoC設(shè)計(jì)的部分流程和部分關(guān)鍵技術(shù)。對于這部分內(nèi)容，學(xué)生在培養(yǎng)方案的前序課程中并未進(jìn)行系統(tǒng)全面的學(xué)習(xí)。在講解SoC設(shè)計(jì)具體流程和相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師引入對應(yīng)的崗位需求、相關(guān)專業(yè)知識(shí)和技能的要求信息，引導(dǎo)學(xué)生客觀、正確地認(rèn)識(shí)集成電路行業(yè)中不同崗位的特點(diǎn)和要求，并從自身實(shí)際情況和當(dāng)前產(chǎn)業(yè)需求出發(fā)，樹立正確的擇業(yè)觀和適合的職業(yè)發(fā)展目標(biāo)。在講授SoC設(shè)計(jì)中常用的處理器、總線、存儲(chǔ)器和多核處理器相關(guān)內(nèi)容時(shí)，引入國內(nèi)外最新相關(guān)產(chǎn)品和科研情況，幫助學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展需求和方向，明確關(guān)鍵技術(shù)突破所需要的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性。

3.SoC設(shè)計(jì)具體流程和關(guān)鍵技術(shù)二

模塊三包括SoC設(shè)計(jì)的部分流程和部分關(guān)鍵技術(shù)。對于這部分內(nèi)容，學(xué)生已通過培養(yǎng)方案中前序課程的學(xué)習(xí)基本掌握。該模塊主要采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法，以學(xué)生為課堂主體，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，營造學(xué)生與教師積極互動(dòng)、共同學(xué)習(xí)的課堂氛圍，使課堂表現(xiàn)形式多樣化[5-6]。該模塊的翻轉(zhuǎn)課堂要求學(xué)生分為6個(gè)小組并完成相關(guān)內(nèi)容的準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)和討論等任務(wù)，同時(shí)要求各小組在準(zhǔn)備的過程中自主挖掘?qū)I(yè)知識(shí)中所蘊(yùn)含的思政元素。教師以小組的形式幫助學(xué)生培養(yǎng)與他人的溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。翻轉(zhuǎn)課堂只限定主題，題目、內(nèi)容、呈現(xiàn)方式及分工均由學(xué)生自主決定，對于各種技術(shù)中所包含的關(guān)鍵問題也由學(xué)生提出、分析和解決，并鼓勵(lì)學(xué)生采用書本與學(xué)科之外的方式方法有理有據(jù)地解決。小組課堂展示結(jié)束后，由其他小組學(xué)生進(jìn)行提問和打分。

（二）思政元素“滴灌式”融入

“滴灌”是一種具有高效率且節(jié)水的農(nóng)業(yè)灌溉方法，而“滴灌式”教育則是一種持續(xù)的、有親和力的思政融入方法?！暗喂嗍健苯逃龔?qiáng)調(diào)系統(tǒng)協(xié)調(diào)，將思想政治教育“潤物細(xì)無聲”地融入至專業(yè)知識(shí)的教育中[7]。其要求專業(yè)知識(shí)和思想政治教育內(nèi)容互融，用思想政治教育的思維方式引導(dǎo)專業(yè)學(xué)習(xí)，用專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)豐富和踐行思想政治教育內(nèi)容[8]。由于“SoC設(shè)計(jì)”課程綜合性較強(qiáng)，且學(xué)生在學(xué)習(xí)課程之前已學(xué)習(xí)大量的專業(yè)課程，對專業(yè)知識(shí)有基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)和理解，因此，在進(jìn)行思政元素提煉時(shí)，需避免和其他專業(yè)課程重復(fù)，應(yīng)更為系統(tǒng)地考慮各知識(shí)點(diǎn)和思政元素的關(guān)聯(lián)，結(jié)合我國集成電路產(chǎn)業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況、當(dāng)前關(guān)鍵技術(shù)的現(xiàn)狀及當(dāng)前復(fù)雜的國際形勢，積極正向地引導(dǎo)學(xué)生。

“滴灌式”教育還強(qiáng)調(diào)多維度地進(jìn)行課程思政。因此，教育可從“課前—課中—課后”多個(gè)事件跨度和“學(xué)習(xí)平臺(tái)—課堂—課下”多空間維度，結(jié)合各模塊內(nèi)容的特點(diǎn)和授課方式進(jìn)行思政元素的融入。課前，通過學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)二維碼（學(xué)習(xí)視頻）和思考題，并將思政元素融入思考題中。課中，在模塊一和模塊二的講授過程中，除了融入核心思政元素外，還應(yīng)充分挖掘其他思政元素，如在存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)時(shí)，讀操作和寫操作對存取晶體管的要求是沖突和矛盾的，必須根據(jù)設(shè)計(jì)需求平衡讀操作和寫操作，設(shè)計(jì)時(shí)要首先根據(jù)設(shè)計(jì)需求找準(zhǔn)設(shè)計(jì)的主要矛盾等；在進(jìn)行模塊三的翻轉(zhuǎn)課堂時(shí)，在負(fù)責(zé)授課的小組完成授課過程后，其他小組可根據(jù)授課小組的講授內(nèi)容提出自己的見解和與專業(yè)知識(shí)相關(guān)的思政元素。課后，學(xué)生需完成思考題、作業(yè)和大作業(yè)，并在課程結(jié)束后，進(jìn)一步深化所學(xué)和所感。此外，在學(xué)習(xí)平臺(tái)的資料區(qū)，教師會(huì)根據(jù)學(xué)生上課的實(shí)際情況及最新行業(yè)熱點(diǎn)信息及時(shí)上傳文獻(xiàn)、書籍等資料。

（三）課程考核機(jī)制的優(yōu)化

傳統(tǒng)的考核方式以平時(shí)成績和閉卷考試為主，而考慮到“SoC設(shè)計(jì)”課程特點(diǎn)和課程性質(zhì)，將考核形式變?yōu)槠綍r(shí)成績和研究報(bào)告，同時(shí)以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式將思政元素融入考核過程中[9]。其中，平時(shí)成績包括翻轉(zhuǎn)課堂、課堂互動(dòng)討論、作業(yè)、大作業(yè)、隨堂測試。課堂互動(dòng)討論主要對學(xué)生的課堂參與度進(jìn)行評定，作業(yè)主要對學(xué)生運(yùn)用基本原理和方法分析實(shí)際問題的可行性進(jìn)行評定；大作業(yè)主要考查學(xué)生對多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的綜合運(yùn)用情況，考查學(xué)生解決較為復(fù)雜的工程問題的能力，并且有一定的開放性題目的比例，如“解決亞穩(wěn)態(tài)問題你會(huì)選擇哪種方案，為什么？”“如果作為用人單位，你會(huì)更看重哪部分知識(shí)，為什么？”“關(guān)于時(shí)序約束部分的內(nèi)容你會(huì)如何出題？”等。研究報(bào)告的主體為SoC設(shè)計(jì)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀及目前行業(yè)所關(guān)注的熱點(diǎn)問題，包括人工智能EDA工具、跨維度異質(zhì)集成、量子芯片等。

四、結(jié)束語

如何將課程思政內(nèi)容親和、有機(jī)地融入理工科專業(yè)課程，是專業(yè)課教師需要持續(xù)思考和反思的問題。在新時(shí)代背景下，教師應(yīng)在提高自身專業(yè)素質(zhì)的同時(shí)，努力提升自身的思想政治教育水平，積極關(guān)注熱點(diǎn)前沿科技和國際形勢，不斷積累特色思政元素，以身作則，潛移默化地影響學(xué)生。文章以“SoC設(shè)計(jì)”課程為例，探索在不同教學(xué)環(huán)節(jié)多維度地融入思政元素，以期能為同類課程提供一些思路和參考。

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■ 編輯∕王力

收稿日期：2023-12-08" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 修回日期：2023-12-26

作者簡介：李洪辰，女，講師，博士，研究方向?yàn)閿?shù)字集成電路設(shè)計(jì)研究；曹貝，女，講師，博士，研究方向?yàn)閿?shù)字集成電路設(shè)計(jì)、可測性設(shè)計(jì)技術(shù)研究。

基金項(xiàng)目：黑龍江大學(xué)第三批課程思政建設(shè)項(xiàng)目“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”（2022）