集成電路教育全文(5篇)

摘要：以集成電路設計課程為依托，針對微電子技術專業的學生，挖掘與專業核心課程關聯的內容，學習集成電路行業發展的相關政策，在課程內容中引入相關的企業案例。

關鍵詞：集成電路設計；育人案例；效果評價 

引言

集成電路產業作為我國當今著力發展的戰略支柱產業，對于我國微電子行業的發展和創新來說具有十分重要的地位。隨著中興事件、華為事件、中美貿易戰等威脅到我國科技發展的眾多事件的發酵，國人也逐漸提高了對集成電路產業的關注度。這有利于激發學生的愛國主義熱情和積極拼搏、努力奮斗的職業使命。

1教學設計的背景

我校自微電子技術專業開設以來，集成電路設計課程就應運而生，前后經歷了示范校建設、骨干院校建設、診斷改進等一系列的課程建設和改革，有著較深的育人理念和知識沉淀。作為一所高職院校本門課程的德育目標就是培養具有良好的職業道德，較強的專業能力、方法能力和社會能力，能滿足生產、建設、管理、服務第一線需要的德、智、體、美、勞全面發展的軍工特質高素質技術技能人才,因此將課程思政融入其中探索新的育人培養模式是非常有必要和有意義的。

2教學設計的實踐

0引言

高校專業及課程的設置應該與社會發展相適應，才能更好地發揮學校的功能，源源不斷地為相關產業輸送所需的人才，推動社會快速地發展。《國家集成電路產業發展推進綱要》明確指出：“集成電路產業是信息技術產業的核心，是支撐經濟社會發展和保障國家安全的戰略性、基礎性和先導性產業，當前和今后一段時期是我國集成電路產業發展的重要戰略機遇期和攻堅期。”因此，高校有必要加大集成電路相關專業及課程的改革力度，以滿足國家集成電路產業的發展需求。

1集成電路設計相關教學的重要性

雖然改革開放以來，我們國家在幾乎各個領域都取得了舉世矚目的成就，甚至很多高技術電子產品也都可以自主研發。但是事實上，由于我們自己不能自主設計制造作為核心技術的集成電路，必須從國外購買，所以一方面給我們的國防、關鍵基礎行業等增加了不可預知的風險，另一方面也使我們相關產業的公司利潤極低，極大地制約了其發展。客觀地講，我國在集成電路技術研究方面的起步不算太晚，但是由于各種原因，前期進展緩慢，相反歐美日等發達國家卻抓住契機飛速發展，因此導致我們與這些發達國家的差距越來越大。1999年從德國學成歸來的王志功教授起草了《關于國家設立集成電路設計人才培養專項基金，開展中國芯片工程的建議》，呈送給中央相關部委，得到了李嵐清副總理等中央領導的高度重視，進而制定了正確的發展戰略，從而使我國在集成電路領域掀起一輪研究熱潮。經過十余年的發展、積累，我國集成電路相關的產業鏈逐漸完善，且培養了大批具有相關知識背景的高素質人才。隨后，國家也在政策資金等方面，不失時機地給以引導培育。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006－2020年）》《、電子信息制造業“十二五”發展規劃》《、集成電路產業“十二五”發展規劃》等重要文件中強調了要大力發展集成電路。尤其，在2014年6月工業和信息化部公布了《國家集成電路產業發展推進綱要》，并隨后設立了“國家集成電路產業投資基金”。高校肩負著為社會輸送所需的高素質人才的使命，因此為了配合國家集成電路產業發展的大戰略，高校應該及時了解集成電路產業發展對人才素質的需求變化，不斷審查、完善、革新集成電路相關的課程及教學。

2集成電路設計相關課程配置的協調性

無生產線設計模式稱為大陸集成電路產業的基本模式，更具體地講，當前集成電路產業主要分為設計、制造、封裝和測試幾個相對獨立的部分，相應地，高校就應該設立相應的專業方向及課程，使學生能夠掌握相應的專業技能，以便于畢業后能夠勝任相關領域的工作。然而，作為一個大學生來講，由于大學期間課程學時有限，不可能僅僅通過課堂的學習掌握所有知識，所以應該有針對性地、系統地協調相關課程的學期安排及課程類型安排，一方面要保證每一方向課程體系的完整連貫性，另一方面又能給學生以足夠的自由選修其它的相關方向的課程。比如，大一可以安排認知實習或相關課程，通過深入淺出的講解，可以讓學生對整個集成電路產業鏈及技術鏈有一個宏觀的系統認識，也利于學生有目的性地選擇感興趣的、想深入學習研究的專業方向及其所需的相應課程；大二、大三則應該安排一些專業基礎課及專業選修課，一方面要考慮到覆蓋面、保證每個方向的課程完整性，另一方面要確保課程安排的順序正確，課程類型合適；大四可以安排方向性更強的專業限選課及畢業設計。集成電路設計、制造、封裝和測試又是密不可分的，王志功教授認為一個合格的集成電路設計人員應該具備系統、電路、器件、工藝及工具幾個方面的知識。下面我們主要從具有代表性的集成電路設計角度來討論。具體到特定高校，特別是集成電路相關專業開設時間不長的高校，由于學科及課程設置的歷史原因以及集成電路相關師資力量、實驗環境建設需要時間周期較長，所以不可能一蹴而就地開設所有相關的課程。通常，傳統通信系統專業比較強的院系課程會偏重系統、電路以及工具等，而傳統微電子專業比較強的院系則課程會更偏重工藝、器件、電路及工具等。總而言之，電路及其設計工具是集成電路設計的核心知識，因此我們也將以其為核心來討論，兼顧一下其它相關的課程。

3集成電路設計相關教學的實施建議

一、完善課程設置

合理設置課程體系和課程內容，是提高人才培養水平的關鍵。2009年，黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業制定了該專業的課程體系，經過這幾年教學工作的開展與施行，發現仍存在一些不足之處，于是在2014年黑龍江大學開展的教學計劃及人才培養方案的修訂工作中進行了再次的改進和完善。首先，在課程設置與課時安排上進行適當的調整。對于部分課程調整其所開設的學期及課時安排，不同課程中內容重疊的章節或相關性較大的部分可進行適當刪減或融合。如：在原來的課程設置中，“數字集成電路設計”課程與“CMOS模擬集成電路設計”課程分別設置在教學第六學期和第七學期。由于“數字集成電路設計”課程中是以門級電路設計為基礎，所以學生在未進行模擬集成電路課程的講授前，對于各種元器件的基本結構、特性、工作原理、基本參數、工藝和版圖等這些基礎知識都是一知半解，因此對門級電路的整體設計分析難以理解和掌握，會影響學生的學習熱情及教學效果；而若在“數字集成電路設計”課程中添加入相關知識，與“CMOS模擬集成電路設計”課程中本應有的器件、工藝和版圖的相關內容又會出現重疊。在調整后的課程設置中，先開設了“CMOS模擬集成電路設計”課程，將器件、工藝和版圖的基礎知識首先進行講授，令學生對于各器件在電路中所起的作用及特性能夠熟悉了解；在隨后“數字集成電路設計”課程的學習中，對于應用各器件進行電路構建時會更加得心應手，達到較好的教學效果，同時也避免了內容重復講授的問題。此外，這樣的課程設置安排，將有利于本科生在“大學生集成電路設計大賽”的參與和競爭，避免因學期課程的設置問題，導致學生還未深入地接觸學習相關的理論課程及實驗課程，從而出現理論知識儲備不足、實踐操作不熟練等種種情況，致使影響到參賽過程的發揮。調整課程安排后，本科生通過秋季學期中基礎理論知識的學習以及實踐操作能力的鍛煉，在參與春季大賽時能夠確保擁有足夠的理論知識和實踐經驗，具有較充足的參賽準備，通過團隊合作較好地完成大賽的各項環節，贏取良好賽果，為學校、學院及個人爭得榮譽，收獲寶貴的參賽經驗。其次，適當降低理論課難度，將教學重點放在掌握集成電路設計及分析方法上，而不是讓復雜煩瑣的公式推導削弱了學生的學習興趣，讓學生能夠較好地理解和掌握集成電路設計的方法和流程。第三，在選擇優秀國內外教材進行教學的同時，從科研前沿、新興產品及技術、行業需求等方面提取教學內容，激發學生的學習興趣，實時了解前沿動態，使學生能夠積極主動地學習。

二、變革教學理念與模式

CDIO（構思、設計、實施、運行）理念，是目前國內外各高校開始提出的新型教育理念，將工程創新教育結合課程教學模式，旨在緩解高校人才培養模式與企業人才需求的沖突[4]。在實際教學過程中，結合黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業的“數模混合集成電路設計”課程，基于“逐次逼近型模數轉換器（SARADC）”的課題項目開展教學內容，將各個獨立分散的模擬或數字電路模塊的設計進行有機串聯，使之成為具有連貫性的課題實踐內容。在教學周期內，以學生為主體、教師為引導的教學模式，令學生“做中學”，讓學生有目的地將理論切實應用于實踐中，完成“構思、設計、實踐和驗證”的整體流程，使學生系統地掌握集成電路全定制方案的具體實施方法及設計操作流程。同時，通過以小組為單位，進行團隊合作，在組內或組間的相互交流與學習中，相互促進提高，培養學生善于思考、發現問題及解決問題的能力，鍛煉學生團隊工作的能力及創新能力，并可以通過對新結構、新想法進行不同程度獎勵加分的形式以激發學生的積極性和創新力。此外，該門課程的考核形式也不同，不是通過以往的試卷筆試形式來確定學生得分，而是以畢業論文的撰寫要求，令每一組提供一份完整翔實的數據報告，鍛煉學生撰寫論文、數據整理的能力，為接下來學期中的畢業設計打下一定的基礎。而對于教師的要求，不僅要有扎實的理論基礎還應具備豐富的實踐經驗，因此青年教師要不斷提高專業能力和素質。可通過參加研討會、專業講座、企業實習、項目合作等途徑分享和學習實踐經驗，同時還應定期邀請校外專家或專業工程師進行集成電路方面的專業座談、學術交流、技術培訓等，進行教學及實踐的指導。

三、加強EDA實踐教學

首先，根據企業的技術需求，引進目前使用的主流EDA工具軟件，讓學生在就業前就可以熟練掌握應用，將工程實際和實驗教學緊密聯系，積累經驗的同時增加學生就業及繼續深造的機會，為今后競爭打下良好的基礎。2009—2015年，黑龍江大學先后引進數字集成電路設計平臺Xilinx和FPGA實驗箱、華大九天開發的全定制集成電路EDA設計工具Aether以及Synopsys公司的EDA設計工具等，最大可能地滿足在校本科生和研究生的學習和科研。而面對目前學生人數眾多但實驗教學資源相對不足的情況，如果可以借助黑龍江大學的校園網進行網絡集成電路設計平臺的搭建，實現遠程登錄，則在一定程度上可以滿足學生在課后進行自主學習的需要[5]。其次，根據企業崗位的需求可合理安排EDA實踐教學內容，適當增加實踐課程的學時。如通過運算放大器、差分放大器、采樣電路、比較器電路、DAC、邏輯門電路、有限狀態機、分頻器、數顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設計和仿真分析，令學生掌握數字、模擬、數模混合集成電路的設計方法及流程，在了解企業對于數字、模擬、數模混合集成電路設計以及版圖設計等崗位要求的基礎上，有針對性地進行模塊課程的學習與實踐操作的鍛煉，使學生對于相關的EDA實踐內容真正融會貫通，為今后就業做好充足的準備。第三，根據集成電路設計本科理論課程的教學內容，以各應用軟件為基礎，結合多媒體的教學方法，選取結合于理論課程內容的實例，制定和編寫相應內容的實驗課件及操作流程手冊，如黑龍江大學的“CMOS模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”課程，都已制定了比較詳盡的實踐手冊及實驗內容課件；通過網絡平臺，使學生能夠更加方便地分享教學資源并充分利用資源隨時隨地地學習。

四、搭建校企合作平臺

摘要：為了培養率集成電路技術人才，在集成電路實驗教學中，提出采用PBL模式開展集成電路實驗教學，以問題為導向，分析電路原理、綜合CMOS工藝流程、完成集成電路設計任務。在集成電路實驗教學實踐中，根據教學目標制定問題，應用PBL模式使學生加深理解CMOS工藝和集成電路功能實現之間的聯系，激發了學生的專業興趣，提高了教學質量，具有良好的教學實踐價值。

關鍵詞：集成電路；PBL；實踐教學；創新能力

引言

在電子信息化時代，集成電路已經廣泛應用、并直接影響日常生活、生產制造、和軍工國防，半導體集成電路已經成為社會發展的重要生產力之一，為此需要大力發展半導體集成電路工業，大力培育半導體集成電路技術人才。高校實驗室是培養創新和實踐能力重要基地，開展實踐與創新相結合的實驗教學，才能更多、更有效地培養滿足社會急需的微電子技術人才[1]。集成電路是一種技術更新周期非常短的行業，教學中傳統課程內容不符合實際工作需要，過多的偏重于數字系統和模擬電路設計理論[2]，缺乏綜合性[3]，實踐性內容較多、難度較大，對學生理論基礎要求高，學生積極性不高[4]，達不到實際的教學效果。為此把問題導向教學模式（ProjectBasedLearning，PBL）引入集成電路實驗教學，開展實驗教學探索，用問題引導學生將集成電路工藝和半導體器件的集成電路版圖設計結合起來，提高實驗教學質量，實踐證明，采用PBL模式開展集成電路實驗教學，引導學生理論聯系實踐，培養了學生的創新能力，具有良好的教學實踐意義。

1PBL教學模式

PBL是讓學生以小組的形式，自發地解決課程學習中的實際問題以及問題背后的科學真理，將學習過程置身于解決復雜問題的情景中，從而調動學生的主觀能動性[5]。PBL有三大基本要素：問題情境、學生和教師。首先從問題出發，問題情境是課程的組織核心，學生根據這一個問題情境，分析，尋找解決問題的最優方法，理解問題在現實中的意義；學生是問題的求解者，學生經過思考，在老師的指導下，通過小組合作，確定問題如何解決，通過這種途徑的學習，把新舊知識整合；教師是學生的解決問題的伙伴和指導者，在學生碰到困難時，進行解疑答惑，為學生解決問題營造良好的學習環境和氛圍[6]。在集成電路實驗教學過程中，由于集成電路加工設備非常昂貴，加工周期很長，在實驗教學中無法實現，為此在實驗教學中需要完成的教學目標是：學生根據CMOS工藝要求設計集成電路，而且設計的集成電路必須符合CMOS工藝流程和設計規則。在這個情景問題中，學生把CMOS工藝每一個步驟的具體內容、CMOS工藝流程、電路原理、電路功能的學習內容綜合起來，才能讓設計的集成電路在加工完成后實現預期的功能。

2PBL教學模式在集成電路實驗教學中的實施

摘要：半導體物理與材料課程教學使學生掌握好教學大綱規定的專業知識和專業技能，在專業課的教學中加入思政元素。探索改革課程的目標內容、方法步驟及過程，從而取得成效。

關鍵詞：半導體物理與材料；思政元素；教學改革

1引言

電子信息產業的規模和水平已成為衡量一個國家整體科學技術和綜合實力的重要標志，相應學科的發展密切關系到國家微電子、智能信息、光電子等前沿領域的發展，涉及國家“十三五”重點發展的領域。本課程主要介紹半導體物理與材料方面基礎知識和基本規律，是半導體集成電路行業產業發展的科學基礎[1]。學好本課程，對于國家科技事業的發展和服務于南京市地方經濟有著重要意義。將思政元素有機融入到專業課的教學中，已有部分嘗試[2-5]。在掌握原有課程體系教學大綱規定的專業知識和專業技能的基礎上，帶領學生開展并參與了諸如課程教研討論、課后實踐總結、專業知識競賽以及全國大學生集成電路雙創大賽等一系列思政與專業相結合的實踐活動，充分發揮課程思政德育功能與價值導向引領作用，在培養半導體集成電路行業產業應用型人才的智育育人與德育樹人目標達成方面，取得了良好效果。

2半導體物理與材料的教學改革

2.1課程建設的目標。本課程主要介紹半導體物理與材料方面基礎知識和基本規律，是半導體行業產業發展的科學基礎。通過本課程學習，使學生掌握半導體晶格結構、電子和空穴分布以及電荷輸運原理等，掌握半導體材料性質、性能參數測試以及設計方法。本課程著力培養學生的基礎知識技能、工程實踐創新能力以及科學研究素養，為微電子領域從事電子器件制作、電路與系統測試應用打下堅實基礎。培養學生的團隊協作能力、奉獻精神和集體觀念，學生在思想境界與人格品質上得到進一步的提升，價值取向得到進一步端正，自身愛國情懷與民族自豪感得到進一步的增強，擔當起科技強國的使命和責任；最終達到為國家培養出電子信息行業應用型人才的智育育人與德育樹人目標效果。2.2教學改革的方法。本課程在課程思政教學改革實施過程中，主要采取了下列方法步驟。（1）實施“專業課中融入思想政治教育”，注重關注電子信息行業動態，關注我國相關行業發展以及相應的就業機遇與挑戰；授課與課程設計過程中推進德育教育音視頻及動畫教學。（2）將思政內容融入到教學大綱修訂中，注重集成電路應用專業知識點與思政育人的有效結合。比如將我國半導體產業以及相關IC制造企業從無到有，從小到大，直到做大做強的艱辛發展歷程實例融入。（3）通過課堂教學討論，在教學生掌握專業知識點的同時，深度挖掘知識點中蘊含的思政元素，用正確方式把社會主義價值觀和思維方法傳授給學生，使學生樹立正確的人生觀、價值觀、世界觀。（4）將課程思政理念有機地融入學生的課堂作業與課程學習實踐報告中，將每階段專業知識點與我國實際行業產業情況相聯系，引導學生積極思考，激發同學們的愛國情懷、學習激情與創業熱情，總結自己自身情況，勇于擔當科技強國的重大使命和責任。（5）聘請相關行業專家與馬列學院思政教師作為課程思政指導教師，定期開展專業知識講座；教學過程中，整合專業課程教師、學生管理隊伍，各成員之間相互溝通總結經驗。（6）通過舉辦課程思政示范課程知識競賽，讓學生更深入了解半導體集成電路相關知識；通過帶領學生參加半導體集成電路學科競賽，讓學生切身體驗半導體集成電路行業產業最新動態。2.3課程建設解決的問題與取得的成效。本課程在課程思政教學改革實施過程中，主要取得了下列初步成效。（1）課程設計、教案。半導體物理與材料授課過程中，推進德育教育音視頻以及動畫教學，引入了鼓勵青年學生的講話、我國半導體行業科技工作者取得的創新成果與成就等；引入并加強了現代化教學手段與信息化建設，推進建設開放共享的網絡教學平臺，立體化提升了智育德育效果與效率。（2）教學大綱修訂。在完成課程智育目標體系基礎上，融入了課程思政育人目標與具體切入點，修訂的教學大綱中，明確標注了思政內容融入相關專業知識點的情況，實現了專業知識點與思政育人的有效結合。修訂晶體材料這個章節時，將我國半導體行業產業發展面臨的機遇與挑戰融入。修訂電荷輸運這章時，將我國集成電路芯片制造企業如中芯、華為等發展歷程融入。修訂PN結時，融入我國太陽能電池與LED行業企業從無到有、從弱到強直到趕超國際先進的實例。（3）課堂討論與實踐報告。深度挖掘半導體集成電路方面的專業知識點中蘊含的思政元素，老師在課堂上提出論題，學生分組討論，激發同學們的愛國情懷、學習激情與創業熱情，勇于擔當IC領域科技強國使命和責任，引導學生做好歸納總結。定期分階段布置給學生課程學習實踐報告，注意將每階段的專業知識點與我國半導體集成電路行業產業的發展狀況相結合，加深對我國半導體集成電路行業發展的機遇與挑戰，以及中美貿易戰對我國IC芯片產業的影響等的理解，使課程思政理念有機融入到學生的課程實踐報告中。（4）知識競賽與學科競賽。2019年6月份舉辦了本課程的課程思政示范課程知識競賽，采用網絡在線答題、實時判分并投屏獲獎公示，獲得了師生的一致好評。暑期分別帶隊參加了由工信部舉辦的“第三屆全國大學生集成電路創新創業大賽”NI杯的分決賽與全國總決賽，入圍總決賽并榮獲全國二等獎。（5）課程思政示范課程工作室平臺。聘請了半導體行業專家與思政方面的教授學者作為思政育人顧問，組建多學科背景互相支撐、良性互動的課程教學團隊。教學過程中，整合專業課程教師、學生管理隊伍，各成員之間相互溝通總結經驗，使思想政治教育從專人向全員的創造性轉化。2.4課程建設的不足。由于課程思政教學改革仍處于嘗試階段，不足之處主要有以下三方面。（1）尚未形成一支穩定的課程思政示范課程教學團隊，相應建設規范與方法、思政育人質量評價、激勵機制等有待進一步健全。（2）在課程設計、大綱修訂以及教案編寫等方面，還沒有系統性地形成與融入一個課程思政的方案方法。（3）課程思政教學改革的調研工作不夠充分，工作總結不夠及時，沒有形成相應的理論調研報告、建設總結報告以及教學改革方案。2.5改進措施。（1）邀請馬克思主義學院的思政專家進課堂，將課程思政與思政課程進一步有機結合[4,5]。在半導體物理與材料課程思政示范課程建設工作中，除聘請本院專家學者擔任指導教師，加入課堂教學并進行理論指導，同時，聘請馬院專家擔任思政指導教師，邀請他們過來深入地開展學術講座。（2）教學改革前期與相應的行業企業結合較少，后期應著重跟進與相關企業（比如臺積電等）的產學研合作，以行業需求為起點，結合學科體系內在規律，優化課程所需的知識技能與素質要求，將最新產業技術嵌入到課程教學中。（3）推進“學生中心、成果導向、持續改進”的工程教育理念。利用網絡教學平臺，引入行動導向課程，在此基礎上推進翻轉課堂，進一步優化網絡教學平臺。注重學生個性化發展，借助校企合作平臺，招收有潛力、有志趣的學生參與產學研項目，培養他們的創新意識與行業能力。

3結語