黃繼鵬，梁士利，劉淑華，董永軍，趙曉寧

（1.東北師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130024；2.東北師范大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130117）

0 引言

在新工科建設(shè)的背景下，2020年1月，教育部提出完善人工智能領(lǐng)域?qū)W科布局，加強(qiáng)智能芯片與系統(tǒng)方向建設(shè)，推動(dòng)人工智能向更多學(xué)科滲透融合[1]。智能芯片與系統(tǒng)研究涉及了人工智能、材料科學(xué)、微電子、電子信息等一系列高科技領(lǐng)域的協(xié)作。智能芯片的出現(xiàn)提高了深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練迭代速度，加速了人工智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。其中，類腦芯片架構(gòu)是一款模擬人腦的新型芯片編程架構(gòu)，被視為最有希望突破“馮·諾依曼瓶頸”的顛覆性技術(shù)。IBM從2008年開始模擬人類大腦的芯片研究項(xiàng)目，2014年推出首個(gè)內(nèi)置100萬個(gè)模擬神經(jīng)元的TrueNorth芯片。2020年?yáng)|北師范大學(xué)劉益春教授課題組在Nature Communications發(fā)表了基于憶阻器利用三脈沖時(shí)序可塑性成功模擬了廣義BCM學(xué)習(xí)規(guī)則，進(jìn)一步通過設(shè)計(jì)憶阻器雙層神經(jīng)前饋網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了具有頻率特性的時(shí)空學(xué)習(xí)功能[2]，同年，清華大學(xué)施路平等人在Nature發(fā)表成果，為類腦計(jì)算提出了新的系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)[3]。

目前，全球類腦智能芯片的研究仍處于前期探索階段，其人才培養(yǎng)涉及多個(gè)交叉學(xué)科，沒有成功范式可以借鑒。中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)人才白皮書顯示，2021年我國(guó)存在約26.1萬智能芯片與系統(tǒng)高端人才的缺口。因此，無論是基于保障國(guó)家安全出發(fā)，還是從支撐產(chǎn)業(yè)變革，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度考慮，超前布局未來戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域—類腦的智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向緊缺人才培養(yǎng)新模式都是十分必要的。

1 當(dāng)前我校智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向現(xiàn)狀

目前，我國(guó)師范院校多呈現(xiàn)以文理見長(zhǎng)、基礎(chǔ)學(xué)科特色鮮明、傳統(tǒng)工科基礎(chǔ)薄弱的特點(diǎn)。很多學(xué)院下設(shè)1個(gè)基礎(chǔ)特色專業(yè)，多個(gè)協(xié)作專業(yè)；跨學(xué)院學(xué)科互補(bǔ)性較強(qiáng)，但交叉融合不足；校企共建、融合育人的機(jī)制不夠明確；諸多師范院校雖具備智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向相關(guān)的光電信息、材料等基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)特色學(xué)科，但新工科建設(shè)難以形成合力。以東北師范大學(xué)為例，我校同樣不具備傳統(tǒng)的工科優(yōu)勢(shì)，但擁有材料科學(xué)與工程、化學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)3個(gè)理工類的國(guó)家“雙一流”建設(shè)學(xué)科，還有物理學(xué)、電子信息科學(xué)與技術(shù)、智能科學(xué)與技術(shù)等多個(gè)相關(guān)優(yōu)勢(shì)專業(yè)?？梢劳凶贤夤獍l(fā)射材料與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)智能芯片與系統(tǒng)方向，在憶阻器、有機(jī)微納器件研究等特色研究領(lǐng)域基礎(chǔ)之上，布局類腦智能芯片前沿科學(xué)人才培養(yǎng)，與知名企業(yè)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、聯(lián)合辦學(xué)，研究模擬人腦感知、記憶和刺激反饋、神經(jīng)形態(tài)計(jì)算相關(guān)的課程體系改革，將智能芯片與系統(tǒng)方向相關(guān)科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)，支撐拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)，破解學(xué)科交叉滲透，產(chǎn)教融合的育人難題。

2 新工科背景下對(duì)智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向人才能力和素質(zhì)的需求

新工科是基于當(dāng)前“卡脖子”國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、國(guó)家未來戰(zhàn)略需求、立德樹人要求而提出的中國(guó)工程教育改革的重大戰(zhàn)略方向。“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”為新工科建設(shè)指明了路線圖。因此，智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向人才培養(yǎng)必須緊密結(jié)合國(guó)家、行業(yè)和社會(huì)對(duì)人才的需求，強(qiáng)化人才的品德、知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，增加國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

新工科的內(nèi)涵應(yīng)在于提高學(xué)生創(chuàng)新能力、工程應(yīng)用能力和適應(yīng)變化能力，提高工程化人才的培養(yǎng)質(zhì)量，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力[4]。國(guó)內(nèi)新工科建設(shè)目標(biāo)等都描述了未來工程技術(shù)人才的能力和素質(zhì)要求，特別關(guān)注了新工科人才的工程實(shí)踐能力、學(xué)科交叉應(yīng)用能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐能力、自主學(xué)習(xí)能力和人文素養(yǎng)、社會(huì)擔(dān)當(dāng)和責(zé)任意識(shí)[5-8]。智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向是新工科方向，人才培養(yǎng)具有復(fù)合性、交叉性和創(chuàng)新性的特征，同樣應(yīng)滿足上述總體要求。智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向人才的核心能力需求應(yīng)包括：深厚的數(shù)理基礎(chǔ)，扎實(shí)的材料科學(xué)與工程專業(yè)知識(shí)和理解能力、運(yùn)用電子信息工程知識(shí)和技術(shù)解決現(xiàn)實(shí)工程問題的應(yīng)變能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通能力、領(lǐng)導(dǎo)能力、終身學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。同時(shí)還要具備家國(guó)情懷、社會(huì)擔(dān)當(dāng)、工程倫理道德、溝通與合作精神、健康體魄、獨(dú)立批判反思精神等。新工科背景下，對(duì)智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向人才的核心能力和素質(zhì)提出了相對(duì)傳統(tǒng)理工科專業(yè)更新更高的要求。

3 產(chǎn)教融合學(xué)科交叉人才培養(yǎng)面臨的問題

在保持師范特色的基礎(chǔ)上，師范院校整合校內(nèi)學(xué)科資源，培養(yǎng)企業(yè)、社會(huì)需要的新工科拔尖創(chuàng)新人才是工科培育發(fā)展的新機(jī)遇。多年以來，限于理念、師資、實(shí)驗(yàn)等條件限制，部分師范院校的產(chǎn)教融合育人工作還存在著不夠深入等諸多問題，人才的培養(yǎng)質(zhì)量提升有限，學(xué)校與企業(yè)供需存在矛盾，在深入合作中沒有形成合力，未能及時(shí)融入新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造升級(jí)。

學(xué)科交叉滲透融合不足。高校“大學(xué)—學(xué)院—學(xué)科帶頭人（PI）”的組織體系下，學(xué)院專注于學(xué)院內(nèi)部的研究，學(xué)院之間通常存在割裂，限制了多學(xué)科的深度交流和融合，單獨(dú)基于某一個(gè)學(xué)科的知識(shí)體系不利于智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向人才的培養(yǎng)。運(yùn)用智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)解決復(fù)雜工程問題，不僅需要較厚實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)、電子信息工程和材料科學(xué)與工程知識(shí)和技術(shù)，還離不開行業(yè)管理學(xué)、心理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等學(xué)科技能。因此，智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)與學(xué)校其他學(xué)科和產(chǎn)業(yè)的交叉與融合大勢(shì)所趨。

產(chǎn)教融合育人機(jī)制缺失，不能有效支撐智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向人才培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。產(chǎn)教融合目的在于合作共贏，解決企業(yè)問題，借助企業(yè)的力量培養(yǎng)專業(yè)人才。而實(shí)際操作過程中，多由高校獨(dú)自決定人才的全部培養(yǎng)計(jì)劃，企業(yè)成了配角，被動(dòng)接受高校的實(shí)踐培養(yǎng)任務(wù)，雙方的分工不清晰，培養(yǎng)機(jī)制不健全。同時(shí)各方對(duì)于合作內(nèi)容理解片面，將產(chǎn)教融合協(xié)同育人理解為學(xué)生提供更多的企業(yè)實(shí)踐見習(xí)機(jī)會(huì)、參觀交流、專業(yè)講座等形式，雙方的資源優(yōu)勢(shì)沒有發(fā)揮出來。人才培育的周期長(zhǎng)，收效慢，與企業(yè)注重短期的回報(bào)相矛盾，企業(yè)對(duì)求合作的動(dòng)力不足，培養(yǎng)的學(xué)生未必會(huì)選擇在企業(yè)就業(yè)，企業(yè)參與的過程中沒有收益，嚴(yán)重影響了企業(yè)參與共同育人的積極性。

4 新工科背景下產(chǎn)教融合多方協(xié)同育人模式的改革舉措

“UGE”產(chǎn)教融合培養(yǎng)模式是高校（University）、政府（Government）和企業(yè)（Enterprise）三位一體共同推進(jìn)，合力培養(yǎng)符合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的一流專業(yè)人才的必要模式。智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向建設(shè)涉及諸多交叉學(xué)科，升級(jí)材料科學(xué)、電子信息等傳統(tǒng)工科，形成人才培養(yǎng)改革的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以新工科理念，發(fā)揮我校在類腦憶阻芯片研究上的科研優(yōu)勢(shì)，與企業(yè)合作，借助企業(yè)平臺(tái)完成芯片的封裝測(cè)試等其他產(chǎn)業(yè)鏈條，形成政產(chǎn)學(xué)研用并舉，產(chǎn)教融合協(xié)同育人的格局。

4.1 深化UGE產(chǎn)教融合育人模式

創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式應(yīng)當(dāng)構(gòu)建UGE模式下的智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向人才培養(yǎng)共同體，頂層設(shè)計(jì)，建立專門的校級(jí)領(lǐng)導(dǎo)小組，保障與合作企業(yè)聯(lián)合人才培養(yǎng)計(jì)劃的組織、實(shí)施監(jiān)督。遴選一線的專家學(xué)者共同研討，制定培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方案，共建實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基地，合作培訓(xùn)師資，逐步完善產(chǎn)教融合、校企合作的協(xié)同育人模式，真正培養(yǎng)有創(chuàng)新實(shí)踐能力和符合產(chǎn)業(yè)需求的智能芯片與系統(tǒng)方向人才。

借助政府在協(xié)同育人中的橋梁杠桿作用，明確企業(yè)的主體責(zé)任，加大投入力度，為學(xué)生的學(xué)習(xí)、實(shí)踐創(chuàng)造更好的環(huán)境，及時(shí)積極評(píng)價(jià)企業(yè)的育人成果，增加企業(yè)的獲得感，鼓勵(lì)高校利用自身的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科的交叉融合，與企業(yè)開展包括項(xiàng)目合作、技術(shù)管理、儀器共享等多方面的合作，拓寬人才培養(yǎng)的內(nèi)涵和外延，與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展同步，實(shí)現(xiàn)互利共贏。

4.2 人才培養(yǎng)模式與課程體系改革

結(jié)合行業(yè)需求，持續(xù)改進(jìn)課程體系，由企業(yè)一線專家、專業(yè)教師一同對(duì)行業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)分析，制定了符合行業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求的課程標(biāo)準(zhǔn)，將企業(yè)的真實(shí)項(xiàng)目案例引入課堂教學(xué)中來，由企業(yè)一線專家?guī)ьI(lǐng)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，通過任務(wù)式、項(xiàng)目式的教學(xué)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的技術(shù)知識(shí)內(nèi)容。

以人才能力培養(yǎng)為中心，校級(jí)規(guī)劃，合理布局，充分發(fā)揮學(xué)科在專業(yè)建設(shè)中的作用，創(chuàng)建高水平教學(xué)團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建“課程建設(shè)—人才培養(yǎng)—科學(xué)研究”三位一體的“教授負(fù)責(zé)制”，依托高水平科研成果，凝練了憶阻型電學(xué)存儲(chǔ)、光譜燒孔型全息存儲(chǔ)、拉曼光譜檢測(cè)等16個(gè)核心知識(shí)點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為智能芯片與系統(tǒng)專業(yè)方向前沿實(shí)驗(yàn)課程，促進(jìn)了教學(xué)內(nèi)容與科技前沿的有效對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了“知識(shí)形態(tài)→問題形態(tài)→方法形態(tài)→教育形態(tài)”的有效轉(zhuǎn)換。堅(jiān)持“四位一體”的人才實(shí)踐能力培養(yǎng)模式，“四位”是指針對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)，構(gòu)建了四個(gè)模塊，即：開放實(shí)驗(yàn)?zāi)K、實(shí)習(xí)見習(xí)模塊、學(xué)科競(jìng)賽模塊和科研訓(xùn)練模塊，在此基礎(chǔ)上，探索課程體系改革和能力培養(yǎng)。

課程體系建設(shè)擬打破傳統(tǒng)工科課程壁壘，大二下學(xué)期，從材料物理學(xué)、電子信息科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)遴選學(xué)生成立智能芯片與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)班，實(shí)現(xiàn)課程貫通，增加類腦計(jì)算、人工智能、集成電路等方向理論課程，同時(shí)增加四門綜合實(shí)驗(yàn)課程即“物理綜合實(shí)驗(yàn)”“電工電子實(shí)驗(yàn)”“人工智能綜合實(shí)驗(yàn)”和“集成電路系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”，形成實(shí)驗(yàn)課程新體系?！拔锢砭C合實(shí)驗(yàn)”以傳感器的應(yīng)用題目為主，開設(shè)了計(jì)算機(jī)輔助物理實(shí)驗(yàn)題目，將物理實(shí)驗(yàn)與電類專業(yè)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方法的能力?！半姽る娮訉?shí)驗(yàn)”是在學(xué)生學(xué)完電路原理課程，有了基本電路知識(shí)基礎(chǔ)上開設(shè)的，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上，引入一些在課堂引入的前沿憶阻器件、電路和儀器，引導(dǎo)學(xué)生采取實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行研究、探討?！叭斯ぶ悄芫C合實(shí)驗(yàn)”課程目標(biāo)是使學(xué)生掌握綜合運(yùn)用所學(xué)數(shù)學(xué)、物理、類腦認(rèn)知計(jì)算等知識(shí)，培養(yǎng)復(fù)雜電路分析、邊緣計(jì)算、深度學(xué)習(xí)、異步神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等技能。實(shí)驗(yàn)題目一般來自國(guó)際大學(xué)生類腦計(jì)算大賽的作品，既提高了學(xué)生人工智能綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，也為學(xué)生參加競(jìng)賽做了賽前準(zhǔn)備?！凹呻娐废到y(tǒng)實(shí)驗(yàn)”是培養(yǎng)學(xué)生融合專業(yè)所學(xué)全部知識(shí)進(jìn)行集成電路系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)與構(gòu)建能力。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要求具有功能完整性，實(shí)用性、先進(jìn)性，要求學(xué)生具備測(cè)試和驗(yàn)證能力。

4.3 產(chǎn)教融合舉措

在UGE模式下，政府搭建校企合作平臺(tái)，由學(xué)校與企業(yè)簽署校企共建合作協(xié)議（約定合作細(xì)節(jié)、保障師生知識(shí)產(chǎn)權(quán)、人身安全等權(quán)益），學(xué)院定期派出教師到企業(yè)參與實(shí)訓(xùn)、企業(yè)項(xiàng)目的開發(fā)和科研轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。依托紫外光發(fā)射材料與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和材料科學(xué)與工程一流學(xué)科有機(jī)電子器件、憶阻器等前沿研究，改造升級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)、材料物理學(xué)等傳統(tǒng)工科專業(yè)點(diǎn)，形成人才培養(yǎng)模式改革的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，校企合作，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，發(fā)揮高?？蒲袃?yōu)勢(shì)，在企業(yè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；髌?，生產(chǎn)、銷售，依托合作企業(yè)實(shí)踐育人，政產(chǎn)學(xué)研用并舉，建立具有創(chuàng)新精神的智能芯片與系統(tǒng)人才培養(yǎng)基地。

在企業(yè)建立實(shí)踐基地的目的是培養(yǎng)符合行業(yè)需求的人才，提升人才的工程實(shí)踐能力。學(xué)生在企業(yè)聯(lián)合實(shí)踐基地頂崗實(shí)習(xí)，配備雙導(dǎo)師，項(xiàng)目任務(wù)由校內(nèi)科研導(dǎo)師和企業(yè)工程導(dǎo)師指導(dǎo)。校內(nèi)科研導(dǎo)師負(fù)責(zé)校內(nèi)實(shí)踐階段，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)空間的教學(xué)環(huán)節(jié)（如芯片設(shè)計(jì)、材料加工與制造）。企業(yè)工程導(dǎo)師負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生在企業(yè)的集中實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)（如芯片封裝、測(cè)試等），共同就類腦智能芯片行業(yè)重點(diǎn)需求，凝練實(shí)踐項(xiàng)目，作為本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，或研究生的學(xué)位論文研究?jī)?nèi)容。校企合作共建，發(fā)揮高校的科研優(yōu)勢(shì)，解決企業(yè)關(guān)心的行業(yè)熱點(diǎn)難題；利用企業(yè)的材料、設(shè)備產(chǎn)業(yè)化工程優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)智能芯片與系統(tǒng)方向拔尖創(chuàng)新人才，為企業(yè)輸送類腦AI高端人才創(chuàng)造先決條件。

5 結(jié)論

UGE產(chǎn)教融合模式對(duì)于探索智能芯片與系統(tǒng)方向的新工科人才培養(yǎng)模式具有重要意義，有助于保障國(guó)家安全和支撐傳統(tǒng)電子信息產(chǎn)業(yè)變革，協(xié)同加快培養(yǎng)人工智能、集成電路、微電子、智能制造等戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域的人才培養(yǎng),以新工科理念建立新的UGE關(guān)系，提質(zhì)增效實(shí)現(xiàn)高校、政府、企業(yè)的多方共贏。