北方工業(yè)大學電子信息工程學院 鞠家欣 張 靜 張曉波 楊 兵 孫海燕

探索微電子專業(yè)實踐教學新方法
——以參加“北京大學生集成電路設計大賽”為例

北方工業(yè)大學電子信息工程學院 鞠家欣 張 靜 張曉波 楊 兵 孫海燕

通過改革微電子專業(yè)傳統(tǒng)實踐教學方法，以學生參加學科競賽為抓手，采取“以賽促學、賽學結合”的方式培養(yǎng)學生實際動手能力和工程化設計思想，具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義，也是探索微電子專業(yè)實踐教學新方法的一次嘗試。

微電子；集成電路設計大賽；實踐教學

1 引言

隨著中國經濟的迅速發(fā)展，電子信息產業(yè)的規(guī)模逐漸擴大，各種通訊產品、計算機、電子設備得到廣泛應用。目前電子信息產業(yè)所需的集成電路與元器件的數(shù)量呈指數(shù)性增長，2015年中國進口價值2300億美元的集成電路和元器件，已超過石油成為進口量最大的商品。為改變集成電路進口份額過大的局面，提高國產集成電路市場占有率和電子信息產業(yè)安全，中國政府出臺了多種政策措施，扶持中國的集成電路產業(yè)發(fā)展，從設計、制造、封裝、測試等環(huán)節(jié)整體提升國產集成電路的水平，并設立多所微電子學院，提升微電子專業(yè)人才培養(yǎng)質量，為2025年中國集成電路產品國產化率達到80%奠定了物質基礎和人才技術儲備。

合格的集成電路人才是決定中國集成電路產業(yè)能否快速發(fā)展、自主可控的關鍵因素，這對微電子專業(yè)能否培養(yǎng)出適合產業(yè)需要的集成電路人才提出更高的要求：工程師能否在學生階段得到高水平系統(tǒng)的集成電路設計、工藝流程、封測實踐訓練，具備理論基礎扎實，實際動手能力強的素質，這也要求高校對目前微電子專業(yè)的人才培養(yǎng)方法和課程體系，特別是實踐類課程必須作出變革，以滿足時代和國家進步的要求。

目前開設微電子專業(yè)的高校，其教育目標是培養(yǎng)理論和實際相結合，適應集成電路產業(yè)發(fā)展的應用型人才，但長期以來受國家財政資金和整體技術水平的時代限制，對微電子專業(yè)的資金投入和師資培訓不能滿足微電子專業(yè)持續(xù)發(fā)展的需要，仍然采用傳統(tǒng)教育模式培養(yǎng)人才：理論與實際相脫節(jié)，理論知識教學在課程體系中比重過大，實踐類課程偏離實際應用，學生畢業(yè)進入企業(yè)后還需二次培訓，造成重復的人力資源和時間浪費。如何讓學生在學校得到充分的實戰(zhàn)型培訓，提高其實踐性以適應未來進入企業(yè)解決實際問題的能力，是教育改革實踐教學的一個重要研究方向。

如何改善實踐教學方法和理論，提高學生實際動手能力，培養(yǎng)適合企業(yè)的合格人才，北方工業(yè)大學微電子系經過幾年的探索，摸索出一條效果顯著的新型模式：以學科競賽為抓手，帶動實踐教學全方位的改革。

2 以賽促學，賽學結合

北方工業(yè)大學微電子系的教師深入多家集成電路企業(yè)進行調研，召開校企座談會，多方位探討企業(yè)的用人需求和特點，推進產學研一體化的人才培養(yǎng)方式，總結出目前的實踐教學課程存在的問題：實踐教學目標偏離實踐特色，實踐教學模式沒有突出學生主體地位，實踐教學方法滯后于行業(yè)發(fā)展要求。現(xiàn)代的實踐教學目標應以學生掌握基本理論，能動手解決實際問題為標志。目前的實踐教學只是理論課程的一個補充，以教師講課為主，學生完成理論課程的實驗驗證。現(xiàn)代的實踐教學模式應該以學生為主體，教師起輔助引導作用，發(fā)揮學生的主觀能動性，讓學生獨立完成實踐教學目標所規(guī)定的任務。目前的實踐教學模式是教師根據(jù)自己熟悉的知識結構制定實踐教學內容，教學內容能否適合學生認知水平和應用能力，都沒有做細致考慮和摸底調研，最終都是以一份實踐報告或小制作為最終考核依據(jù)，對實踐教學質量無法做到全程控制。現(xiàn)代的實踐教學方法應突出工程化訓練和EDA軟件的使用，結合實際需要以實戰(zhàn)化項目入手，賦予學生工程化思想，并使用EDA軟件完成一個項目全部設計流程。目前的實踐教學方法以理論分析為主，EDA軟件的使用僅限于部分單元，學生缺乏以工程化思想理解問題，往往造成學生動手能力得不到充分鍛煉，不能借助EDA工具完成任務。

針對目前微電子專業(yè)實踐教學存在的問題，我們發(fā)現(xiàn)通過指導學生參加學科競賽，改變傳統(tǒng)的實踐教學方法和模式，能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，是提高和檢驗實踐教學水平的一個有效手段。

因此，從2011年起，北方工業(yè)大學微電子系的教師開始指導學生參加“北京大學生集成電路設計大賽”，采取“以賽促學、賽學結合”的實踐教學方法和人才培養(yǎng)模式，連續(xù)參加6屆比賽，取得滿意的教學效果和獲獎名次。

3 更新教學理念，改變教學方法和教學手段

“北京大學生集成電路設計大賽”主要面向開設微電子學與固體電子學及相關專業(yè)的本科生和研究生，參賽人員需要具備模擬/數(shù)字集成電路、混合信號集成電路、集成電路工藝、集成電路制造、集成電路測試、常用集成電路測試工具等使用方面的知識和應用經驗。大賽采用主流芯片生產廠實際流片工藝，統(tǒng)一配發(fā)的技術文檔和EDA工具等，按芯片面積、物理檢查要求學生自主完成采用全定制設計流程的模擬集成電路或數(shù)字集成電路芯片的設計任務。這要求指導教師改變教學理念，采取產學研一體化的教學方法，引入企業(yè)的工程師作為副導師進入實踐教學課堂，為學生講解工程化的設計思想和方法。（A）根據(jù)具體的賽題選擇設計工具。目前主流的集成電路設計EDA工具主要由美國的Cadence和Synopsys公司壟斷，并且由于工具的復雜性掌握往往需要大半年時間。我們從實際出發(fā)，采用性價比高，容易學習掌握的國產軟件：華大九天Aether入手，搭建集成電路EDA設計平臺。平臺的界面和功能完全兼容Cadence和Synopsys軟件，在版圖設計方面具有獨特的優(yōu)勢，國內多家主流設計公司已經采用此種軟件。（B）工藝選擇。工藝代表了集成電路加工的技術水準和先進程度。每一項工藝的說明書有上百頁，我們教師帶領學生從最簡單的器件說明開始研究，把每一項說明都研究通透，并對工藝涉及的材料特性進行講解說明，讓學生實際體會到一顆芯片的實際加工過程，從工藝理論和實際材料方面理解集成電路的物理含義：它是各種材料層的堆積，不同顏色的工藝代表不同材料和形狀。（C）電路架構選擇。我們系利用長期積累的多種集成電路設計案例，挑選出十幾種經典電路，由經驗豐富的教師和企業(yè)工程師給學生講解設計思路和電路架構方法，在此基礎上，讓學生仔細體會并動手實踐基本單元的設計方法和細節(jié)。同時，教師面對面與學生交流，和學生討論對賽題的理解，制定設計方案和流程，從這些交流中，能考核出學生的基本理論知識和對EDA工具的熟悉掌握程度，全方位的促進學生掌握集成電路設計的理論、方法和工具。學生通過獨立完成一個賽題的全過程，設計能力和工程化思維的培養(yǎng)得到建立和提高，為學生適應未來工作的需要奠定了基礎。通過指導學生參加大賽，采用新穎的教學方法和教學手段，實踐教學水平也進入一個更高的層次，探索出一條理論與實踐相結合的新型教學方法和人才培養(yǎng)模式。

4 結束語

以上的方法和模式，經過6年的教學實踐，取得了良好的效果，我們期待將此種實踐教學方法和人才培養(yǎng)模式應用到更多的微電子專業(yè)課程中，探索出一個適合微電子本科專業(yè)實踐教學新模式。

[1]袁穎,胡小玲.以設計大賽為紐帶建設微電子實踐教學體系[J].電子世界,2015(23):73-74.

[2]謝星,楊玲玲.基于集成電路設計大賽的大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式.[J].電子世界,2015(23):40-41.

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[4]原渭蘭,邱杰.數(shù)字化實驗教學改革的研究與思考[J].實驗技術與管理,2011,28(7):138-140.

北方工業(yè)大學教育教學改革和課程建設基金。

鞠家欣，男，講師，研究方向為集成電路設計與測試技術。