李蕾

摘? ? 要：文章主要說(shuō)明在工程教育認(rèn)證背景下“半導(dǎo)體集成電路”課程在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上存在的問(wèn)題，針對(duì)性地提出相應(yīng)的改革方案。對(duì)現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行豐富和優(yōu)化，通過(guò)對(duì)不同內(nèi)容采取不同的教學(xué)方法來(lái)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性;通過(guò)“線上+線下”、實(shí)踐教學(xué)等教學(xué)模式，改變教學(xué)理念，達(dá)到提升教學(xué)效果的目的，從而滿足集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對(duì)人才的需求。

關(guān)鍵詞：“半導(dǎo)體集成電路”;工程教育認(rèn)證;教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2021）07-0072-02

半導(dǎo)體集成電路是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心和基石。在工程教育認(rèn)證背景下，為了滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)集成電路人才的需求，“半導(dǎo)體集成電路”課程原有教學(xué)模式需要改

變。這門課程不僅需要體現(xiàn)集成電路分析與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)（元器件和單元電路的版圖結(jié)構(gòu)、集成電路的版圖設(shè)計(jì)以及可靠性設(shè)計(jì)和可測(cè)性設(shè)計(jì)方面），還要兼顧半導(dǎo)體集成電路的最新發(fā)展（如集成電路的可靠性和可測(cè)性設(shè)

計(jì)等），以滿足集成電路產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，因此教學(xué)模式需要與時(shí)俱進(jìn)[1-2]。通過(guò)本門課程的學(xué)習(xí)，要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

傳統(tǒng)“半導(dǎo)體集成電路”課程教學(xué)存在課程目標(biāo)設(shè)置不明確、教學(xué)方法過(guò)于單一、學(xué)生參與度低等問(wèn)題，已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)需求。集成電路教學(xué)體系的改革從教學(xué)模式的靈活調(diào)整，到科技前沿內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn)，再到實(shí)際工程問(wèn)題的能力培養(yǎng)，受到廣泛關(guān)注。依據(jù)專業(yè)素養(yǎng)以及培養(yǎng)目標(biāo)，靈活調(diào)整教學(xué)模式;科技前沿內(nèi)容可以通過(guò)隨堂引入或開(kāi)設(shè)前沿講座，讓學(xué)生及時(shí)了解集成電路在科學(xué)研究、工程技術(shù)上的最新發(fā)展;充分利用互動(dòng)性強(qiáng)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)輔助提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課程參與度，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果。線上線下混合式教學(xué)模式非常值得嘗試。

一、“半導(dǎo)體集成電路”課程教學(xué)目前存在的問(wèn)題

“半導(dǎo)體集成電路”課程的主要教學(xué)內(nèi)容是研究半導(dǎo)體集成電路的制備工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)，分析各種元器件的特性、寄生效應(yīng)以及如何減小寄生效應(yīng)。在授課過(guò)程中缺少以具體半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)品為例，介紹集成電路的正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)，無(wú)法提高學(xué)生分析和設(shè)計(jì)集成電路的能力。

在授課方式上，本門課程的教學(xué)方法過(guò)于單一，為了提高學(xué)生聽(tīng)課質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，需要增加先進(jìn)的教學(xué)方法。目前，本門課程在教學(xué)方法上，主要是以板書的形式進(jìn)行講解，以PPT演示的形式輔助授課，在課堂有限的時(shí)間內(nèi)大量灌輸半導(dǎo)體集成電路基礎(chǔ)知識(shí)，形成的知識(shí)體系不完整;教學(xué)過(guò)程中主要以提問(wèn)的方式活躍課堂氣氛。這種教學(xué)方法無(wú)法真正調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力;對(duì)于集成電路中各種元器件的分析方法和制備工藝沒(méi)有動(dòng)態(tài)演示過(guò)程，只是單獨(dú)地以剖面圖的形式進(jìn)行講解，學(xué)生很難完全理解;由于集成電路生產(chǎn)需要超凈環(huán)境，并且工藝設(shè)備昂貴，學(xué)生只能從書本上進(jìn)行學(xué)習(xí)。當(dāng)前必須解決的問(wèn)題就是改變教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，提高學(xué)生實(shí)踐能力。

二、“半導(dǎo)體集成電路”課程教學(xué)模式的改革

教學(xué)模式的改革包括“線上課程+線下課程”，對(duì)于“集成電路工藝”以及“微納電子器件”部分的教學(xué)與集成電路虛擬實(shí)現(xiàn)（VR）實(shí)驗(yàn)室結(jié)合等。線下教學(xué)內(nèi)容作為本課程教學(xué)內(nèi)容的主線，輔以線上教學(xué)來(lái)提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，提升課前預(yù)習(xí)、課堂聽(tīng)講和課后復(fù)習(xí)的效率;增加實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生實(shí)踐能力和相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的理解能力，進(jìn)一步滿足工程需求。

（一）基于多媒體的線下教學(xué)模式

雙極集成電路、MOS集成電路和Bi-CMOS電路典型制造工藝無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，在沒(méi)有實(shí)驗(yàn)條件的情況下，各個(gè)工藝步驟（氧化、光刻、擴(kuò)散等工藝）采用播放多媒體動(dòng)畫的形式模擬。以觀看動(dòng)畫和視頻的形式，使學(xué)生更容易和直觀地理解抽象的制備工藝，教學(xué)效果得以改善。

（二）“線上+線下”教學(xué)模式

采用線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，既培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)與主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力，又系統(tǒng)地講解了半導(dǎo)體集成電路的基本理論與基本概念，從而提高本門課程的教學(xué)質(zhì)量。線上教學(xué)主要在超星學(xué)習(xí)通上建設(shè)先進(jìn)的課程信息化體系，為學(xué)生提供更多關(guān)于集成電路的免費(fèi)學(xué)習(xí)資源，并通過(guò)簽到、討論、作業(yè)、調(diào)查問(wèn)卷、考試等功能，實(shí)時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)進(jìn)展。線上教學(xué)不僅可以彌補(bǔ)線下教學(xué)教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容單一的問(wèn)題，還可以使學(xué)生在課余時(shí)間能夠查缺補(bǔ)漏。學(xué)生通過(guò)查找資料，對(duì)線下教學(xué)沒(méi)有充分理解的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)“線上+線下”教學(xué)模式，使學(xué)生能夠?qū)崟r(shí)了解集成電路的最新發(fā)展情況。

在超星學(xué)習(xí)通的先進(jìn)課程信息化體系建設(shè)中，教學(xué)課件、電子教案和教學(xué)錄像可以上傳，為學(xué)生提供自學(xué)和復(fù)習(xí)資源。教師利用線上教學(xué)平臺(tái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行課堂小測(cè)或布置作業(yè)，并把這一考核納入本課程的期末成績(jī)中，這樣可以豐富考核方式并制訂更為合理的學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在超星學(xué)習(xí)通上，需要定期發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷，了解學(xué)生現(xiàn)階段對(duì)課程體系的認(rèn)識(shí)和看法，及時(shí)調(diào)整授課內(nèi)容和方法，達(dá)到最佳教學(xué)模式。線上教學(xué)可以擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)視野，也可以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為提高學(xué)生實(shí)踐能力奠定理論基礎(chǔ)。

在線下教學(xué)中，利用超星學(xué)習(xí)通進(jìn)行課堂簽到，通過(guò)自拍筆記的形式，對(duì)學(xué)生每堂課上課狀態(tài)進(jìn)行考核，有效地避免了課上點(diǎn)名占用上課時(shí)間的問(wèn)題。在超星學(xué)習(xí)通中發(fā)布討論題，學(xué)生通過(guò)課堂學(xué)習(xí)和網(wǎng)上查閱文獻(xiàn)資料等方法，整合各種有用信息，以分組討論的方式完成發(fā)言。將討論問(wèn)題作為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和整合知識(shí)的方法，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的能力。分組討論首先根據(jù)本門課程知識(shí)體系，設(shè)計(jì)每堂課的相關(guān)討論問(wèn)題;將全班學(xué)生分組，教師組織學(xué)生課堂討論，各小組討論后需要匯報(bào)討論結(jié)果;在討論過(guò)程中，教師需要不斷引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生;最后，教師針對(duì)每組發(fā)言進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，概括并歸納討論所涉及的知識(shí)重點(diǎn)與難點(diǎn)。小組討論的學(xué)習(xí)方式有利于提高學(xué)生自主研究能力，有利于促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，有利于激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力。

（三）實(shí)踐教學(xué)

由于工程化需求，“半導(dǎo)體集成電路”課程的講授需要知識(shí)的連貫性和完整性，知識(shí)體系需要環(huán)環(huán)相扣、融會(huì)貫通，學(xué)生對(duì)所學(xué)課程不能只停留在概念的理解上。在本門課程授課過(guò)程中需要引入“集成電路工藝”以及“微納電子器件”實(shí)踐教學(xué)，用于彌補(bǔ)“線上+線下”教學(xué)模式以理論教學(xué)為主的缺點(diǎn)[3]。實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于能夠結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，將理論學(xué)習(xí)上升到實(shí)踐，用于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

半導(dǎo)體集成電路技術(shù)更新非?？欤饕w現(xiàn)在電路設(shè)計(jì)和工藝水平更新上。在“半導(dǎo)體集成電路”課程中，有效利用EDA軟件精確地實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)并完成驗(yàn)證;利用集成電路虛擬實(shí)現(xiàn)（VR）實(shí)驗(yàn)室，在虛擬環(huán)境下實(shí)現(xiàn)集成電路制備的完整工藝，在模擬真實(shí)工藝場(chǎng)景下進(jìn)行實(shí)踐，為學(xué)生今后的工作和進(jìn)一步深造，積累實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)。本課程的實(shí)踐教學(xué)由教師提出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，由學(xué)生提出設(shè)計(jì)方案并動(dòng)手操作，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程以小組的形式完成，教師在整個(gè)過(guò)程中進(jìn)行指導(dǎo)。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)半導(dǎo)體集成電路基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握。

（四）考核方式

在教學(xué)模式改革后的考核方式上，應(yīng)在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生在本門課程上的表現(xiàn)做出更加全面的評(píng)價(jià)，考核方式包括多個(gè)環(huán)節(jié)，其中，平時(shí)成績(jī)（出勤+課堂提問(wèn)+小組討論+線上作業(yè)）占總成績(jī)的40%，實(shí)

踐考核占總成績(jī)的20%，期末考試（閉卷）占總成績(jī)的

40%，以上三部分成績(jī)用于綜合評(píng)定學(xué)生在本課程的總成績(jī)。

三、超星學(xué)習(xí)通對(duì)“半導(dǎo)體集成電路”課程的挑戰(zhàn)

“半導(dǎo)體集成電路”是一門面向應(yīng)用、具有很強(qiáng)綜合性的專業(yè)課程。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，灌輸大量專業(yè)知識(shí)容易讓學(xué)生覺(jué)得枯燥無(wú)味，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不再適用于現(xiàn)代化的高等教育。超星學(xué)習(xí)通為“半導(dǎo)體集成電路”課程的改革創(chuàng)新提供新的契機(jī)，學(xué)生和教師使用手機(jī)等無(wú)線設(shè)備，不受時(shí)間和空間的約束，構(gòu)建靈活的學(xué)習(xí)形式，展現(xiàn)出個(gè)性化學(xué)習(xí)方式、多元化學(xué)習(xí)內(nèi)容、便捷式學(xué)習(xí)設(shè)備、移動(dòng)式學(xué)習(xí)時(shí)空、交互式學(xué)習(xí)模式。

（一）對(duì)教師的挑戰(zhàn)：制作學(xué)習(xí)資源、發(fā)布學(xué)習(xí)要求、設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程

在工程教育認(rèn)證的背景下，教師應(yīng)充分挖掘超星學(xué)習(xí)通的學(xué)習(xí)功能，以學(xué)生為主體，為學(xué)生提供多元化的學(xué)習(xí)資源。專業(yè)課教師不僅需要具備過(guò)硬的專業(yè)知識(shí)，還需要精通信息技術(shù)方面的知識(shí)，這樣才能更加全面地完善半導(dǎo)體集成電路的知識(shí)體系，完成網(wǎng)絡(luò)資源的收集、整理和制作工作，發(fā)布學(xué)習(xí)要求，設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程。充分發(fā)揮超星學(xué)習(xí)通的優(yōu)勢(shì)，改善學(xué)生學(xué)習(xí)的整體環(huán)境。

（二）對(duì)學(xué)生的挑戰(zhàn)：自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)

多數(shù)學(xué)生對(duì)超星學(xué)習(xí)通的認(rèn)識(shí)還不是十分清晰，缺乏自主學(xué)習(xí)經(jīng)歷和指導(dǎo)，還需要進(jìn)一步明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)計(jì)劃。當(dāng)學(xué)生使用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)學(xué)習(xí)時(shí)，要掌握自主學(xué)習(xí)的正確方法，選擇自己想要學(xué)習(xí)的知識(shí)，使自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)能力得到全面提升。

“半導(dǎo)體集成電路”是電子科學(xué)與技術(shù)（微電子）專業(yè)大四學(xué)生的專業(yè)必修課，是對(duì)學(xué)生整個(gè)大學(xué)階段專業(yè)課程知識(shí)體系的進(jìn)一步擴(kuò)展和延伸。本門課程基于工程教育認(rèn)證的教學(xué)改革在于改善“半導(dǎo)體集成電路”課程以理論教學(xué)為主的授課方式、課程體系不完備等問(wèn)題。隨著半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，教學(xué)模式改革勢(shì)在必行，“線上+線下”和實(shí)踐教學(xué)等教學(xué)模式能夠指導(dǎo)從集成電路設(shè)計(jì)、流片生產(chǎn)到芯片測(cè)試的每一個(gè)與工程實(shí)踐相對(duì)應(yīng)的環(huán)節(jié)，完成以工程需求為導(dǎo)向的最優(yōu)化教學(xué)模式，培養(yǎng)出創(chuàng)新型集成電路人才。

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■ 編輯∕陳晶