謝海情 蔡稀雅 郭 劍 鄒望輝

（長(zhǎng)沙理工大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 湖南·長(zhǎng)沙 410114）

0 引言

作為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，集成電路是支撐國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國(guó)家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，已成為實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)國(guó)、產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵標(biāo)志[1-3]。目前，我國(guó)大力發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)，不斷提高技術(shù)的創(chuàng)新能力，產(chǎn)業(yè)發(fā)展支撐能力也得到了明顯提高。然而與發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)相比，我國(guó)集成電路技術(shù)仍然比較落后，高端芯片產(chǎn)品做不到自給自足，對(duì)構(gòu)建國(guó)家產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、保障信息安全等做不到有力支撐[4]。近年來(lái)，我省高度重視集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，組建了省集成電路產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，初步形成了以芯片設(shè)計(jì)和IGBT為特色的長(zhǎng)沙、株洲兩大產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，擁有集成電路企業(yè)246家。

集成電路是典型的人才密集型產(chǎn)業(yè)。產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要以人才為支撐，集成電路產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng)是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展中基礎(chǔ)性工程。數(shù)據(jù)表明，到2020年集成電路產(chǎn)業(yè)總需求量是72萬(wàn)人，現(xiàn)有人才總數(shù)只有40余萬(wàn)，缺口達(dá)到30萬(wàn)，而目前相關(guān)專業(yè)每年的畢業(yè)生在3萬(wàn)人左右，人才缺口依然較大[5]。

1 課程現(xiàn)狀

我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)以培養(yǎng)集成電路設(shè)計(jì)與微電子器件方向的創(chuàng)新型高級(jí)專門人才為目標(biāo)?！赌M集成電路原理》是該專業(yè)的核心、必修課程，對(duì)培養(yǎng)模擬集成電路相關(guān)方向的人才有至關(guān)重要的作用[6,7]。其所需基礎(chǔ)課程有電路基礎(chǔ)、電子線路（上、下）、半導(dǎo)體物理、微電子器件等。該課程的學(xué)習(xí)需要大量的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備量和較強(qiáng)的分析理解能力。教學(xué)過(guò)程中，首先引入模擬電路設(shè)計(jì)的概念性知識(shí)，講解集成電路的發(fā)展與其對(duì)生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的影響。接著進(jìn)入理論知識(shí)的教導(dǎo)，從講解MOS器件的工作原理與各種工作狀態(tài)下工作特性的模型推導(dǎo)入手；然后介紹了基本模擬芯片模塊的分析，如單級(jí)放大器、差動(dòng)放大器、運(yùn)算放大器和電流鏡；再到各種性能參數(shù)與系統(tǒng)層次模塊設(shè)計(jì)的教學(xué)，如電路噪聲分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)、鎖相環(huán)設(shè)計(jì)等。整個(gè)教學(xué)過(guò)程要求學(xué)生掌握大量理論基礎(chǔ)知識(shí)，記住多個(gè)典型電路結(jié)構(gòu)與模型，學(xué)會(huì)并完成簡(jiǎn)單的系統(tǒng)層次集成電路分析與設(shè)計(jì)。在教學(xué)期間，實(shí)驗(yàn)課程與理論課并行，需講解EDA軟件的使用和傳授集成電路設(shè)計(jì)的常用的方法[8,9]。

學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)中，缺少工程體驗(yàn)，而集成電路本就存在內(nèi)容抽象、理論計(jì)算公式煩瑣、圖示復(fù)雜等特點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣降低。課程本身具有較大的學(xué)習(xí)難度，往往一節(jié)課跟不上就導(dǎo)致后面的課程都學(xué)不懂。尤其對(duì)于低年級(jí)專業(yè)基礎(chǔ)課程熟悉程度較差的學(xué)生，其學(xué)習(xí)難度翻倍增加。另外，該課程是一門理論與實(shí)踐并重的課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，需學(xué)會(huì)相應(yīng)的EDA工具使用，并完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。目前EDA工具大多由國(guó)外引進(jìn)，其安裝使用難度較大，且相應(yīng)的使用說(shuō)明書大多為英文，使得學(xué)生在課后自主學(xué)習(xí)難度較大，進(jìn)一步加大了教學(xué)難度和學(xué)習(xí)難度[10,11]。

為進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)質(zhì)量，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，應(yīng)對(duì)《模擬集成電路原理》課程的教學(xué)方法進(jìn)行改革。

2 課程教學(xué)方法改革

2.1 加強(qiáng)理論基礎(chǔ)、緊扣專業(yè)前沿

《模擬集成電路原理》課程對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)要求較高，加強(qiáng)對(duì)電路基礎(chǔ)、電子線路（上、下）、半導(dǎo)體物理、微電子器件等基礎(chǔ)課程的教學(xué)強(qiáng)度，讓學(xué)生深入掌握必備的基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生在后面學(xué)習(xí)過(guò)程更加容易，降低因基礎(chǔ)差而跟不上課程進(jìn)度的影響。對(duì)于難度較大的課程，學(xué)生上課期間可能掌握不了，在課后定期開設(shè)答疑課程，可為學(xué)生解答較為復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn)，掃除學(xué)生的知識(shí)盲區(qū)。

教材課本的選擇也是極其重要的。國(guó)內(nèi)的該課程的教材內(nèi)容較陳舊，對(duì)國(guó)外著名教材的翻譯質(zhì)量也不太高，通過(guò)對(duì)各種教材的考察并針對(duì)我校學(xué)生和課程的特點(diǎn)，選擇國(guó)外經(jīng)典著作畢查德·拉扎維的《模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)》的中文翻譯版為課程主教材，外文原版作為輔助教材。這本書介紹了模擬CMOS集成電路的分析與設(shè)計(jì)，不僅詳細(xì)地闡述了模擬電路的基本原理和概念，同時(shí)還闡述在片上系統(tǒng)中模擬電路設(shè)計(jì)遇到的新問(wèn)題及電路技術(shù)的新發(fā)展。本書由淺入深，理論與實(shí)際相結(jié)合，提供了大量現(xiàn)代工業(yè)的設(shè)計(jì)實(shí)例，是現(xiàn)代模擬集成電路設(shè)計(jì)的理想教材。在使用這本書的時(shí)候，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生多參考外文原版教材，提高學(xué)生的英文閱讀能力。

集成電路技術(shù)發(fā)展速度迅猛，更新?lián)Q代快，容易出現(xiàn)課本知識(shí)落后于科技前沿較大的情況。在教學(xué)過(guò)程中，不單單要講解課本上的理論知識(shí)，還要融入當(dāng)前先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)。講解當(dāng)下集成電路發(fā)展現(xiàn)況，讓學(xué)生的知識(shí)水平跟上科技前沿。同時(shí)，前沿技術(shù)的引入可以增加教學(xué)的趣味性，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。

2.2 完善實(shí)踐教學(xué)、促進(jìn)知識(shí)理解

《模擬集成電路原理》課程具有較強(qiáng)的工程性，在學(xué)會(huì)相應(yīng)的理論基礎(chǔ)后，應(yīng)注重工程實(shí)踐。集成電路制備工藝復(fù)雜，其流片成本昂貴。因此，學(xué)生無(wú)法通過(guò)制備具體電路芯片完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但隨著電路仿真技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，集成電路仿真方案愈來(lái)愈成熟。性能強(qiáng)大的EDA工具可以對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的集成電路模塊進(jìn)行高質(zhì)量模擬仿真，讓學(xué)生進(jìn)一步理解集成電路的理論知識(shí)。且集成電路仿真也是集成電路工程師從事研發(fā)的核心步驟之一。

EDA工具大多具有版權(quán)限制，對(duì)硬件使用環(huán)境要求較高。此外，通常需要大量的時(shí)間來(lái)完成一個(gè)集成電路測(cè)試。首先學(xué)校應(yīng)進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，增加實(shí)驗(yàn)課程課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課由學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐為主，教師指導(dǎo)為輔。參考模擬芯片所使用的工具，學(xué)生可以預(yù)先接觸到各種設(shè)計(jì)工具，并將它們結(jié)合起來(lái)使用。其次開設(shè)課后興趣實(shí)驗(yàn)小組，自由開放EDA實(shí)踐平臺(tái)，以增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，給學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)新思考的空間，深入體會(huì)集成電路的工程性，提高課程學(xué)習(xí)興趣。

2.3 鼓勵(lì)學(xué)科競(jìng)賽、提高創(chuàng)新能力

高校學(xué)科比賽可以鞏固與增強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，同時(shí)提高學(xué)生的知識(shí)的運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力。目前，學(xué)生參加各類專業(yè)比賽是高校教學(xué)環(huán)節(jié)接中重要一部分。很多學(xué)習(xí)競(jìng)賽往往由校企聯(lián)合舉辦，大賽命題很多時(shí)候基于企業(yè)的實(shí)際項(xiàng)目。學(xué)生在參加比賽的過(guò)程可以把理論與實(shí)踐相結(jié)合，真正做到把知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中。

學(xué)校將加大力度，鼓勵(lì)和支持電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生參與“全國(guó)大學(xué)生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等學(xué)科競(jìng)賽，對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行改進(jìn)，吸引和選拔優(yōu)秀學(xué)生，實(shí)現(xiàn)因材施教，做到教學(xué)資源的充分利用和合理化調(diào)配。

3 結(jié)論

集成電路是典型的人才密集型產(chǎn)業(yè)，集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最重要因素是人才。通過(guò)每年的就業(yè)情況以及專業(yè)數(shù)據(jù)表明，集成電路產(chǎn)業(yè)總需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有人才總數(shù)，集成電路高層次人才嚴(yán)重缺乏?！赌M集成電路原理》是高等院校集成電路人才培養(yǎng)的重要課程。針對(duì)該課程講授與學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，從加強(qiáng)理論基礎(chǔ)、緊扣專業(yè)前沿，完善實(shí)踐教學(xué)、促進(jìn)知識(shí)理解，鼓勵(lì)學(xué)科競(jìng)賽、提高創(chuàng)新能力等三個(gè)方面對(duì)該課程的教學(xué)方法進(jìn)行改革，從而提高集成電路人才的培養(yǎng)質(zhì)量，為國(guó)家和社會(huì)輸送高質(zhì)量集成電路相關(guān)領(lǐng)域的人才，具有重要的意義。