馬俊成 史勤剛

【摘要】教學(xué)改革的核心是教學(xué)內(nèi)容與課程體系的改革。基于對電子科技大學(xué)成都學(xué)院集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的定位分析與研究，本文首先介紹了“集成電路原理”課程建設(shè)的指導(dǎo)思想，然后闡述了課程建設(shè)的內(nèi)容和實(shí)施情況，最后對課程建設(shè)的效果進(jìn)行了簡要的分析和總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)改革；課程建設(shè)；課程體系；微電子；集成電路；IC設(shè)計(jì)

0、引言

隨著社會信息化的快速發(fā)展，集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也得到國家的高度重視，先后制定了三個五年發(fā)展規(guī)劃，行業(yè)正處于發(fā)展的高速通道上。因此，對集成電路設(shè)計(jì)人才的需求也大幅增加。然而，每年我國高校集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)畢業(yè)的研究生遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會需要。集成電路設(shè)計(jì)人才缺乏已成為制約我國集成電路產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的瓶頸之一。要改變這一現(xiàn)狀，應(yīng)從本科專業(yè)教育開始抓起，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、有一定技術(shù)能力的集成電路設(shè)計(jì)人才。為此，我系針對集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)本科專業(yè)的課程體系，對《集成電路原理》課程進(jìn)行了較深入研究，做了大量的工作，也已取得了一定的成果。

一、課程建設(shè)的基本思想

《集成電路原理》的課程任務(wù)是：通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生基本掌握各種典型集成電路的基本構(gòu)成、基本工作原理、版圖識別和設(shè)計(jì)的知識和方法；為工程上利用EDA設(shè)計(jì)工具實(shí)現(xiàn)集成電路、版圖的設(shè)計(jì)及仿真、驗(yàn)證，芯片測試、應(yīng)用提供必需的理論知識。本課程著重研究典型的雙極型和MOS型集成電路的工作原理、特性分析、電路設(shè)計(jì)、版圖識別與設(shè)計(jì)等相關(guān)理論與知識。課程建設(shè)的基本思路包括了：①加強(qiáng)理論教學(xué)與研究，探索新技術(shù)的發(fā)展，探討因教材內(nèi)容滯后性出現(xiàn)的各類問題及解決措施。②理論教學(xué)和實(shí)踐應(yīng)用緊密結(jié)合，針對本課程IC設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)；要求任課教師熟練掌握EDA軟件及參與科研項(xiàng)目。同時，選拔對IC設(shè)計(jì)具有濃厚興趣的學(xué)生參與科研項(xiàng)目，訓(xùn)練學(xué)生熟練掌握EDA軟件及IC設(shè)計(jì)方法。③作為學(xué)生課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要理論與實(shí)踐指導(dǎo)課，要求每位學(xué)生能借助EDA軟件熟練完成相關(guān)系統(tǒng)或單元電路和版圖設(shè)計(jì)。④定期組織相關(guān)教師座談、參加有關(guān)培訓(xùn)，改進(jìn)教學(xué)方法和手段。充分利用EDA軟件，完成科研項(xiàng)目或?qū)嵺`項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與仿真，通過具體的項(xiàng)目讓學(xué)生了解IC設(shè)計(jì)的流程，積累項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，彌補(bǔ)學(xué)生社會經(jīng)驗(yàn)不足的缺點(diǎn)，增強(qiáng)我系畢業(yè)生市場競爭力。⑤根據(jù)我系學(xué)生特點(diǎn)，精選或編寫課程教材、講義。

二、課程體系的建設(shè)與實(shí)施

1、課程體系中常見的問題

《集成電路原理》課程往往存在以下問題：①內(nèi)容多、知識面廣、課時少，學(xué)生接受、理解難度大。因此，有必要完善課程體系的建設(shè)，根據(jù)知識結(jié)構(gòu)擴(kuò)展專業(yè)課程。②課帶實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練內(nèi)容少、難度低，無法滿足工程設(shè)計(jì)的需要。③與專業(yè)基礎(chǔ)課聯(lián)系緊密，如《微電子器件》和《模擬電路基礎(chǔ)》等課程。然而，任課教師之間溝通較少，教學(xué)過程中知識點(diǎn)的銜接不連貫，會出現(xiàn)本課程需要使用的一些中重要定理、模型或電路在專業(yè)基礎(chǔ)課程中沒有介紹或沒有重點(diǎn)談?wù)摰默F(xiàn)象。因此，有必要通過課程體系的建設(shè)，成立教研室，組織相關(guān)教師座談，完善知識結(jié)構(gòu)，合理安排教學(xué)計(jì)劃，分配教學(xué)內(nèi)容。④沒有建立以就業(yè)為導(dǎo)向的課程體系，學(xué)生對學(xué)什么、今后做什么很迷茫。

2、課程建設(shè)和內(nèi)容改革

（1）師資隊(duì)伍的建立是課程體系建設(shè)的重點(diǎn)之一。我系集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)引進(jìn)的8名專職教師全部畢業(yè)于北大、電子科大等國內(nèi)知名高校，且都具有豐富的企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，其中不乏華為、芯源等全球知名企業(yè)。

（2）教學(xué)內(nèi)容及方式、方法的改進(jìn)。本課程建設(shè)改進(jìn)了理論教學(xué)方式、方法，增加了多媒體教學(xué)，編寫了《集成電路原理》課件和課外輔導(dǎo)資料。通過和電子科技大學(xué)、重慶郵電學(xué)院的合作，開設(shè)了集成電路工藝實(shí)驗(yàn)。由于集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)具有實(shí)習(xí)單位難找的特點(diǎn)，這是因?yàn)閷τ谝话愕母咝：茈y有動則上千萬的經(jīng)費(fèi)投入到集成電路生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中，組織學(xué)生去相關(guān)單位實(shí)習(xí)也不太現(xiàn)實(shí)。因?yàn)榘雽?dǎo)體器件、集成電路特別是大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)環(huán)境必須是超凈的，所用的氣體、化學(xué)試劑必須是超純的，這是行業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)所提出來的科學(xué)要求，是提高生產(chǎn)成品率的根本保證，所以也不太歡迎和接受相關(guān)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行實(shí)習(xí)[5]。為了解決這一問題，在《集成電路原理》教學(xué)過程中引入了視頻教學(xué)的環(huán)節(jié)，通過視頻詳細(xì)的了解集成電路設(shè)計(jì)、制造、測試等環(huán)節(jié)，同時也了解集成電路制造所需的設(shè)備及生產(chǎn)環(huán)境。我系在《集成電路原理》課程教學(xué)和課程體系建設(shè)中所做的努力得到了專家的一致認(rèn)可?！都呻娐吩怼氛n程被評為2008年四川省省級精品課程；集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)2010年被評為四川省省級特色專業(yè)，2012年成為四川省高等學(xué)?！皩I(yè)綜合改革試點(diǎn)”專業(yè)。

對《集成電路原理》課程內(nèi)容重新整合。參照國內(nèi)外最新教材，關(guān)注最新科技動態(tài)，適當(dāng)增減教學(xué)內(nèi)容，適時調(diào)整派生課程及內(nèi)容。為了讓我系集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的畢業(yè)生在競爭日益激烈的社會中占有一定的技術(shù)優(yōu)勢，以《集成電路原理》為核心，結(jié)合行業(yè)發(fā)展，適應(yīng)就業(yè)需求，現(xiàn)已派生出多門專業(yè)選修課：《模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)》、《Hspice電路仿真實(shí)驗(yàn)》、《版圖設(shè)計(jì)》、《EDA技術(shù)》、《反向設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)》、《集成電路應(yīng)用實(shí)驗(yàn)》、《VLSI設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》、《SOC設(shè)計(jì)技術(shù)》、《混合集成電路》和《功率集成電路》等課程。這些課程都以《集成電路原理》為基礎(chǔ)，涉及集成電路行業(yè)主要的理論、技能基礎(chǔ)。

（3）為了增強(qiáng)學(xué)生的動手能力及技能水平，將課帶實(shí)驗(yàn)調(diào)整為獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)學(xué)時和內(nèi)容都有很大程度的增加，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括Linux系統(tǒng)的基本操作、Cadence系統(tǒng)的設(shè)置與操作、EDA軟件的設(shè)置與操作、CMOS集成電路的設(shè)計(jì)和仿真、版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、電路的提取與仿真等。我系通過開放IC設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，每年組織大三、大四的學(xué)生完成混合芯片的分析與設(shè)計(jì)、數(shù)字芯片開發(fā)、版圖設(shè)計(jì)等實(shí)踐內(nèi)容；畢業(yè)班的學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室的EDA設(shè)計(jì)平臺，完成相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)；選拔部分學(xué)生，在專職老師和實(shí)驗(yàn)老師的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下，先后完成了鋰電池保護(hù)芯片的設(shè)計(jì)、D類功放芯片的設(shè)計(jì)，并成功流片。進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)生動手能力和技能水平的提高。

（4）修訂教學(xué)大綱、完善教材建設(shè)。將教學(xué)實(shí)踐與技術(shù)、行業(yè)的快速發(fā)展相結(jié)合，突出體現(xiàn)雙師型教學(xué)團(tuán)隊(duì)的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中注重工程實(shí)踐的重要性，適時修訂、更新教學(xué)大綱，使之適合社會對培養(yǎng)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)人才需要。在本課程及其派生課程的理論教材上采取選優(yōu)選新的原則，選擇相對適用的規(guī)劃教材。除此以外，我系還專門組織教師整理了大量的工程實(shí)踐資料，編寫實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐講義《版圖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》、《版圖綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》、《電路原理圖設(shè)計(jì)及Hspice實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》、《集成電路反向設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》等。

（5）建立完善的課程體系。為了讓我系集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)校以后，有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，除開展專業(yè)介紹培訓(xùn)、專業(yè)就業(yè)方向培訓(xùn)以外，在課程體系建設(shè)中也正在逐步完善以就業(yè)為導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)體系?？梢酝ㄟ^就業(yè)方向與知識結(jié)構(gòu)的課程體系讓學(xué)生在眼花繚亂的基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程、選修課程中找到自己學(xué)習(xí)的目標(biāo)、方向及前進(jìn)的脈絡(luò)。

三、課程體系建設(shè)的效果

教學(xué)形式除基本的板書外，還采用了多媒體課件、視頻播放、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室參觀等多種形式?？己朔椒ㄒ膊辉賰H僅只有考試一種形式，對實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐內(nèi)容或課程，如“EDA技術(shù)”、“Hspice電路設(shè)計(jì)與仿真”、“版圖設(shè)計(jì)”、“集成電路應(yīng)用實(shí)驗(yàn)”、“反向設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”等采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法考核。其中，實(shí)踐考核更是以工程團(tuán)隊(duì)的形式考核，不僅要考核項(xiàng)目完成的情況，還要考核團(tuán)隊(duì)協(xié)同能力、凝聚力、團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的領(lǐng)導(dǎo)力以及團(tuán)隊(duì)答辯時的臨場發(fā)揮發(fā)揮水平等。

同時，課程體系在畢業(yè)設(shè)計(jì)中起到了關(guān)鍵作用。開設(shè)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課程，使學(xué)生從系統(tǒng)的認(rèn)識、電路應(yīng)用、工藝的掌握到EDA工具的使用等方面都得到了質(zhì)的提高。

四、存在問題及解決措施

雖然我系在《集成電路原理》課程體系建設(shè)方面做了大量的工作，也取得了一些成績，但新階段仍然存在一些問題有待解決。主要表現(xiàn)為：①由于集成電路工藝技術(shù)發(fā)展迅猛，行業(yè)滲透性強(qiáng)，因此需要跟上行業(yè)發(fā)展，盡快整理最前沿的科技資料，了解行業(yè)行業(yè)發(fā)展趨勢，縮短教學(xué)大綱更新周期；②我系科研項(xiàng)目比較少，學(xué)生直接參與科研項(xiàng)目的機(jī)會少；③本課程與相關(guān)課程的融合方面，還需要進(jìn)一步探討、優(yōu)化。針對于存在的問題，我系也采取了必要的措施：①每學(xué)年，都深入企業(yè)調(diào)研，修訂教學(xué)大綱；②定期開展項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，以及鼓勵更多的學(xué)生參加到學(xué)院的“項(xiàng)目制”和國騰集團(tuán)“創(chuàng)業(yè)基金”的課題中；③開放集成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供課外實(shí)踐機(jī)會，讓有條件的學(xué)生參與教師相關(guān)課題的研究；④針對相關(guān)課程之間的融合問題，定期組織研討，在制定教學(xué)計(jì)劃、修訂教學(xué)大綱時體現(xiàn)。同時，我系通過各種途徑與兄弟院校交流、與用人單位溝通，吸取更多的經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)更加適合社會需求的人才。

五、結(jié)束語

以《集成電路原理》為基礎(chǔ)，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，突出對相關(guān)課程的輻射作用（派生的理論課與實(shí)驗(yàn)課），增強(qiáng)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力是我系在該專業(yè)教育上的主要特點(diǎn)之一。課程體系強(qiáng)調(diào)我系集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)建設(shè)的需要，結(jié)合自身特點(diǎn)，參考國內(nèi)外高校在本課程建設(shè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，作了切實(shí)可行的建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]段吉海.“半導(dǎo)體集成電路”課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐.2007，29（5）：11-15

[2]朱正涌.半導(dǎo)體集成電路[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004，9

[3]李偉華.VLSI 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002

[4]羅勝欽.數(shù)字集成系統(tǒng)芯片（SOC）設(shè)計(jì)[M].北京：希望電子出版社，2002

[5]吳文光，肖丙剛等，微電子專業(yè)集成電路設(shè)計(jì)實(shí)踐課程的建設(shè)與研究，科技信息，2009，26：10-12