方玉明 嚴靜 李若舟 夏曉娟 許杰

摘要：微電子專業(yè)的發(fā)展成為當今社會的一個主要發(fā)展方向。為培養(yǎng)微電子專業(yè)人才，需要著重探討微電子專業(yè)中實驗實踐類課程的建設和實施。以實驗實踐類課程為主要研究對象，該文探討了如何解決實驗類課程中的關鍵問題，提升教學質(zhì)量，從而培養(yǎng)學生的實驗動手能力、解決問題能力、工程思維能力，從而成為具備獨立科研能力，能夠解決復雜工程問題的專業(yè)復合型人才。

關鍵詞：微電子;專業(yè)建設;實驗實踐;研究型教學;思政

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）30-0169-03

Research on the Experimental and Practical Courses in the Construction of Microelectronics Specialty

FANG Yu-ming， YAN Jing， LI Ruo-zhou， XIA Xiao-juan， XU Jie

（College of Electronic and Optical Engineering & College of Microelectronics， University of Posts and Telecommunications， Nanjing 210023， China）

Abstract： The development of microelectronics has become a major direction in today's society. In order to train microelectronics professionals， we need to focus on the construction and implementation of the experimental and practical courses in the construction of microelectronics specialty. How to solve the key problems in the experimental courses and improve the teaching quality is discussed， so as to cultivate the students' experimental ability， problem-solving ability and engineering thinking ability. To train students to become interdisciplinary talents with independent scientific research ability and able to solve complex engineering problems.

Key words： Microelectronic;Specialty construction;Experimental practice;Research Teaching;Curriculum Ideological and Political Education

1 引言

實驗實踐類課程在專業(yè)課程的教學中具有非常重要的作用。它是對所學的理論知識進行深刻認知，檢驗和理解知識的重要手段。也是理論聯(lián)系實際的主要渠道。因為我們的培養(yǎng)目標不僅是需要學生具有扎實的專業(yè)基礎，更多的是要提高學生自主學習和獨立科研的能力，培養(yǎng)學生進行科學研究和工程項目的思維習慣和動手能力。因此，在專業(yè)課程的教學中，除了理論課的講授，必須輔以相配套的實驗教學。實驗教學是對理論教學的不可缺少的補充和完善。

實驗教學的目的和內(nèi)容培養(yǎng)了學生理解運用知識的能力。實驗內(nèi)容的設計、實施和開展培養(yǎng)了學生的工程思維，獨立進行科學研究的能力。而最終實驗報告的撰寫培養(yǎng)了學生用專業(yè)的思維考慮問題，用專業(yè)的語言表述解釋問題。因此，實驗教學是對學生各方面能力，尤其是解決復雜工程問題能力的一個全面提升。

2 實驗實踐類課程的關鍵問題[2]

實踐實驗類課程雖然在整個專業(yè)課程建設中發(fā)揮著舉足輕重的作用。但是要想高質(zhì)量的實施開展，必須要掌握其中的一些關鍵因素：

2.1 把德育和專業(yè)發(fā)展教育相結(jié)合

目前在專業(yè)課程中加入思政內(nèi)容的教師比較少，開出的應用類實驗和課題中思政內(nèi)容都偏少。課堂中大量的是專業(yè)理論知識的講授，具體的結(jié)合實際的思政內(nèi)容比例偏低。如何把專業(yè)建設和當下的實際有意、有機、有效地結(jié)合，緊跟社會的發(fā)展，是個關鍵問題。合理的運用德育的學科思維，提煉專業(yè)課程中蘊含的文化基因和價值范式，將其轉(zhuǎn)化為具體化生動化的有效教學載體。培養(yǎng)學生的社會責任感和職業(yè)道德。能夠樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。養(yǎng)成誠實守信的良好習慣，具有團隊合作意識、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。熱愛自己的專業(yè)，吃苦耐勞，具備工匠精神。能夠為祖國建設貢獻自己的力量。

2.2 選修學生數(shù)日益增長和有限的實驗場地、實驗器材的矛盾

目前的集成電路設計實驗室一次只能滿足40組學生做實驗，而微電子專業(yè)實驗室一次只能滿足16組學生做實驗。而目前的學生選修人數(shù)已達到八個小班。而且隨著社會的發(fā)展以及微電子專業(yè)的受關注程度的日益增加。越來越多的學生對微電子、集成電路方向產(chǎn)生了濃厚的興趣。因此，本專業(yè)的學生人數(shù)在逐漸上升，因此，在課程時間、場地、器材的安排上都顯示出極大的窘迫。迫切需要找到一個適合的解決方法緩解這個矛盾，以便于容納日益增長的選修人數(shù)的要求。

2.3 延伸實驗課程的教學作用，發(fā)展學生的課外創(chuàng)新實踐活動

通常情況下，學生的學習過程由兩個階段組成：第一階段是單純接收;第二個階段是理解運用。目前的教學方式更偏重于第一階段。而在學習的過程中，更重要的是第二階段。實驗實踐課程恰恰彌補了傳統(tǒng)教學方法的不足，著重加強了第二階段。微電子專業(yè)實驗室除了滿足實驗課的教學外，更重要的是延伸其教學作用，用于完成微電子方面的科研課題的研究和探討。因此，在發(fā)揮教學作用的同時，盡量能夠滿足作為本科生進行微電子領域創(chuàng)新性實驗、課程設計以及畢業(yè)設計的專業(yè)實驗平臺。

3 實驗實踐類課程關鍵問題的解決措施

實驗類課程里面的關鍵問題是各種實驗課程都必須碰到的問題，因此能夠有效解決這些關鍵問題也就能夠有效提升實驗實踐類課程的教學質(zhì)量。同時要根據(jù)不同年級、不同課程體現(xiàn)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。更要激發(fā)學生的主動學習和創(chuàng)新精神。

3.1把德育和專業(yè)發(fā)展教育相結(jié)合，各門專業(yè)課都融入思政元素

微電子技術(shù)作為現(xiàn)今電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景， 它在社會生活中卻起著舉足輕重的作用：它同經(jīng)濟發(fā)展密不可分，同人民生活息息相關，在國防安全方面也扮演著不可替代的重要角色。芯片成為了各國技術(shù)競爭的決定性因素。在半導體這個領域，中國需要挑戰(zhàn)的是西方上邊百年積累起來的工業(yè)體系。在這個當中體現(xiàn)了濃濃的思政元素。整個微電子的發(fā)展其實就是激勵學生自我強大的一個過程，面對外界制造的各種困難。我們?nèi)绾斡y而上，持之以恒地勤奮努力，突破技術(shù)封鎖，提升我國的芯片研發(fā)水平。從而培養(yǎng)學生熱愛專業(yè)熱愛祖國的優(yōu)秀品質(zhì)。

（1） 采用統(tǒng)計調(diào)查方法，對本專業(yè)的入學或即將入學的學生、老師進行問卷調(diào)查，結(jié)合典型調(diào)查，分析需求特征，準確定位培養(yǎng)目標;去相關院校進行走訪或調(diào)研，對課程思政的開展工作進行分析比較研究，借鑒成功經(jīng)驗;根據(jù)實際教學和實踐的經(jīng)驗，優(yōu)化設置課程體系，融入思政元素。做好學生對思政教學效果反饋的分析。在此基礎上針對不同的課程改善不同的思政內(nèi)容。教學中引進激勵機制，激發(fā)學生興趣、求知欲、好奇心、責任感、上進心，激發(fā)學生產(chǎn)生向上的動機和行為。

（2） 課程和學時無法做大的調(diào)整的情況下，嘗試在課程內(nèi)容上做些創(chuàng)新。目前基礎理論課的學時比較充足，可以在課時里分出2-4個學時講述該門課程的發(fā)展歷史、創(chuàng)始人以及他們的生平的優(yōu)秀事跡。他們在創(chuàng)造出新的產(chǎn)品，或者是發(fā)現(xiàn)新的理論之前都進行了艱苦卓越的探索和研究。把專業(yè)知識和實際的人物結(jié)合起來，增加了課程的趣味性，也能吸引學生的注意力，加深學生對科研工作者的優(yōu)秀品質(zhì)的理解和敬佩，從而潛移默化地培養(yǎng)他們向優(yōu)秀的人學習和靠近，從而加深認識了理論課的重要性。

（3） 實驗實踐課程中除了融入科研工作者的事跡，同時鼓勵教師積極申報校企聯(lián)合項目，結(jié)合科研項目建立和完善專業(yè)實驗室，補充硬件設備。在今后的專業(yè)建設中，應通過各方渠道加強專業(yè)實驗室的建設和完善，并積極和外校各對口單位聯(lián)系，爭取建立一個穩(wěn)定長期的校企合作。在這個過程中，能讓學生體驗到企業(yè)的作用，對國家建設的直接推動作用，能夠在工作后更好地融入企業(yè)培養(yǎng)“工匠精神”。

3.2采取多種方法解決選修學生數(shù)日益增長和有限的實驗器材的矛盾

隨著社會的發(fā)展以及微電子專業(yè)發(fā)展的迫切需要。越來越多的學生對微電子、集成電路方向產(chǎn)生了濃厚的興趣。因此，不僅本專業(yè)的學生人數(shù)在逐漸上升，外專業(yè)選修微電子方向課程的學生數(shù)也是日益增加。但是專業(yè)實驗室的場地和硬件平臺卻沒有拓展。其他的集成電路設計實驗用到的軟件也涉及服務器集中安裝和版權(quán)購買的問題，也限制了一定的靈活性。造成了這兩方面的矛盾會日益突出。

（1） 有機會當然還是要爭取各方渠道增加實驗配置和實驗設備。包括實驗面積的增加和實驗器材套數(shù)的增加。各種類型的實驗室建設項目都要去積極申請，包括學校層面的經(jīng)費支持。以滿足現(xiàn)有儀器設備的養(yǎng)護維修，新儀器的購買。但受限于實驗場地和實驗經(jīng)費，實驗器材和實驗設備的購買畢竟非常有限，不能僅靠這個渠道維持日益增長的實驗需求和要求。現(xiàn)在社會也在不斷發(fā)展，我們也要與時俱進，從多方渠道保證開展實驗內(nèi)容。

（2） 目前，其他各種類型的實驗室也在蓬勃發(fā)展，對傳統(tǒng)的實驗課程也起到了很好的補充作用。比如口袋實驗室[1]、虛擬實驗室[2]等。本課題組現(xiàn)在也在完成虛擬仿真實驗室項目，增加虛擬仿真實驗，設置虛擬仿真實驗的內(nèi)容和數(shù)量。能很好地緩解實驗設備的購置壓力。補足學生學習理論知識這塊的不足，通過系統(tǒng)仿真實驗的開展和學習，使學生能夠?qū)Π雽w器件的工作機理有直觀的印象，能夠更深入地理解器件的各項特性參數(shù)。從而也是將科學研究和基本概念教學聯(lián)系起來，結(jié)合起來，實現(xiàn)教研統(tǒng)一，相互促進。

（3） 目前，本專業(yè)的實驗實踐類課程基本上都是本專業(yè)任課老師教授。專業(yè)任課老師一般都會承擔各種類型的科研項目。因此發(fā)揮科研項目對教學工作的支撐也是一個非常好的渠道。不僅能夠緩解傳統(tǒng)實驗室的矛盾，也能使得學生更好地融入科研項目。因此，實驗課老師也需要開發(fā)新的實驗項目，增加實驗組數(shù)和實驗類型。目前，不少老師也在積極承擔學校的開放實驗室項目。

3.3延伸實驗課程的教育作用，培養(yǎng)學生科技創(chuàng)新、獨立科研的能力

實驗實踐課程的教學不能僅僅是完成課堂教學。實驗實踐課程的最終目的是要學生具備能夠獨立進行科研的能力，探索和試驗實踐的能力，解決工程問題的能力，科技創(chuàng)新的能力。因此，不能將實驗課程也淪為課堂講授的滿堂灌的形式。不能弱化實驗實踐課程的最終延伸作用。反而要更多地承擔學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)。

（1） 微電子專業(yè)實驗室除了滿足實驗課的教學外，也可以用于完成微電子方面的科研課題的研究和探討。因此，在發(fā)揮教學作用的同時，盡量能夠滿足作為本科生進行微電子領域創(chuàng)新性實驗。加強師資建設力度，提高教師實驗教學水平。鼓勵專業(yè)教師承擔大二學生的成長導師、大三學生的科技創(chuàng)新計劃。讓更多的學生參與科研。

（2） 重視課程設計以及畢業(yè)設計的專業(yè)實驗平臺。課程設計和畢業(yè)設計都屬于實踐類的課程，它們和普通的專業(yè)實驗課還有所區(qū)別。專業(yè)實驗課是學習某一部分知識的實驗內(nèi)容，而課程設計，包括畢業(yè)設計，是需要對整個微電子專業(yè)知識體系有一個完整的概念，設計一個相對完整流程的課題。因此，發(fā)揮好這兩個實踐課程的教學作用，能夠很好地培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。

（3） 積極和企業(yè)合作，建立校企聯(lián)合實驗室。借用企業(yè)平臺，利用學校里無法購買但企業(yè)里具有的大型設備和先進設備，開展相關的實驗實踐類課程。不僅增加了學生的知識面和視野，也部分緩解了傳統(tǒng)實驗室的硬件矛盾。同時，也可以請企業(yè)工程師進入課堂，給學生上課。這樣也可以達到提前培訓學生的工程能力，為學生順利進入企業(yè)的相關工作崗位提供了便利條件。

4 總結(jié)

微電子技術(shù)作為現(xiàn)今電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵技術(shù)，在社會生活中卻起著舉足輕重的作用。而微電子專業(yè)人才的培養(yǎng)中，實驗教學是對理論教學的不可缺少的補充和完善。要想提高實驗實踐類教學，必須有意、有機、有效地緊密結(jié)合當下實際，緊跟社會的發(fā)展，樹立學生正確的世界觀、人生觀、價值觀。

同時，通過從各方渠道積極爭取增加實驗配置和實驗設備，開展虛擬仿真實驗的內(nèi)容和數(shù)量，發(fā)揮科研項目對教學工作的支撐等各方面，解決選修學生數(shù)日益增長和有限的實驗器材的矛盾。加強師資建設力度，提高教師實驗教學水平，鼓勵專業(yè)教師承擔學生的創(chuàng)新計劃，讓更多的學生參與科研。重視課程設計以及畢業(yè)設計的專業(yè)實踐課程教學。積極和企業(yè)合作，建立校企聯(lián)合實驗室。充分發(fā)揮實驗實踐課程的延伸作用，使學生具備能夠探索和試驗實踐、科技創(chuàng)新以及解決復雜工程問題的能力。

參考文獻：

[1] 董介春，于瑞濤，衛(wèi)成兵.口袋實驗室建設與實驗教學改革[J].電氣電子教學學報，2017，39（3）：133-135，147.

[2] 劉筱蘭，張薇，程惠華，等.虛擬實驗室的類型及發(fā)展趨勢[J].計算機應用研究，2004，21（11）：8-10.

【通聯(lián)編輯：王力】

收稿日期：2021-03-01

基金項目：南京郵電大學“課程思政”教育教學改革研究專項課題（KCSZJG202002）;南京郵電大學實驗室工作研究課題（2020XSG05）;南京郵電大學電子科學與技術(shù)國家級實驗教學示范中心虛擬仿真實驗教學項目;南京郵電大學院級“課程思政”優(yōu)秀教學團隊。

作者簡介：方玉明（1975—），女，江蘇省南京市人，教授，博士，主要研究方向為微電子學、微機電系統(tǒng)、微電子專業(yè)教學研究;嚴靜（1987—），女，江蘇省揚州市人，講師，博士，主要研究方向為液晶顯示及液晶電光器件;李若舟（1988—），男，湖北省武漢市人，講師，博士，主要研究方向為微電子學、柔性電子器件;夏曉娟（1981—），女，江蘇省揚州市人，副教授，博士，主要研究方向為微電子學、大規(guī)模集成電路;許杰（1989—），女，江蘇省無錫市人，副教授，博士，主要研究方向為微電子學與固體電子學。