◇寶雞文理學(xué)院物理與光電技術(shù)學(xué)院 王建平

在新工科的背景下，具有創(chuàng)新型和技能型的集成電路設(shè)計人才是集成電路產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展的重要保障，也是當(dāng)前高校人才培養(yǎng)的目標(biāo)。針對目前人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀和存在的不足，本文以集成電路設(shè)計課程為例，提出面向技能型“三位一體”的培養(yǎng)模式。通過反轉(zhuǎn)課堂，激發(fā)學(xué)習(xí)的內(nèi)生動力和創(chuàng)造性，建立校企合作和科技創(chuàng)新活動，加強實踐和動手環(huán)節(jié)，深化工程應(yīng)用能力，培養(yǎng)具有現(xiàn)代“工匠”精神的集成電路設(shè)計人才。

集成電路是高新科技產(chǎn)業(yè)和國家戰(zhàn)略的重要基石[1]。目前，我國正處在制造產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期[2]。5G通信，物聯(lián)網(wǎng)，人工智能等高新技術(shù)領(lǐng)域，對集成電路產(chǎn)業(yè)有著迫切需求和技術(shù)依賴。集成電路產(chǎn)業(yè)也是當(dāng)今最具活力和挑戰(zhàn)的核心產(chǎn)業(yè)[3]。但是，當(dāng)今世界的集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并不協(xié)調(diào)，歐美，日本等發(fā)達國家壟斷著集成電路的關(guān)鍵制造和工藝技術(shù)。我國要實現(xiàn)科技領(lǐng)先和民族富強，保障國家經(jīng)濟發(fā)展和國家安全，就必須解決這個“卡脖子”問題[4]。而實現(xiàn)這一目標(biāo)，就急需培養(yǎng)一批敢于創(chuàng)新，貼近產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)的集成電路專業(yè)人才。眾所周知，集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展日新月異，而目前集成電路人才的培養(yǎng)卻依然還是傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式，與當(dāng)今的產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求不適應(yīng)，不協(xié)調(diào)。在新工科的背景下，更是把學(xué)生的實踐應(yīng)用能力列為教育教學(xué)的主要目標(biāo)之一[5]。本文以集成電路設(shè)計課程為例，對現(xiàn)有的集成電路設(shè)計人才的培養(yǎng)模式，進行一些改革探索嘗試。

1 集成電路設(shè)計課程的培養(yǎng)模式現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)模式單一

集成電路設(shè)計是一門綜合性較強的專業(yè)核心課。其內(nèi)容涵蓋集成電路設(shè)計、測試、EDA軟件仿真、封裝、再測試等環(huán)節(jié)，需要的知識儲備和實踐能力較強。單純依靠教師課堂PPT講授，習(xí)題分析，以及簡單集成電路模塊的仿真分析和實驗，很難讓學(xué)生掌握集成電路設(shè)計的流程和形成邏輯設(shè)計思維能力。如果學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識掌握較差的話，對集成電路原理的理解就會出問題，學(xué)習(xí)積極性下降，沒有學(xué)習(xí)動力，集成電路設(shè)計課程的學(xué)習(xí)，就變成了對知識點和原理圖的簡單記憶，來應(yīng)付考試了。并且，目前集成電路設(shè)計教材要求64學(xué)時，而人才培養(yǎng)方案中卻只有54學(xué)時，課堂講授時間大大縮短，沒有辦法進行深入的知識擴展和交流討論，會直接導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量下滑。

1.2 學(xué)生實踐能力不足

集成電路設(shè)計課程對實踐環(huán)節(jié)要求較高，不僅要求理解集成電路的原理和設(shè)計思路，還要對集成電路的性能參數(shù)進行反復(fù)調(diào)測，以及進行一系列的可靠性試驗，例如高低溫、震動、鹽霧等。在工程應(yīng)用中，不僅要熟悉集成電路的模塊性能和設(shè)計要求，還要清楚該模塊在系統(tǒng)中作用，以及該模塊如何影響整個系統(tǒng)的性能指標(biāo)。一般情況下，學(xué)生在課程實驗中，僅會按指導(dǎo)書上的設(shè)計要求和步驟，設(shè)計電路形式和參數(shù)，但實際上，該模塊電路產(chǎn)品可能工作在各種應(yīng)用場景下，還需對電路進行冗余分析和設(shè)計。而這些技能卻沒能在人才培養(yǎng)的實踐環(huán)節(jié)中體現(xiàn)。集成電路設(shè)計實踐課程共6個實驗，18個學(xué)時，主要是對傳統(tǒng)的集成電路模塊電路的設(shè)計與仿真分析，如運放電路、比較器、穩(wěn)壓電路以及混頻器模塊等。實驗未能涉及集成電路設(shè)計流程和工藝，學(xué)生無法掌握集成電路設(shè)計的常用技能，很難在未來激烈的就業(yè)市場中占有一席之地。

2 “三位一體”技能型培養(yǎng)模式的改革

針對目前集成電路設(shè)計人才培養(yǎng)中存在的不足，以及對現(xiàn)有人才培養(yǎng)方案的完善與調(diào)整，提出面向技能型的“三位一體”培養(yǎng)模式，如圖1所示。下面分別進行詳細(xì)介紹。

圖1 “三位一體”技能型人才培養(yǎng)模式

2.1 反轉(zhuǎn)課堂

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師通常會逐個對集成電路課程的每個章節(jié)的電路模塊，進行詳細(xì)講解和分析。教師用粉筆和PPT就可以完整地講授課程。學(xué)生若勉強聽的懂，可能隔幾天也就忘記了，印象不深。若聽不懂，可能就慢慢厭學(xué)，以致逐漸放棄。因此必須轉(zhuǎn)變這種被動的、填鴨式的教學(xué)模式。教學(xué)應(yīng)該轉(zhuǎn)向以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[6]。反轉(zhuǎn)課堂是現(xiàn)在比較常用的新型教學(xué)模式，將學(xué)生的課堂和課下學(xué)習(xí)時間反轉(zhuǎn)，充分利用學(xué)生課下的時間進行自主探索和學(xué)習(xí)，以提高課堂學(xué)習(xí)效率，提升學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力。為了有效的進行課堂反轉(zhuǎn)，首先建立網(wǎng)上共享平臺，將教學(xué)資料與視頻，例如電路圖、PCB，以及芯片的datasheet等資料上傳到網(wǎng)上共享平臺，讓學(xué)生提前一周熟悉電路原理、設(shè)計要點、軟件操作和測試方法等。通過學(xué)生自學(xué)，將課程大部分知識點進行提前熟悉和理解，并將自己所遇到的重難點記錄下來。然后，在上課前進行知識點提問，檢測自學(xué)的效果。上課時，再通過重點電路分析，對整個設(shè)計流程和步驟進行逐一講解，并對學(xué)生的疑難問題進行答疑，梳理貫通，形成對集成電路設(shè)計的邏輯思維。對于常見問題和經(jīng)典電路的解析，可以拍成視頻，保存下來，上傳到網(wǎng)上的信息平臺，讓學(xué)生進一步的學(xué)習(xí)和鞏固。最后，為了檢查教學(xué)效果，在教學(xué)內(nèi)容講授完畢后，將學(xué)生分為四組，每組10人左右，進行交流討論，分享自己的收獲和體會，并讓其他同學(xué)進行點評和指導(dǎo)。然后對每個小組的討論結(jié)果進行總結(jié)，對表現(xiàn)好的小組給與平時成績加分表揚。每個章節(jié)結(jié)束，每個小組需用PPT進行章節(jié)總結(jié)，制作思維導(dǎo)圖，加深對電路模塊的認(rèn)識，鍛煉對辦公軟件的操作能力。

2.2 科技創(chuàng)新活動

通過課程教學(xué)，主要讓學(xué)生掌握集成電路的原理、分析方法和設(shè)計步驟。若要提升學(xué)生的動手能力，以及對實際項目的應(yīng)用能力，首先就需讓學(xué)生參加學(xué)院的科技創(chuàng)作社團，社團的指導(dǎo)教師一般具有工程設(shè)計背景，定期進行課外電路制作指導(dǎo)。在社團中，學(xué)生可以對涉及課程的芯片實物進行識別，熟悉其管腳和推薦電路，實際動手搭建和焊接電路，使用常用測試儀器，如示波器、萬用表等進行電路調(diào)測。對社團中遇到的問題，可在課堂上進行頭腦風(fēng)暴解決。參與創(chuàng)作社團，學(xué)生不僅可以學(xué)會如何解決問題，也拓展學(xué)生的設(shè)計思路，活躍了學(xué)習(xí)氣氛。參加省市級的電子設(shè)計競賽和互聯(lián)網(wǎng)大賽，則以實際的應(yīng)用功能設(shè)計為牽引，系統(tǒng)設(shè)計為抓手，對實際給定的電路進行獨立設(shè)計與分析。學(xué)生不僅可以養(yǎng)成整體系統(tǒng)設(shè)計思維，還可以在遇到實際設(shè)計需求時，明白如何進行電路架構(gòu)與設(shè)計。參加科創(chuàng)社團和各種電路設(shè)計競賽，將大大提升學(xué)生的動手能力，以及對實際問題的分析和解決能力。

2.3 校企合作

目前學(xué)校的集成電路設(shè)計培養(yǎng)模式，知識面相對狹窄，很難接觸到當(dāng)今主流的集成電路和面向?qū)嶋H企業(yè)需求的設(shè)計方法。學(xué)生在學(xué)校只是對單元電路和功能模塊有一定的掌握，很難接觸到復(fù)雜電路，特別時大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的設(shè)計[7]。通過校企合作，學(xué)生既可以接觸到先進的EDA集成電路設(shè)計軟件，也可以熟悉常用的大型測試儀器。而大型的電子科技公司通常對關(guān)鍵的技術(shù)資料有一定的積累，對設(shè)計的流程有相應(yīng)的制度規(guī)范。為保障產(chǎn)品的可靠性也往往會進行一系列的驗證和完善。學(xué)生進入企業(yè)實習(xí)或?qū)嵱?xùn)，不僅可以掌握這些關(guān)鍵的技術(shù)，也可以熟悉產(chǎn)品的設(shè)計規(guī)范和生產(chǎn)流程。實際的產(chǎn)品設(shè)計，員工需具備嚴(yán)謹(jǐn)和求實的精神，也同樣具有一定的挑戰(zhàn)和壓力。學(xué)生通過在企業(yè)的生活和學(xué)習(xí)，不僅培養(yǎng)這種嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實的精神，也可熟悉和適應(yīng)企業(yè)的工作環(huán)境。通過校企合作，學(xué)生不但積累了設(shè)計經(jīng)驗，熟悉了產(chǎn)品的設(shè)計流程，也可以對學(xué)生的擇業(yè)和就業(yè)提供一些參考。

3 結(jié)束語

人才培養(yǎng)模式的選擇往往是創(chuàng)新型和技能型集成電路人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要保障。本文以集成電路設(shè)計課程為例，分析了目前存在的教學(xué)模式單一、實踐能力不足等問題。針對這些問題，本文提出將反轉(zhuǎn)課堂將學(xué)生變?yōu)橹黧w，教師成為主導(dǎo)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，活躍了課堂氣氛，提升了集成電路設(shè)計課程的教學(xué)質(zhì)量。參加科技創(chuàng)新活動和校企合作，可以將課堂的理論知識應(yīng)用到實際電路設(shè)計中，增強學(xué)習(xí)的動手能力和解決實際問題的能力，為學(xué)生的就業(yè)提供很好的學(xué)習(xí)和鍛煉平臺。這種面向技能型“三位一體”培養(yǎng)模式，以解決實際問題和提升實踐能力為目標(biāo)，為集成電路專業(yè)設(shè)計人才的高質(zhì)量培養(yǎng)，提供可靠的保障。