劉有耀 杜慧敏 張麗果

摘要：集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)本科專業(yè)是國家特設(shè)專業(yè)，又是一個多學(xué)科交叉、高技術(shù)密集的新興專業(yè)。目前國內(nèi)沒有形成完善的專業(yè)規(guī)范，因此如何合理、有效地設(shè)置課程體系成為本專業(yè)建設(shè)的重點和難點問題。本文對集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)本科專業(yè)人才培養(yǎng)特點進行了研究，確定了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標定位，根據(jù)學(xué)科交叉融合發(fā)展規(guī)律，確定了人才培養(yǎng)規(guī)格，提出了一種理論與實踐并重融合的課程體系。該課程體系具有系統(tǒng)性、完備性、交叉融合性，通過教學(xué)內(nèi)容的有機組織，實現(xiàn)知識的連貫性、內(nèi)容的先進性和實用性，將為集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)本科專業(yè)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計;集成系統(tǒng);本科專業(yè);創(chuàng)新型人才;課程體系

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）35-0049-03

一、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。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）》，大力支持和鼓勵我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在國家政策的扶持下，我國集成電路設(shè)計業(yè)發(fā)展迅猛，伴隨著國內(nèi)集成電路的發(fā)展，對集成電路設(shè)計相關(guān)人員的需求也日益增加。教育部于2003年開始批準設(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)。國務(wù)院于2011年1月28日頒發(fā)了《進一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策（新18號）》，要求高校要進一步深化改革，加強集成電路設(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，加強專業(yè)師資隊伍、教學(xué)實驗室和實習(xí)實訓(xùn)基地建設(shè)，努力培養(yǎng)國際化、復(fù)合型、實用型人才。

“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)，是一個工程性和實踐性很強的本科專業(yè)。集成電路領(lǐng)域技術(shù)和管理人才嚴重不足、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。國家集成電路產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃提出加強人才培養(yǎng)，著力發(fā)展芯片設(shè)計業(yè)，2014年6月，國務(wù)院印發(fā)《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》進一步指出，要著力發(fā)展集成電路設(shè)計業(yè)，加大人才培養(yǎng)力度。因此，研究適合本專業(yè)的理論與實踐并重融合的課程體系，培養(yǎng)創(chuàng)新型集成電路設(shè)計人才具有十分重要的現(xiàn)實意義和歷史意義。

二、集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)的特點

集成電路是推動當(dāng)前經(jīng)濟發(fā)展的重要技術(shù)，由于集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展迅速且新知識、新技術(shù)層出不窮，多學(xué)科交叉融合，畢業(yè)生就業(yè)具有國際性，要求教學(xué)體系和實踐平臺建設(shè)必須跟上最新的產(chǎn)業(yè)需求，才能培養(yǎng)出適合社會和企業(yè)需要的集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)創(chuàng)新型人才。在進行集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)領(lǐng)域創(chuàng)新型人才培養(yǎng)時我們需要緊緊抓住以下幾點。

1.集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)是新興專業(yè)，國內(nèi)還沒有形成該專業(yè)的人才培養(yǎng)規(guī)范，目前國內(nèi)各高校該專業(yè)的教學(xué)計劃是從國外或者相關(guān)專業(yè)延伸來的，系統(tǒng)性、完備性差，還沒有形成完整的知識體系。

2.集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)是一個涵蓋通信、計算機、集成電路等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，因此要利用綜合性學(xué)科知識為該類人才的素質(zhì)培養(yǎng)服務(wù)，從注重單一知識和能力的培養(yǎng)，要轉(zhuǎn)變到注重綜合知識和能力的培養(yǎng)。

3.集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)是國家特設(shè)專業(yè)，根據(jù)高校自身辦學(xué)特色和市場需求設(shè)置的專業(yè)，需要針對企業(yè)對該類人才的需求，將企業(yè)需求融入課程體系，與企業(yè)聯(lián)合制定培養(yǎng)方案，建立核心課程體系，實時調(diào)整專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容。

4.集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)具有較強的工程性和實踐性，不僅要具有較強理論知識基礎(chǔ)，而且要具有較好的工程實踐能力以及一定的創(chuàng)新能力，需要建立一種基于項目驅(qū)動的多層次的實踐教學(xué)體系，保障四年工程實踐訓(xùn)練不斷線，逐步提升學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

三、集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)課程體系的構(gòu)建

根據(jù)集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)特點，按照通信、計算機和集成電路融合發(fā)展的科學(xué)規(guī)律，結(jié)合我校學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢特色，確立了本專業(yè)人才培養(yǎng)的課程體系。

（一）人才培養(yǎng)目標

2006年全國科技大會上提出，到2020年，我國將建成創(chuàng)新型國家，使科技發(fā)展成為經(jīng)濟社會發(fā)展的有力支撐。具有較強的自主創(chuàng)新能力是創(chuàng)新型國家的主要特征之一，只有培養(yǎng)具創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的人才，才能提升自主創(chuàng)新能力。集成電路產(chǎn)業(yè)是關(guān)系國民經(jīng)濟和社會發(fā)展全局的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是最能體現(xiàn)科技進步對創(chuàng)新型國家貢獻率的行業(yè)。

因此，本專業(yè)旨在培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展，適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)和信息領(lǐng)域發(fā)展需要，掌握寬廣的人文知識、堅實的自然科學(xué)知識以及扎實的專業(yè)知識，具備工程實踐能力和創(chuàng)新能力，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、實現(xiàn)、應(yīng)用的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，為全面實現(xiàn)創(chuàng)新型國家提供強有力的支撐。

（二）人才培養(yǎng)規(guī)格

集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)是一個涵蓋通信、計算機、集成電路等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，如圖1所示。其中，圖1中①就是通信算法（應(yīng)用）的直接IC（實現(xiàn)）化的ASIC、FPGA電路或者可重構(gòu)電路;②就是算法（應(yīng)用）的指令集合（體系結(jié)構(gòu)）化的目標程序;③就是指令集合（體系結(jié)構(gòu)）的IC（實現(xiàn)）化的處理器;④就是集成電路技術(shù)發(fā)展推動的先進處理器。

根據(jù)多學(xué)科融合發(fā)展和人才培養(yǎng)目標定位，確定了本專業(yè)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）具有堅實的自然科學(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）具有使用電子設(shè)計自動化（EDA）工具進行集成電路與集成系統(tǒng)設(shè)計的能力。（2）具有較強的科學(xué)研究、工程實踐及綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。（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）具有奉獻精神、人際交往意識和團結(jié)協(xié)作精神。（3）具有一定的文學(xué)藝術(shù)修養(yǎng)、科學(xué)的工程實踐方法。（4）具有一定的國際化視野、求實創(chuàng)新意識。

（三）課程體系

集成電路系統(tǒng)設(shè)計涵蓋“系統(tǒng)設(shè)計、邏輯設(shè)計、電路設(shè)計、版圖設(shè)計”四個設(shè)計層次，課程體系應(yīng)覆蓋四個設(shè)計層次需要的所有知識點，各知識點之間要具有連貫性、系統(tǒng)性和完備性。集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)具有很強的工程性和實踐性，通過計算機應(yīng)用能力、電子技術(shù)應(yīng)用能力、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力、集成電路設(shè)計能力以及工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，強化學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)是一個多學(xué)科的交叉新興專業(yè)，課程體系中應(yīng)該包含通信、計算機和集成電路的相關(guān)知識點，各知識點之間要具有交叉融合性。集成電路系統(tǒng)設(shè)計是一個高速發(fā)展的學(xué)科領(lǐng)域，知識和技術(shù)更新速度非?？?，課程體系應(yīng)該體現(xiàn)先進性，使得學(xué)生能夠接近先進的技術(shù)前沿，同時課程體系中也應(yīng)該包含一些面向企業(yè)的工程設(shè)計與實踐的實用性課程，進一步提高學(xué)生的就業(yè)競爭力和工程創(chuàng)新能力。

因此，根據(jù)人才培養(yǎng)規(guī)格和特點以及課程體系的連貫性、系統(tǒng)性、完備性、融合性、先進性和實用性，結(jié)合我校自身優(yōu)勢特色，構(gòu)建了如下頁圖2所示的知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的理論與實踐并重融合的課程體系。課程體系以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，集中實踐環(huán)節(jié)為支撐，核心課程為基礎(chǔ)，一組集中實踐環(huán)節(jié)和核心課程培養(yǎng)一種能力。同時，設(shè)置綜合素質(zhì)教育模塊和課外科技創(chuàng)新活動模塊，提升學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

課程體系主要突出計算機應(yīng)用能力、電子技術(shù)應(yīng)用能力、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力、集成電路設(shè)計能力以及工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，進行分學(xué)年重點培養(yǎng)。第一學(xué)年主要培養(yǎng)學(xué)生的計算機應(yīng)用能力，第二學(xué)年主要培養(yǎng)學(xué)生的電子技術(shù)應(yīng)用能力，第三學(xué)年主要培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力和集成電路設(shè)計能力，第四學(xué)年主要培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力，通過設(shè)置“數(shù)字集成電路”、“混合信號集成電路”、“嵌入式系統(tǒng)”三個方向課程模塊，實現(xiàn)人才的個性化培養(yǎng)。

通過嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力、集成電路設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中的集中實踐環(huán)節(jié)和核心課程設(shè)置，將集成電路設(shè)計與通信/計算機相結(jié)合，體現(xiàn)課程體系的交叉融合性。將集成電路系統(tǒng)設(shè)計層次中的“系統(tǒng)設(shè)計”貫穿于工程創(chuàng)新能力、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力培養(yǎng)，“邏輯設(shè)計”體現(xiàn)在電子技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)中，通過“電路設(shè)計”與“版圖設(shè)計”實現(xiàn)集成電路設(shè)計能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)了課程體系的系統(tǒng)性和完備性，通過教學(xué)內(nèi)容的組織實現(xiàn)知識的連貫性。

課程體系設(shè)置了一系列集中實踐環(huán)節(jié)和獨立設(shè)課實驗（集成電路EDA技術(shù)實驗、微處理器設(shè)計實踐）以及課內(nèi)實驗，在教學(xué)內(nèi)容的組織上將軟件無線電（SDR）系統(tǒng)（包括算法、體系結(jié)構(gòu)、集成電路）設(shè)計與實現(xiàn)的科研成果融入教學(xué)過程，實現(xiàn)四年工程實踐訓(xùn)練不斷線，體現(xiàn)課程體系的工程性和實踐性。同時通過下一代無線通信系統(tǒng)的核心器件——SDR系統(tǒng)處理芯片設(shè)計為牽引，設(shè)置通信集成電路系統(tǒng)工程設(shè)計與實踐相關(guān)課程，采用世界主流EDA廠家先進EDA工具完成集成電路EDA技術(shù)實驗以及集成電路系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)課程體系的先進性和實用性。

（四）教學(xué)內(nèi)容組織思路

以“高級語言程序→匯編語言程序→機器指令序列→計算機組成（CPU、存儲器、輸入輸出、數(shù)據(jù)通路與控制單元）→計算機部件設(shè)計→計算機部件（FPGA和專用集成電路）實現(xiàn)→整機（FPGA或?qū)Ｓ眉呻娐罚崿F(xiàn)→面向通信、信號處理領(lǐng)域系統(tǒng)（嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字集成電路、模擬集成電路）設(shè)計與應(yīng)用”為主線組織教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)知識的連貫性，培養(yǎng)學(xué)生的計算機應(yīng)用能力、電子技術(shù)應(yīng)用能力、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力、集成電路設(shè)計能力。通過通信集成電路系統(tǒng)工程設(shè)計與實踐（包括數(shù)字集成電路工程設(shè)計與實踐、嵌入式SoC工程設(shè)計與實踐、模擬集成電路工程設(shè)計與實踐等），將軟件無線電（SDR）系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)的科研項目成果融入課堂教學(xué)，貫徹我?！敖萄薪y(tǒng)一”辦學(xué)理念，突顯我校信息通信行業(yè)優(yōu)勢特色，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。

四、結(jié)論

課程體系設(shè)置是專業(yè)建設(shè)中的關(guān)鍵核心問題，對人才的培養(yǎng)質(zhì)量起決定性的作用。本文充分考慮了集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)多學(xué)科交叉融合、工程實踐性強等特點，結(jié)合我校本專業(yè)在通信專用集成電路設(shè)計、專用處理系統(tǒng)設(shè)計方面的優(yōu)勢特色，形成了通信、計算機與集成電路設(shè)計相結(jié)合、理論教學(xué)與項目實踐相結(jié)合的課程體系。以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，以集成電路設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計融合為主線組織教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的集成電路設(shè)計與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計（計算機應(yīng)用、電子技術(shù)應(yīng)用、微系統(tǒng)設(shè)計）能力，通過面向通信領(lǐng)域的集成電路與嵌入式系統(tǒng)工程設(shè)計與實踐，提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。

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