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关键词 片上系统设计导论 集成电路设计 项目化教学
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1002-7661(2015)17-0010-02
随着半导体工艺和集成电路设计技术的发展,集成电路的规模可以达上亿个晶体管,已经发展到片上系统SoC(System on Chip)。现代片上系统(SoC)是利用IP核(Intellectual Property Core)复用和深亚微米技术,采用软件和硬件结合的设计和验证方法,在一块芯片上实现复杂的功能。它广泛应用于汽车、医疗设备、手机和其他消费电子,其应用领域的市场应用结构如图1所示。
图1 2013年集成电路设计市场应用结构
图2 2008-2014年集成电路行业的产值
2008年以来,我国集成电路产业总产值从2107亿元增长到2915亿元。2014年,据国家统计局统计,共生产集成电路1015.5亿块,同比增长12.4%,增幅高于上年7.1个百分点;集成电路行业销售产值同比增长8.7%,增幅高于上年0.1个百分点。集成电路行业的产值如图2所示。
近年来,半导体集成电路产业在国家政策支持下发展迅速,因此对人才的需求在不断增加。据权威机构报道,2010年以来,中国IC产业对设计工程师的需求将达到30万人以上,并且逐年增加,但目前国内实际人才数量相较于需求远远不够。高校是人才培养的摇篮,但高校大多数教授基础概念,并了解基本的设计流程和设计方法,远不能满足行业的要求。
针对这一现象,《片上系统(SoC)设计导论》课程将结合《固体物理》《半导体物理》《数字集成电路设计》《模拟集成电路设计》《VHDL语言》等多门课程,以项目化教学的形式进行教学,并且对其进行探讨。
一、采用项目化教学改善学生只会理论、不会设计的现状
(1)解决SoC设计与相关课程之间的内部联系,教学内容主要涉猎到相类似的部分,通过将一个大项目分解成几个小项目,通过逐渐加大项目的难度,使学生在项目中逐渐加深了对知识点的理解,并且将课程的主要内容相互衔接与融合,形成完整的SoC设计概念。例如通过对矩阵加法器的项目分解如下几个小项目来实现,具体项目如图3所示。通过这些项目设计过程完整地训练,既培养了较强的SoC设计能力,还提升了学生的择业面。
图3 项目流程图
(2)项目中会先有示例,然后引导学生对分解的小项目做设计,熟悉设计流程和设计方法,而且解决了理论教学与实践教学相脱节的问题,转变了传统的理论教学方式,达到较好的教学效果。
二、 通过PDCA戴明环的方式改善设计的产品不能用的问题
(1)在SoC设计的过程中,通过跟踪课内外学生设计中反应的问题,对项目难易度的进行调整,提高学生的综合素质,逐步锻炼和培养学生的自主学习、团结协作等能力。
(2)结合新的技术或者领域,对项目进行适当的调整,在基础层上让学生边学边做,在单个简单的模块中进行训练,最后实现复杂的项目要求的功能,达到SoC设计能力的提高。
通过PDCA戴明环的方式来持续改进教学方法,对教学内容和教学计划进行合理和高效的修改。PDCA戴明环如图4所示。
图4 PDCA循环
三、小结
教师指导学生设计一个完整的项目,其中包括需求、硬件设计、软件设计、验证等部分。学生不仅掌握了基本概念,也提高了设计实践能力,更提升了团队意识。《片上系统(SoC)设计导论》课程项目化教学改变了传统的理论课教学方式,以目标为导向,以设计作为考核标准,充分发挥了学生的能动性和协作能力,使学生理论与实践齐头并进,缩短了与集成电路设计人才的距离。
参考文献:
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Abstract: IC technology is the main courses of Electronic Science and Technology major in Shenyang University of Chemical Technology, course contents, which content is extensive, range of knowledge is wide, application is wide, and content updates fast. This paper, combining with the current requirements of undergraduate teaching, explored the teaching method and course content and so on and achieved good results.
关键词: 电子科学与技术专业;集成电路工艺学课程;教学改革
Key words: electronic science and technology major; IC technology courses; teaching reform
中图分类号:G42文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2011)13-0223-01
1 信息时代需要优秀的电子科学与技术专业的人才
电子科学与技术专业具有多学科渗透、应用性强、主要服务于IC行业等鲜明特点。能够从事电子科学与技术领域的研究、设计、开发、应用和管理的高级人才。目前国内开设电子科学与技术专业的学校有:天津大学、电子科技大学、西安电子科技大学、北京理工大学、北京航空航天大学等几十所学校。通过本课程的学习应使学生对集成电路工艺学中的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识,培养学生分析和解决工程技术问题的能力,为进一步学习相关专业课打下基础。主要研究氧化、扩散和离子注入等相关技术。使学生掌握光刻、刻蚀和蒸发溅射等的基本概念及基本技术,对集成电路工艺学有比较全面、系统的认识和了解。
2 我校电子科学与技术专业本科人才的培养目标
该专业毕业生应获得以下几方面的知识和能力:①掌握信息科学、电子学和计算机科学学科的基本理论、基本知识;②微电子技术系统及其决策支持与安全防护系统的分析与设计方法和研制技术;③具有使用计算机和仪器设备解决工程问题的能力;④具有创新意识和独立获取新知识的能力。
3 电子科学与技术专业集成电路工艺学课程教学改革探讨
3.1 集成电路工艺学的内涵 集成电路工艺学是利用研磨、抛光、氧化、扩散、光刻、外延生长、蒸发等一整套平面工艺技术,在一小块硅单晶片上同时制造晶体管、二极管、电阻和电容等元件,并且采用一定的隔离技术使各元件在电性能上互相隔离。然后在硅片表面蒸发铝层并用光刻技术刻蚀成互连图形,使元件按需要互连成完整电路,制成半导体单片集成电路。随着单片集成电路从小、中规模发展到大规模、超大规模集成电路,平面工艺技术也随之得到发展。例如,扩散掺杂改用离子注入掺杂工艺;紫外光常规光刻发展到一整套微细加工技术,如采用电子束曝光制版、等离子刻蚀、反应离子铣等;外延生长又采用超高真空分子束外延技术;采用化学汽相淀积工艺制造多晶硅、二氧化硅和表面钝化薄膜;互连细线除采用铝或金以外,还采用了化学汽相淀积重掺杂多晶硅薄膜和贵金属硅化物薄膜,以及多层互连结构等工艺。
3.2 电子科学与技术专业集成电路工艺学课程教学改革措施
3.2.1 教学内容 ①授课体系和重点;课程根据电子科学与技术专业方向的学生培养要求,着重从硅工艺的角度出发,理论方面力求清楚易懂,阐述微电子学基础、半导体物理基础、光电现象和光电效应,重点介绍常用工艺原理、特性和参数。为了更好的运用硅基器件,对各类器件的电路也作了详细的分析,同时给出实际应用系统举例。②所讲授的知识要紧跟科学发展前沿;集成电路工艺学教科书对于迅猛发展的集成电路工艺学来说,既是基本的,又是滞后的,教师授课时如果按教材讲解,往往会带来知识陈旧、讲课形式单一、内容枯燥乏味的后果,造成学生学习积极性下降。因此在教学过程中删掉一些陈旧过时的内容,及时补充和更新教学内容,增添一些现代集成电路工艺学的前沿知识,特别是体现本学科专业特色的一些前沿知识,从而紧跟集成电路工艺学的前沿,给学生提供充分的科学探索和求真的空间。③注重课程与专业应用领域间的联系;专业课可理解为某一学科的基础课程,是通向学科广阔领域的桥梁。它的基本功能是引导学生明确学科专业发展方向,使其在日后的学习工作中能自如的在该学科专业的深度和广度上钻研、拓展。因此在讲授课程各部分内容时,电子科学专业的应用领域紧密相连。例如针对硅片生产应用领域,在课程讲授过程中可适当加入集成电路制造技术的应用热点以及在IC行业中的应用等方面的内容,使该专业的学生了解所学课程内容在该领域的应用、研究热点及发展前景。
3.2.2 教学方法 ①利用现代教育技术的各种多媒体技术和网络技术进行教学,例如投影、幻灯、录像等多媒体资料,充分发挥其信息容量大、方便快捷、形象直观、教学效率高的优势。这样使用这些教学工具,既使教师能方便清楚地讲授专业课中的各种图片资料内容,又省去了教师课堂现场作图的时间,在有限的时间内能讲授更多的内容,提高了讲课的信息量。因此教师要积极制作教学课件、开发利用网络上丰富的信息资源,下载适合学生阅读的科研论文,并推荐给学生参考。这是开拓学生视野,培养学生自学意识和科研意识的有效方法。②采用讲座与讲授相结合的教学方法。在进行基础理论教学的适当时机,安排集成电路方面科技知识的专题讲座,穿插现代集成电路科技知识,使学生既强化基础理论训练,又熟悉了解较多的现代集成电路科技知识,激发学习兴趣,培养学生的科研意识。
3.2.3 教学目标 在集成电路课程改革中,把教学目标从以科学知识教育为主转变为实现科学教育和人文教育的融合,培养敢于创新、善于思索、具有团队协作精神的21世纪新型人才。长期以来,我国大学文、理、工分校,存在着科学教育与人文教育的脱离,造成理工科生的人文文化知识和文科生的科学常识知之甚少。针对电子科学与技术的工科学生,应在进行科学知识教育的同时注重培养其人文精神,例如在讲解集成电路课程中的科学概念、原理、方法时可提到发现科学规律的动机,提到科学家如何通过艰苦的努力甚至牺牲生命取得创新,以及这些成果的应用对社会可能造成的影响等,从而使之潜移默化地对学生进行自然的而不是勉强的人文教育。
参考文献:
[关键词]工艺原理 器件模拟与仿真 微电子技术
[中图分类号] G420 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2015)11-0112-03
0引言
西安邮电大学微电子科学与工程专业源于原计算机系的微电子学专业,2005年开始招收第一届本科生,专业方向设置偏向于集成电路设计。2013年,根据教育部《普通高等学校本科专业目录(2012年)》的专业设置,将微电子学专业更名为微电子科学与工程专业。2009年至今,该专业累计培养本科毕业生6届。根据历年应届毕业生就业情况和研究生报考方向,我们发现半导体工艺方向人数比重呈现逐年上升的趋势。另外,随着我国经济的快速发展,中西部地区半导体行业的投资力度也越来越大,例如韩国三星电子有限公司、西安爱立信分公司等落户西安,半导体人才需求日益增加。
根据2014年,微电子科学与工程专业新一轮培养方案的定位,设置出半导体工艺、集成电路设计两大课程体系,可实现半导体工艺、集成电路设计和集成电路应用人才的个性化培养。半导体工艺课程体系除设置固体物理、半导体物理学、半导体器件物理等专业基础课程外,还包含集成电路工艺原理、器件模拟与仿真、集成电路制造与测试和半导体工艺实习等专业课程。本课程体系是微电子技术领域人才培养的核心,旨在培养学生掌握集成电路制造的工艺原理、工艺流程以及实践操作的能力,同时也是培养具有创新意识的高素质应用型人才的关键。
因此,整合集成电路工艺原理与实践课程体系的教学内容,充分利用微电子技术实验教学中心现有的硬件环境和优势资源,加强软件设施,例如实践教学具体组织实施方案及考核机制的建设,构建内容健全、结构合理的集成电路工艺原理与实践课程体系,对微电子科学与工程专业及相关专业的人才,尤其是半导体工艺人才培养的落实和发展具有重要意义。
一、面临的主要问题和解决措施
(一)教学面临的主要问题
课程体系是高等学校人才培养的主要载体,是教育思想和教育观念付诸实践的桥梁。集成电路工艺原理与实践课程体系注重理论教学与实践教学的紧密结合,不仅让学生充分了解、掌握集成电路制造的基本原理和工艺技术,而且逐步加强学生半导体技术生产实践能力的培养。然而,该课程体系相关实践环境建设与运行维护耗费巨大,致使大多数高等院校在该课程体系的教学上仅局限于课堂教学,无法做到理论与实践相结合。
为解决这一问题,学校经过多方调研考察、洽谈协商,与北京微电子技术研究所进行校企合作,建立了半导体工艺联合实验室。通过中省共建项目和其他项目对半导体工艺联合实验室进一步建设、完善,为微电子科学与工程专业及相关专业本科生提供了良好的工艺实践平台。然而,在实际教学过程中,专业课程内容不能模块化、系统化,理论教学与实践教学严重脱钩,工程型师资人员匮乏,教学效果不理想。因此,对集成电路工艺原理与实践课程体系进行深化改革与探索,可谓任重而道远。
(二)主要的解决措施
1.课程体系整合优化
集成电路工艺原理与实践课程体系服务于半导体产业快速发展对人才培养的需要。本课程体系以集成电路工艺原理、器件模拟与仿真和工艺实践为主线,将集成电路工艺原理、半导体器件模拟与仿真、集成电路封装与测试、新型材料器件课程设计和半导体工艺实习等课程内容进行整合,明确每门课程、知识的相互关系、地位和作用,找到课程内容的衔接点,让每一门课程都发挥承上启下的作用,保证半导体人才培养的基本规格和基本质量要求。在此基础上,设置半导体材料、半导体功率器件、纳米电子材料与器件等专业选修课,培养学生的兴趣、爱好和特长,以满足个性化培养需要。
为解决微电子科学与工程专业本科生实践形式单一、综合程度不高导致解决实际问题的应用能力不足等现象,集成电路工艺原理与实践课程体系在力求理论教学与实践教学有机融合的基础上,设置微电子学基础实验、半导体器件模拟仿真、半导体工艺实习以及新型材料器件课程设计等实践课程,形成由简单到综合、由综合到创新的递阶实践教学层次。通过独立设课实验、课程设计、科研训练、生产实习、社会实践、科技活动和毕业设计等实践环节达到预期的效果。同时,注重课程形式的综合化、科研化,提高综合性、设计性实验比例,使实践课程与理论课程并行推进,贯穿整个人才培养过程。
2.考核体系的完善
考核体系总体上包括理论课程考核体系和实践课程考核体系。目前,理论考核体系已基本成熟。然而,长期以来,我国教育领域由于实践教学成本高、经费得不到保障,所以考核主体对实践环节考核的积极性不高、重视程度不够,导致考核制度不完善。集成电路工艺原理与实践课程体系在不断完善理论教学考核体系的同时,尤其注重实践教学体系的改革。将教学实验项目的实验过程、工艺参数和器件性能等列为考核的过程。兼顾定性与定量相结合、过程与结果相结合、课内与课外相结合、考核与考评相结合的原则,不断完善实践教学的考核体系,形成以学生为中心的适应学生能力培养和鼓励探索的多元实践教学考核体系。该体系能全面、准确地反映学生的应用能力和实际技能,激发学生的学习动力、创新思维和创新精神,促进人才培养质量和水平的提高。
3.教学团队构建
根据集成电路工艺原理与实践课程体系对高素质应用型人才培养的需要,本教学团队秉承“以老带新”的传统,为青年教师配备老教授或资深教授作为指导教师。在日常教学过程中,由老教师对年轻教师进行业务指导,负责教学质量的监控与授课经验的传授。在老教师的“传、帮、带”和示范表率作用下,青年教师间互相听课、交流教学心得,定期组织教学竞赛,体现以人为本,强调德才兼备,营造青年教师良好的教与学氛围。同时,课程体系团队积极为任课教师创造条件,加大队伍培养建设,鼓励教师走出去,了解企业的运作模式,提高自身的业务能力。目前,已有多位教师到企业参观交流、参加各种业务能力培训,取得了多种职业资格认证,教师的业务能力和水平得到大幅提升。
西安邮电大学经过多年建设和培养,形成了一支结构合理、师资雄厚的教学团队,具有高学历化、年轻化和工程化的特点。本课程体系现拥有任课教师15名,其中具有博士学位的教师7名,副高以上职称的教师8名,40岁以下的教师占课程组教师总数的60%,具有工程实践经验的教师占课程组教师总数的40%。
4.实验环境的优化
实验环境是实践教学和科学研究的关键性场所。根据微电子科学与工程专业半导体工艺、集成电路两大课程体系对人才培养的需要,微电子技术实验教学中心下设微电子学实验教学部和集成电路实验教学部,共计占地约1300平方米。微电子学实验教学部下设微电子学基础实验室、半导体工艺仿真实验室、半导体工艺实验室、微 / 纳材料器件实验室、材料器件分析实验室。微电子学基础实验室,拥有霍尔效应、高频晶体管测试仪、四探针测试仪等常规设备,可实现微电子学专业基础实验。半导体工艺仿真实验室,配置Silvaco、ISE和EDA等专业仿真软件,可实现半导体器件工艺参数和性能的仿真。半导体工艺实验室拥有双管氧化扩散炉、光刻机、LP-CVD、离子束刻蚀机、磁控溅射台、高温快速退火和激光划片等设备,可实现半导体工艺生产。微 / 纳材料器件实验室设计专业,配备排风、有害气体报警系统,拥有气氛热处理程控高温炉、纳米球磨机、高压反应釜等设备,可实现多种纳米材料器件的制备。材料器件分析实验室,拥有吉时利4200-SCS半导体特性分析系统、太阳能模拟器和化学工作站等设备,可完成新型材料器件的测试分析。
通过实践教学资源配置、环境优化,实现了实验教学中心的整体规划和布局;针对大型贵重精密设备配备专业操作人员,进行定期的维护和保养;制定大型设备的操作流程和规范,保证实践教学的顺利实施。实验平台的建设,将为相关专业的本科生、研究生和教师在实践教学、科研方面搭建一个良好的学术平台。
二、改革的特色和预期成果
(一)改革的特色
1.校内实验平台的优化
集成电路工艺原理与实践课程体系的构建,使专业培养方向定位更加明确、教学内容更加明了。尤其是在教学形式上,从教学内容整合、考核体系制定、教学团队形成和实验环境优化等进行了多方位、多角度的改革探索。围绕集成电路工艺原理、半导体器件模拟与仿真和半导体工艺生产实践教学内容为主线,保证半导体人才培养的基本规格和基本质量要求;利用选修课实现学生专业个性化培养。通过合理设置理论课程与实践课程比例、课内课程与课外课程比例,可有效地控制教学内容的稳定性、机动性,推进课程内容的重组与融合。同时,引领学生独立思考、主动探索,激发学生的创新意识和提高学生解决实际问题的能力。
2.校企合作实验平台的构建
在校内实践教学的基础上,微电子技术实验教学中心先后与西安芯派电子科技有限公司、西安西谷微电子有限责任公司等微电子器件及测试公司建立了良好的交流合作关系。这些关系的建立,可使微电子科学与工程专业的学生在校外公司,例如在西安芯派电子科技有限公司进行半导体器件再流焊工艺的实习。校内外互补的工艺实践体系构件,使学生不仅掌握集成电路工艺实践基本知识和原理,更能够掌握实际行业内集成电路工艺中需要考虑的系列问题,从而培养了工程的思维方式。
(二)改革的预期成果
1.达到理论与实践教学的有机融合
理论学习是知识传递过程,实践则是知识吸收过程。实践环节教学能巩固、加深学生对课堂上所学知识的理解,培养学生的实践技能。集成电路工艺原理与实践课程体系,将课程体系教学内容按层次分为半导体工艺原理、器件模拟与仿真和半导体工艺实践三个主要部分。通过半导体工艺原理的学习,掌握材料器件的基本参数、性能和制备方法;通过器件模拟与仿真,了解各种制备方法、工艺参数和器件性能之间的关系;通过半导体工艺实践,充分调动学生的学习积极性、主动性和创造性,从而有效地加深对理论知识的理解,锻炼实际动手能力。通过理论和实践的有机融合,可有效培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
2.实现教学的开放性
集成电路工艺原理与实践课程体系,在理论教学方面,打破传统课堂教学的局限性,充分利用现代多媒体技术,实现网络教学。通过网络教学系统,开展互动学习的教学模式。将传统教学活动如批改作业、讨论答疑和查阅资料等传到网络教学系统上;开发试题库,建设合理的测试系统。在实践教学方面,将部分实践教学环节以录像的形式上传到网站上供学生学习、参考,部分实验室实行全天候的开放,学生自主学习、管理。通过兴趣小组、创新项目和开放性实验等多种方式,形成团队教师定期指导、高年级学生指导低年级学生的滚动机制,激发学生潜在的学习能力、创新意识,提高学生的学习兴趣和实践动手能力,为我校培养微电子技术领域高素质应用型人才奠定基础。
三、结语
根据西安邮电大学2014年微电子科学与工程专业新一轮培养方案的定位及社会发展对半导体人才培养的客观要求,本文提出集成电路工艺原理与实践课程体系改革。本课程体系以半导体工艺原理、器件模拟与仿真和半导体工艺实践为主线,对教学内容进行整合、修订和完善,保证半导体人才培养的基本规格和质量要求。根据现有实验环境、实验设备和优势资源,进行资源优化配置,完成微电子技术实验教学中心的整体规划布局。通过师资队伍的建设、切实可行的实践教学管理制度的制定,明确任课教师的职责,出台实践教学质量考核标准,加强实践教学环节的时效性。通过上述诸要素的相互协调、配合,实现集成电路工艺原理与实践课程体系“非加和性”的整体效应,促进微电子技术领域应用型人才培养质量和水平的提高。
[ 参 考 文 献 ]
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关键词:集成电路工程;专业学位研究生;培养实践
中图分类号:G643 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)29-0221-02
一、引言
2000年6月,国务院了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》(国发18号文),并陆续推出了一系列促进IC产业发展的优惠政策和措施。国家科技部在863计划中安排了集成电路设计重大专项。在863计划集成电路设计重大专项的实施和带动下,北京、上海、无锡、杭州、深圳、西安、成都等七个集成电路设计产业化基地的建设取得了重要进展。与此同时,为了适应我国集成电路发展对高层次专门人才的大规模需要,改善工科学位比较单一的状况,经国务院学位委员会批准,在我国设置集成电路工程专业学位研究生的培养,培养了一批“用得上”的工程技术人才。集成电路工程专业学位研究生自设置以来,取得了蓬勃的发展,受到用人单位的肯定和好评。由于其生源广泛、数量巨大,培养方法和模式更需要一定的创新性。近年来,在集成电路工程专业学位研究生培养过程中,经过多年的办学积累,探讨了一些办学和培养集成电路工程专业学位研究生的经验。
二、专业学位研究生培养过程中的关键事项
1.优选导师,确保培养质量。集成电路工程专业学位研究生教育形式较新,最初专业学位研究生的培养在众多地方借鉴了学术型研究生的办学经验,目前很多学者认为,只要能够胜任学术型学历研究生教育的导师就能胜任专业学位教育。这恰恰忽视了专业学位的知识背景和面向的行业领域。专业学位研究生教育规律与学术型研究生存在相当大的差异,首先,两者专业基础及学术背景不一样,专业学位研究生的系统性方面不如学术型研究生。其次,两者的治学环境不同,专业学位研究生与实际工程应用相结合。根据专业学位研究生特点有针对性地开展培养,应该选拔具有较强工程背景的教师进行指导。指导教师在进行指导时,应与学术型研究生指导工作有所不同,应更加注重专业学位研究生工程实践经验的培养。而且在学生的课题研究中,指导教师与学生多沟通,将自身融入到学生的实践研究中,带领学生参与技术上的创新和解决实际工程技术难题,这样才能确保学生的培养质量。
2.做到课堂理论与工程实际相结合。专业学位研究生培养的多年实践经验告诉我们,在指导过程中必须注重理论与工程实际应用结合,抽象概念与实际应用结合,激发学生学习兴趣,使理论易于理解和掌握。因此,教师要了解专业学位研究生的本科学历背景、知识结构和现在的工程方向等,在此基础上,做到课程理论联系工程实际,为专业学位研究生培养工作打下良好的基础。为了满足微电子领域内不同行业的需求,在多年的专业学位研究生培养中进行了积极的探索。首先,学生可以根据研究方向,在教师的指导下进行专题理论课程的选择。例如,进行SOC设计的可以选择《SOC及IP技术讲座》课程,研究无线传感器网络的可以选择《无线传感器网络技术》或《计算机网络与通信》专题讲座,研究空间通信的选择《深空通信技术专题》等等。有针对性地,使学生不是单纯盲目的学习,这样的培养才能做到理论与工程实践真正结合。实践结果表明,那些课堂上刻苦学习,能够将理论用于实践并努力钻研的学生,将有更好的培养效果和未来发展空间。
3.学位论文选题恰当,工程背景好。选题重要性要放在首位,要求“论文选题来自于工程实践,工程背景明确,应用性强”,有的放矢,结合工程实际问题才是最好的选题。从现实意义上讲,专业学位论文的选题是发现工程问题并确认研究方向。当前有些专业学位论文质量不高、没有创新性,一个重要原因就是选题不恰当。因此,在选题时,学生应急科研工作之所急,通过论文工作,使自己既能解决工程实际问题,又能提高科研工作能力。
集成电路工程专业学位论文的选题与学术型研究生的选题不同,其选题应来源于工程实践,应有明确的应用价值,其可以是一个完整的工程项目、技术改造或技术攻关专题,也可以是新工艺、新设备、新产品的研制与开发。论文是否合格不仅看其理论水平的高低,还要看是否有实际的应用价值。因此,由于论文选题时,应该从以下几点之一进行把握。①研究性,是否在工程实际中有技术改进和提高。如果是结合重大工程实际课题,在技术上的创新将具有研究性。②创造性,是否在工程领域中有所突破和有所创新,如果一般通过查新,能够申请发明专利的都具有创造性。③实用性,是否能解决生产实际中的问题。
三、集成电路工程专业学位研究生培养过程中的方法和步骤
专业学位研究生的培养过程包括课程学习、题目确定、开题报告、中期检查、学位论文撰写和论文答辩等环节。我校专业学位研究生的培养年限一般为二年,原则上用0.75-1学年完成课程学习,用1-1.25学年完成硕士学位论文。这些环节是一个有机的整体,需要合理安排,搞好各个环节的链接,进行一体化考虑。只有严格要求,才能够保证专业学位研究生在两年的时间内保质保量的达到国家硕士生培养的要求。作为集成电路工程专业学位研究生的培养,其专业基础相对学术型研究生存在一定的差距,不进行合理的引导就会使得学生失去学习的兴趣。专业学位研究生的培养不能以单纯拿到毕业证为目标,应更加严格管理、严格把关,保证培养质量。通过近几年的经验积累,以专业学位研究生的培养为例,一般按照下列的步骤进行:第一学期,主要以课程学习为主,并在课堂学习中,定期安排相关教师对本实验室从事的科研项目进行学术讲座,让学生了解实验室开展的课题研究方向和从事的科研项目,从总体上进行了解和把握,逐渐培养学生的钻研兴趣。开展教师或高年级学生关于研究课题的专题讲座和基本软件使用方法技能培训,使学生尽快掌握相关领域的专业知识和所需要的基本软件操作方法,如从事ASIC接口电路的学生在第一学期就要求掌握Hspice和Candece等软件。在学期末对学生进行相关领域知识进行摸底考核,对优秀学生进行奖励,末位学生进行督促教育,使其尽快的减小自身差距。第二学期,在学习专业课程的同时,学生进入实验室参与科研工作,将从事科学研究的方法和经验有针对的进行训练。在进入实验室期间,可以将科研任务进行分解,将非核心技术部分交给学生独立去完成,让学生提前进入科研状态,完成一些力所能及的科研任务,坚定他们从事科学研究的信心。定期通过实验室的学术活动检查学生课题的完成情况,从总体上把握学生的研究方向和研究方法。第三学期,根据专业学位研究生的学习情况和所掌握的知识水平,有针对性的指导学生进行课题实践,让学生根据自己的特长进行课题研究。在学生进入课题研究工作时,导师指导学生了解本研究领域国内外技术发展的现状,培养学生创造性思维能力和独立思考、解决问题的能力。培养学生阅读国内外文献的能力,使其在科研工作中大胆实践,理论联系实际,使学生在科研工作中有所发明、有所创造。学生明确了课题目标,知道为什么做、做什么、怎样做,就能有目标有方向地开展课题研究工作。第四学期,主要是督促检查学生毕业论文工作,在其课题研究过程中应当定期进行检查,避免学生课题研究偏离方向,选择错误的方法。导师应当积极鼓励学生在本学期多发表学术论文。发表学术论文不仅能够提高学生的文字表达能力,还能够让学生勤于思考,提出自己的创新方法,对学生后期的毕业论文撰写打下良好的基础。因此,踏实的论文工作是提高个人学术素养和掌握综合知识的最佳途径,为学生毕业后从事科研实践养成良好的工作作风,培养自主从事科研工作的能力。
总之,通过加强基础知识、基本技能训练与能力培养的相融通;实践与课程学习、业务培养与素质提高有机结合,使集成电路工程专业学位研究生养成了较强的自我获取知识的能力,自我构建知识的能力及自我创新的能力。已经毕业的专业学位研究生就业形势一直是供不应求。孔子曰:知之者不如好知者,好知者不如乐知者。学生只有好知并乐知,才能使集成电路工程专业学位研究生培养的质量不断稳定和不断提高。
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关键词:半导体;IC;硅工业;微电子;中职;电子技术
集成电路简称IC,虽然时时刻刻就在我们身边,但了解IC怎么回事的人往往非常少,而IC怎么来的更是无从知晓。对学生而言最早真正开始涉及的应该是中等职业教育电学类专业“电子技术”这门课程开始。
一、背景与问题提出
纵观中职“电子技术”众多课程在介绍IC时,基本集中在功能与应用,而IC的由来基本没有谈起,只是在谈到集成电路概念时,用了这么一句话表述-“将电子元器件和导线集中制作在一小块半导体基片上”。所以学生在学习集成电路时总感觉相关知识的突然性,与传统定性思维产生矛盾:比如学生在电工基础里面接触到的元器件都很大个,怎么就能集成到那么小的空间呢?什么又是“基片”的概念?学生对概念理解的狭隘,会产生思维的混乱,进而容易产生厌学情绪,导致学不好专业课。
二、谈集成电路(IC)的由来
半导体IC的制造行业一般称为微电子行业,制造过程我们可以把它分为上,中,下三游。上游是IC 设计;中游是光刻;下游是封装和成品测试;其中中游这一块即晶元的制造是技术工艺最复杂,投资最大的地方,因此很多设计厂商都会拿到专门的晶元制造厂去制造芯片。
(一)原料的选定
IC行业又称“硅工业”,大家比价熟悉的就是美国的“硅谷”。一谈到“硅谷”想必大家一定认为技术先进,精英齐聚。事实也确实如此,但是想要了解IC的一般制造流程其实就没那么复杂。
既然是“硅工业”,那原料肯定与硅材料有关,实际一般采用二氧化硅(SIO2)为主要原料,也就是我们通常理解的石英、沙子、石头。地球的四分之一组成部分为二氧化硅,可见原料来源极其广泛。所以大家可以想象“硅工业”是多么有利润和前景的行业。在实际选用原料的时候有一定的等级要求,在此不再赘述。
(二)单晶硅到硅棒
SIO2 到单晶硅(SI),顾名思义要进行脱氧处理,实际这一环节也有相当高的技术要求,总之对单晶硅的纯度有很高要求,比黄金纯度要求还高。这样对于学生理解有一定的定向思维帮助。
单晶硅达到等级要求后将要进行熔炉拉伸形成“硅棒”。这个过程有点像温州小吃“打糖儿”的过程。温州早期有“糖儿客”,他们把糖溶化搅拌、拉成糖棒,小孩们要吃多少就打多少。
(三)硅棒到硅片
进行硅棒的切割形成硅片,硅片以圆形和方形居多,并且有多重尺寸规格。目前以大尺寸12寸为多,因为尺寸大,相应的IC制造成本将会降低。
(四)硅片到基片以及晶元
首先要进行硅片“切方”,形成很多的小正方形,每一个小正方形专业俗语叫“die”也就是张龙兴教材里面谈到的“基片”,一般一块硅片可以形成一万或者以上数量“基片”总之“基片”做得越多成本越低,当然做的过小将影响最终芯片的参数性能。所以是把双刃剑,在实际制作中以市场定位为导向。
到此“基片”已经形成,接下来关键是把我们传统认为的功能电路做在“基片”载体上。这一环节再分以下两个基本部分
1、上游设计环节
上游设计往往是电路功能的完成,目前国内IC设计公司非常之多,以深圳、上海、北京为主,公司技术核心人员往往都有美国硅谷工作经验。相关技术人员则由国内西电、华中科技、复旦等相关专业毕业生担负。
2、中游制作环节
现在主要环节是要把完成的电路做到基片上,也即上面所述的中游环节。即“光刻”和“晶元”制作。这中间包含了很多化学、物理变化,最终的目的是把所需功能器件通过专业方法在半导体“基片”上生成,形成功能电路。目前在台湾有两个比较大的晶元代工厂“台积电”、“电”;在中国大陆目前也有一个很大的晶元制造企业-中芯国际,当然在江苏的无锡、苏州,甘肃天水等地也有分布。至此各种功能的晶元就形成了。
(五)绑定、测试
晶元在分割切断处理以后将主要进行绑定、测试环节。绑定即把晶元里面的电路功能端子、电源端子通过引线引出来。绑定后将进行测试环节,即按电路的基本功能灌入相应的电压、电流信号,最终把达到测试要求的晶元片选出来,为下一包装、成品环节做准备。
(六)封装成品、包装
晶元测试达标后将进行封装(Package)。目前国内封装厂家也比较多,如江苏的长电、欧士通、深圳等地均有提供封装业务,并且可喜的是国内封装工艺水平日益提升。晶元个体封装后将进行成品的包装,这块大家一般比较清楚了,也就是经常看到的管装、袋装、盘装。接下来就到了IC的销售环节了,在此不在论述。
至此学生们对IC的来历有了一定的认识,应该能激发他们的学习兴趣。而作为中职专业课教师而言,更应多关注IC行业动态、多参观相关企业。
三、国内IC的前景与展望
目前国内正迎来IC行业发展的黄金时期,国家投入了大量的人力和物力,支持IC行业的发展,所以能从事这一相关行业必将大有可为。但是也需要正视的是当下一些高端芯片行业,国内研发能力不足,如军用雷达芯片、高端传感器芯片、CPU芯片等等。
摘要集成电路产业的发展,促使人才需求量增加。本文通过对我国市场调查,得出应用型集成电路设计人才是该行业目前大量需求的人才,并从几个方面进行分析。
关键词应用型人才IC设计需求分析
随着我国IC产业的迅速发展,相应人才的需求量也日益增加。根据上海半导体和IC研讨会公布的数据,08年中国IC产业对设计工程师的需求将达到25万人,但目前国内人才数量短缺这个数字不止几十倍。例如我们熟知的威盛虽然号称IC设计人才大户,但相对于其在内地业务发展的需要还是捉襟见肘,其关联企业每年至少需要吸纳数百名IC设计人才,而目前培养规模无法满足。而在人才的需求中,应用型IC设计人才更加受到欢迎。
一、IC设计人才短缺
2008年,全国集成电路(IC)人才需求将达到25万人,按照目前IC人才的培养速度,今后10年,IC人才仍然还有20多万人的缺口。这是08年4月21日在沈阳师范大学软件学院举行的国家信息技术紧缺人才培养工程——CSIP-AMD集成电路专项培训开班仪式上了解到的。同样有数据表明,近日,从清华大学、电子科技大学、北京航空航天大学了解到,目前全国高校设有微电子专业总共只有10余个,每年从IC卡设计和微电子专业毕业的硕士生也只有二三百人。在国内大约仅有不足4000名设计师,而2008年,IC产业对IC设计工程师的需求量达到25万-30万人。有专家预测,到2008年底仅北京市IC及微电子产业就将超过2000亿元人民币,而到了2010年我国可能需要30万名IC卡设计师[1]。未来我国IC卡设计人才需求巨大。目前中国每年从IC设计和微电子专业毕业的高学历的硕士生只有数百人。中国现有400多所高校设置了计算机系,新近又特批了51所商业化运做的软件学院。但这些软件学院和计算机系培养的是程序员。中国目前只有十来所大学能够培养IC设计专业的学生。因此IC设计专业人才处于极其供不应求的状态。可以这样说,这是因为我国很大程度上是没有足够的IC设计人才。
专家指出,我国IC设计人员不足的一个重要的原因是IC设计是新兴学科,国内在此之前很少有大专院校开设IC设计专业,现在从事IC设计专业的人才,大部分是微电子、半导体或计算机、自动控制等相邻领域的理工专业毕业生,但是和实际的IC工作比起来,还是有差距,学校并不了解企业需要的是什么样的人才。所以,许多IC设计企业只能经常从应届毕业生中直接招聘人才再进行培训。此外,IC设计的实验环境要求,恐怕所有的高校都没有能力搭建。据了解,建一个供30人使用的IC实验室,光是购买硬件设备就需要15万美元。
最新研究指出:到2010年中国半导体市场将占世界总需求量的6%,位居全球第四。未来几年内中国芯片生产有望每年以42%的速度递增,这大大高于全球10%的平均增长速度。仅就IC卡一项来看,我国IC卡设计前景广阔。身份证IC卡的正式应用,将是十亿计的数量,百亿计的销售额,此外读卡机及其系统将有成倍的产值。半导体理事长俞忠钰说,2002年全国的IC设计单位已达到了240家,根据北京市发展微电子产业的建设规划,到2010年,北京市要逐步建成20条左右大规模高水平的芯片生产线,200家高水平的IC卡专业设计公司。据预测,北京市IC产业将超过2000亿元。巨大的商机也同时带来了市场对IC卡设计人才的巨大需求。
二、应用型IC设计技术人才需求日切
IC产业飞速发展,现在的焦点已经移到了IT产业的核心技术IC设计上。据北京半导体协会负责人董秀琴表示,IC卡设计工程师在软件行业是现在公认的高收入阶层。目前我国IC卡人才缺口巨大,在我国的高等教育里,这一块发展十分缓慢。按照中国现在的市场行情,一个刚毕业、没有任何工作经验的IC设计工程师的年薪最少也要在8万元左右。为什么会出现这样的情况呢?董秀琴讲,这是因为一方面是现有IC设计人才的严重缺乏;另一方面是国内外市场对IC卡设计人才尤其是合格的IC设计师的大量需求。
由此我们可以看出,对于应用型的设计人员来讲,是备受集成电路行业欢迎的。例如常见的EDA公司、IC设计服务公司、IC设计公司和IDM或Fundry4种类型的公司需要那些IC设计人才呢?他们需要的是熟悉IC设计的技术支持工程师,涵盖IC设计的所有方面,通常包括:系统设计、算法设计、数字IC前端逻辑设计与验证、FPGA设计、版图设计、数字IC后端物理设计、数字后端验证、库开发,甚至还有EDA软件的开发与测试,嵌入式软件开发等,其中对IC物理设计工程师的需求量会多一些[2]。
目前,需求量最大、人才缺口最大的主要有模拟设计工程师、数字设计工程师和版图设计工程师三类。另外,设计环节还需要工艺接口工程师、应用工程师、验证工程师等。IC版图设计师的主要职责是通过EDA设计工具,进行集成电路后端的版图设计和验证,最终产生送交供集成电路制造用的GDSII数据。版图设计师通常需要与数字设计工程师和模拟设计工程师随时沟通和合作才能完成工作。一个优秀的版图设计师,即要有电路的设计和理解能力,也要具备过硬的工艺知识。模拟设计工程师作为设计环节的关键人物,模拟设计工程师的工作是完成芯片的电路设计。由于各个设计企业所采用的设计平台有所不同,不同材料、产品对电路设计的要求也千差万别,模拟设计工程师最核心的技能是必须具备企业所需的电路设计知识和经验,并有丰富的模拟电路理论知识。同时还需指导版图设计工程师实现模拟电路的版图设计。
由此我们可以看出,在IC人才的需求中,应用型IC设计人才的需求更大,而且他们也是推动集成电路产业迅速发展的生力军。
三、以社会需求为导向,培养应用型IC设计人才
国家对IC卡设计人才培养也很重视。据北京半导体协会卓洪俊部长说,到2010年,全国IC产量要达到500亿块,销售额达到2000亿元左右,将近占世界市场份额的5%,满足国内市场50%的需求。同时,国务院颁布《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》的18号文件,支持和鼓励软件和IC产业加速发展,加快IC设计人才培养。
IC人才需求问题的解决首先还是从高校开始,2001年,清华大学微电子研究所开设了“集成电路设计与制造技术专业”第二学士学位班,2001年的IC专业二学位班已经有64名学员在读。清华大学还分别与宏力半导体、有研硅、首钢合作培养IC人才。2002年,成都电子科大也开始招收“微电子技术专业”的二学位学员,同时扩招微电子专业的本科生。为了更好地实施学校加速IC人才培养的战略,电子科大还成立了微电子与固体电子学院,并建立了面积为1500平米的IC设计中心。同济大学开始实施IC人才培养规划,提出了“研究生、本科生、高职生”的多层次培养体系。
作为人才培养的摇篮,高校在这一方面应进一步加快改革,制定可行的、新的人才培养计划,以社会需求为导向,加强教学、实验和实训投入,多渠道、多方式地进行应用型IC设计人才的培养。
参考文献
论文摘要:根据高等职业教育培养目标的要求,提出了高等职业教育教材建设和改革的必要性,本文把作者在高频电子线路课程教材的编写体会进行了阐述,并罗列了编写大刚。
长期以来,高等职业教育的教学模式及教材特点一直深受普通高等教育同类领域的影响,特别是教材编写的针对性不强,总试图覆盖更多层次的用户,即便是近几年各类高职高专规划类教材相继出现,但相当多的教材仍然是在传统框架的基础下适当精简内容而成。在2008年广西高职高专课程改革与教材建设研讨会上,许多专家就提出了用行为引导型教学法,推动高职高专课程体系改革和教材建设,以适应当前的高等职业教育的改革需要,就是以职业活动为导向,以提高人的职业能力为核心,手脑并用,行知结合,适应能力本位的教育。本人在这次教改活动中担任了《高频电子线路》教材的编写,体会较为深刻。
一、原有教材存在的问题
在担任《高频电子线路》课程的教学过程中,我发现原有的《高频电子线路》教材存在以下几个方面的问题:
1、虽然是近几年的高职高专规划类教材,但还是有本科教材的“影子”存在,理论上还是追求理论的完整和系统性,数学推导过程内容太多,而结果的分析太少,结论性的分析不够。
2、实践的内容太少,理论的内容占绝大多数,对实际应用电路的分析不够,特别是对当前的先进技术、电路及元器件没有什么介绍和分析。跟不上高频电子技术发展的需要。
3、与《模拟电子技术》有重复的内容,如:“正弦波振荡器”。
鉴于上述原因,学生在学习《高频电子线路》这门课程时,感到枯糙难学,教师难教。
二、新教材编写的思路和实践
本人在编写《高频电子线路》这门教材时,力求突破传统的教材模式,尝试用新的结构体系、新的教学方案、新的表现形式、新的阐述方法来体现行为引导型教学法,推动高职高专课程体系改革和教材建设,构筑以实际应用为重点、以掌握项目实施过程为目的的新教材体系。作为该教材的编写者,本文试就该教材的编写思路与创新实践作如下介绍。
1.以职业岗位需求为依据,推动教材模式的创新
笔者认为:目前高等职业教育教材建设的目标已不再是解决有无教材的问题,而在于编写出有创意、有特色的新教材,特别是要推出以能力为中心的新模式教材,根本改变“重知识传授、轻技能培养”的传统教材模式,真正体现职业教育就业导向的理念,在教材的编写前期做好行业岗位需求分析是必不可少的重要工作。为此,笔者深入到相关的十多家现代生产企业的人力资源部门、生产技术部门、企业培训中心及相关的行业部门开展调查,并参考和借鉴了企业内部的员工培训技术资料、技术规范和相关的行业职业技能鉴定标准,注意将工作岗位急需的或使用频率高的知识、技能作为重要材料选人新教材之中。根据对岗位需求的调查和分析,各个内容都定出明确的能力目标。《高频电子线路》新教材的编写充分考虑了理论与实践的结合,注重工程应用能力和解决实际问题能力的培养,在教材中设置了“应用电路的安装、检测和调试”板快,力求在实践性、实用性和针对性方面突现特色。
2.以现代职教理念为平台,倡导教学方案的创新
现代职业教育的理念认为,应从教学的角度对职业的实际工作内容进行加工和处理。因此,《高频电子线路》教材的设计不再以教会学生知识为唯一目标,而以帮助、指导学生将所学知识应用于实际工作之中为主要目的,围绕技术应用能力这条主线来设计教材的结构体系和教学内容。例如,新编的《高频电子线路》教材则十分注意知识与工程应用的密切联系,首先,在教材内容的编排上打破了传统的章节排序,而是以课题的形式出现,在每一个课题中,从够用的理论知识,到元器件、实用电路的安装、检测、调试等都包括在内,学生每学完一个课题的内容,都能够既学了理论知识,又完成了实际电路的安装,检测与调试,大大地锻炼学生的实践技能,学生每学完了一个课题就系统地学完了一个完整的实际电路。高频电子线路是一门实践性很强的课程,编者将培养学生的工程实践能力作为课改的重点。在课程方案的设计方面进行了一些尝试:一是 改变以往验证性实验为主的教学模式,加强了制作和调试电路等工程应用的实训内容;二是由测量数据和指标为主的验证实验转向完成工作任务及解决实际问题为主的技能训练;三是精心设计每一个实践项目的任务,将关键知识点融合在完成任务的工作中,倡导项目教学法。
3.以行业技术应用为依据。注重教学内容的适时性
当今电子技术的发展非常迅猛,高频电子线路课程要跟上时代的发展。其关键在于要适应当今高频电子技术应用的基本特点。在知识结构上实现“两个转化”。(1)从分立元件电路为主转到以集成电路为主。目前,电子产品的结构大都是以集成电路为核心,分立元件的数量大大降低,且集成规模不断扩大.只有加强集成电路方面知识的学习。才能保证本课程的教学适应技术创新的基本要求。《高频电子线路》新编教材在介绍元器件时,简化了分立元件功能电路介绍,突出了集成电路的应用。(2)从以器件内部分析为主转向以器件外部特性和应用为主。随着新器件的不断涌现、集成元件规模的不断扩大及功能逐步完善。芯片内部集成的元件愈来愈多,电路愈来愈复杂,因此精简集成芯片内部电路分析,突出集成电路外部特性和功能应用,是符合职业院校的教学实际的。
4.以符合学生的学习心理为原则.注重教材表现形式的新颖性
《高频电子线路》新教材的开发力求以兴趣为引导。激发学生的学习热情和
积极性。教材中的主要电子元件和主要单元电路配有实物图,增加了电路的直观性,有利于变抽象的原理电路为具体的应用电路。教材的表现形式直观生动、图文并茂,排版生动新颖,有助于调动学生的阅读兴趣。
5.以符合学生的认知规律为基础。体现高职教材的层次性
《高频电子线路》新教材的编写充分考虑了高等职业院校学生的知识基础和教学实际。尽可能地降低了理论深度和难度。简约明了地介绍了高频电子线路的基本概念、基本原理和应用知识.避免了繁杂的数学推导和理论分析.有利于高等职业院校学生的学习和掌握。每个课题有自我测评题和参考答案,有利于学生温习和巩固所学的知识和技能。及时补缺补漏,这也有利于增强学生学习的责任感和主动性。以确保每个课题的能力目标达到基本要求。
三、 教材特点
课程内容的选取和排序应从相应职业岗位典型工作任务分析入手,根据人才培养目标和后继课程的需要而定。与高频电子技术相关的技术应用型人员的工作对象是电子设备或机电一体化产品。典型的工作任务是电子设备的认知、安装、调试、检测和维修维护。其工作过程涉及到电路的识图分析,元器件的拆装、检测、选用以及基本电路的改进等。据此,作为一种基于工作过程导向的课程设计,本课程的教材有如下特点:
1、以常用的高频电子电路或电路系统的认知、安装、调试和检测为主线,选取教材内容并进行排序,设置学习性工作任务,引导学生“做中学”、“学中做”。本教材把高频电子技术相关的实验、实训内容与理论内容有机地融合为一体,体现了学习性,工作任务的完整性,学习过程与工作过程的一致性。这样的编排便于引导学生“做中学” 、“学中做”,使学生在手脑并用的学习中得到思维方法和工作方法的训练,提高学生的自学能力和实践能力。
2、引导学生以基本电子器件及其应用电路作为主要学习对象,在完成学习性工作任务的过程中理解基本概念,掌握基本方法,提高学习能力。以电子器件及其典型应用电路的认知为中心安排模块化、项目化的学习内容。一方面,通过引导学生查找相关资料,对具体的电子器件进行识别和性能测试,来理解各种性能指标的含义,获取实用知识。另一方面通过对基本高频电路或典型应用高频电路进行安装、调试和检测,配合必要的理论分析,引导学生掌握高频电子技术的基本概念和高频电子电路的基本分析方法。这种以实际应用电路的定性分析为主的课程设计,降低了学习难度,减轻了学生在理论方面的学习负担,突出了学习重点。
3、完整的知识结构是深入学习高频电子技术的基础。本教材围绕基本电子器件及其典型应用电路,以少而精的原则建立完整的具有开放性的知识结构。
四、教学大纲
为了便于对新编教材有具体的了解,将编写大纲列在下面,以供参考。
前言
绪论
1、信息技术 2、无线通信系统
课题一 高频小信号放大器
任务描述:
学习目标:
1.1 谐振回路 1.2 小信号谐振放大器 1.3 集中选频放大器 1.4 谐振放大器的制作、调试和检测
本章小结
习题
课题二 高频功率放大器
任务描述:
学习目标:
2.1高频功率放大器的工作原理及特性分析 2.2谐振功率放大器电路(应包括丁类谐振功率放大器和丙类倍频器) 2.3宽带高频功率放大器 2.4高频功率放大器的制作、调试和检测
本章小结
习题
课题三 幅度调制与解调电路
任务描述:
学习目标:
3.1概述 3.2幅度调制电路 3.3幅度解调电路 3.4混频器幅度调制和解调电路的制作、调试及检测
本章小结
习题
课题四 角度调制与解调电路
任务描述:
学习目标:
4.1概述 4.2角度调制 4.3调频电路 4.4调频波的解调
4.5角度调制与解调电路的制作、调试和检测
本章小结
习题
课题五 反馈控制电路
5.1自动增益控制电路 5.2自动频率控制电路 5.3琐相环路(PLL)
5.4反馈控制电路的制作、调试和检测
本章小结
习题
课题六 高频电子电路在通信技术方面的应用
制作一 6.2制作二 6.3制作三
参考文献:
关键词: 高职教育 《数字电子技术》 教学改革
一、突出高职教育特点,注重学生能力与综合素质的培养
高职教育的培养目标是培养适应生产、建设、管理、服务第一线需要的高等技能型专门人才,这是当前教学设计中首要解决的问题。在新的教学模式下,培养学生的自学能力和应用知识能力是一个关键问题。教学内容要以技术应用能力与素质培养为中心设计学生的知识能力、素质结构,增强学生的实践操作能力。教学改革不仅要注重理论知识上的完整性、严密性和系统性,更要注重理论知识的实用性和实践性。从应用的角度选择教学内容,强调针对性、实用性和先进性,去掉陈旧过时、不实用的内容。
1.从课程的教学目标出发,选择教学内容。
《数字电子技术》是应用电子技术、信息工程等电子类专业的主干技术基础课程,教学目标是让学生掌握数字电子技术的基础知识、基本分析和设计方法,培养学生数字应用电路制作与调试的技能;形成严谨的科学态度、科学思维方式,增强创新意识和创新能力,为后续课程和今后可能从事的行业提供必要的理论基础知识和实践技能。根据本课程的教学目标和高职教育的培养目标,在选择教学内容时突出了基本理论、基本分析方法的应用,不再进行烦锁的集成电路的内部分析和数学推导,也就是说,注重外部逻辑功能的描述、分析和应用。例如在时序逻辑电路章节中,在介绍了计数器、寄存器和移位寄存器工作原理后,直接介绍了集成计数器、移位寄存器功能表和使用,并没有讨论它们的内部逻辑电路。在组合逻辑电路等中规模集成电路中,也采用了类似的方法。这样安排课程内容既突出了中规模集成电路的应用,又增加了技能训练时间。
2.从培养能力出发,融合理论教学与实践教学。
在《数字电子技术》课程中,设置了相应的实践训练环节,包括基本性技能训练和设计性技能训练两部分。“基本性技能训练”所指的内容与课堂教学内容紧密相关,体现课程的实践性。“设计性技能训练”则根据实际问题,由学生设计逻辑功能电路,包括选用芯片、进行安装调试、排除故障等,都由学生自主完成。还设置了课程设计内容,将理论教学与实践教学紧密结合。通过合理安排理论课程和实训课程,学生掌握了电子技术基础知识和基本技能,再通过课程设计将理论运用于实践,提高了将理论知识运用到实践中的能力。
二、利用现代化教学资源,优化教学过程
1.采用多媒体教学,提高授课效率。
购置相关的电子教案光盘,结合学生实际特点开发使用。这种授课方法直观、形象,节省了教师在黑板上绘制元器件或电路的时间。当然也存在一些不足,如节奏太快,学生既要听,又要看,还要记,很难兼顾。为了更好更有效地让学生掌握知识,可以采用以下措施:一是将课件在网上,学生可自主下载学习或复习;二是讲课要点内容要课前印发给学生;三是在多媒体课件切换时间段,要注意与适时地课堂讲解、板书、师生互动、学生反思时间的配合。
2.多种教法优化组合。
首先熟练掌握教材内容,做到融会贯通。对于需要深入讲授的内容采用分解法,授课时将整体内容分解成若干问题,找出这些问题在逻辑上的关联,使问题层层深入,引导学生积极有效思考。其次是“倒叙法”,即将一个问题的前后顺序调换,也会达到良好的效果。例如,在讲授随机存储器时,首先将存储器的实际应用提出来,引导学生入题,引起学生的注意,再次讲解存储器的整体结构和原理,使学生先有一个整体概念,再介绍各个存储单元的结构、原理。这两种方法在具体授课时,可以混合使用,提高学生的兴趣,增强他们理解课本知识的能力。
3.现场教学,讲课和实践操作相结合。
首先,将课堂讲授与技能训练有效结合起来,有些教学内容可以通过实验、实训进行。“先讲后训”可以用于介绍集成电路工作原理后,由学生对电路的功能及外部特性进行测试;“先训后讲”则用于由学生根据集成电路的功能表对电路进行测试。师生对测试结果进行讨论和总结,加深学生对理论的理解。这种将教学过程放在实验、实训中的方法,有利于学生实现由感性到理性的自然过渡,引导学生将基本理论、基本分析方法应用于解决实际问题。
4.加强师生间的交流互动,控制教学进度。
在多媒体教学中,学生直接面对的是投影屏幕,无法注意到教师的表情、动作和眼神等肢体语言。课件成了简单的电子讲稿,很难实现师生间面对面的直接情感交流,影响学生对知识的感知和接受。基于此,教师尽量站着授课,让学生注意到自己的表情和动作;讲究语言的艺术性,注意抑扬顿挫,讲到重点内容时,要靠声音的变化吸引学生,还要控制语速,善于使用停顿加大语言力度,便于学生对重难点的消化和理解;老师的视线要汇集学生视线,加强师生间的互动交流。教师要认真备课,根据学生的知识水平和接受能力,合理安排课堂教学内容,把教学内容分解成一系列内容,使学生循序渐进地提高认识。
三、结语
笔者对《数字电子技术》课程的教学内容、教学方法和教学媒体的设计进行了探索,积累了一些实践经验,也取得了一些成效。探索和尝试是初步的,存在很多不足,教学设计等方面没有涉及,在今后的研究中笔者会进一步改进,不断探索适合学生实际的教学方法。
参考文献:
[1]康华光.电子技术基础(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2000:276-285.
[2]梁俊编.关于高职教育应用型人才培养的思考[J].四川技术学院学报,2005.2(1):97.
[关键词] 应用型教育 模拟电子技术 教学思考
应用型本科教育是随科技发展和高等教育由精英教育向大众化教育转变过程中形成的一种新的教育类型,它是相对于理论型本科教育实用技术型教育而言的。应用型本科教育是以培养知识、能力和素质全面而协调发展,面向生产、建设、服务一线的高级应用型人才为目标定位的高等教育。
在实际教学中,一个专业的设置就是组织相关学业培养一种专门人才,使学生毕业后能够胜任相关的职业技术工作。从事专业工作,必须掌握和应用专业知识,接受专门的教育和训练,并具备自我更新和提升的能力,这是专业的立足之本。相应的人才培养模式主要由价值取向、培养目标、课程、教学及评价五大基本要素组成,其中以价值取向为基点、以目标为导向、以课程为载体、以教学为途径、以评价为保障。这五大基本要素相互依存,彼此制约。根据专业人士的分析,应用型本科教育的科学内涵及专业人才培养模式的要素分析,应用型本科教育的基本特征主要体现为:定“性”在行业,定“向”在应用,定“格”在复合,定“点”在实践。
《模拟电子技术》电子科学与技术、电子信息工程、电子信息科学与技术、通信工程类学生的主要专业技术基础课。本课程的主要目的是使学生了解半导体器件和集成电路的工作原理,熟悉常用半导体电子器件和集成块的特性和参数;掌握低频放大器的电路构成和各种组态组成的基本原理、性能特点,以及各项有关参数的物理概念、分析和计算的方法;熟悉集成运算放大器的工作原理,掌握运放电路的分析应用方法;熟悉功率放大器的电路结构原理和掌握分析设计计算方法。为学习后续专业课程如《高频电子电路》、《数字电路》等打下良好的专业技术基础。在电子产品的设计中,硬件电路的设计。信息的采集,控制的实现都是以模拟电子为主的。
在教学中《模拟电子技术》这门课程都是以PN节的内部构造为开端,开始讲解,空穴、载流子等等,不易测试,无法看到的纯理论内容让人无法理解,只能是死记硬背。将开学时学生的兴趣和勇气打击的不轻。学生基础好的重点院校,可能情况还好点。二本、三本、高职等学生基础较为薄弱的院校,很多学生功底不好,理论分析和公式的推导并不适合。甚至学习上只求过关的现象普遍存在。有的甚至干脆放弃。就是考试成绩较好的很多学生,也是纸上谈兵,做不到运用自如。刚一接触这门课,就是看也看不见,摸也摸不着的情况。晦涩难懂的理论,铺天盖地的新名词术语,足以吓退相当部分学生的学习兴趣。所以能不能换个顺序。在开学之初,精力和开学的热情都比较足的时候,就讲最要用的部分,集成块的使用,看得着的波形,读得出的数据。明显的声、光效果,不是可以收到很好的效果吗?否则对一些基本理论根本就没理解明白,后面的也不懂。导致前边记不住,后边反应不过来,越学越难。相反的情况下会用之后,自然也会对内部结构发生足够的兴趣。再将PN结的内部概念,三级管等等内部结构。这样也不会给需要进一步深入研究的学在造成影响。应该改变现有的模电教学模式的方法。强调基本电路,扩展电路,芯片的选择等等实际应用问题。应该可以避免和解决《模拟电子技术》教学中出现的几个问题。
1. 看不见,听不懂的问题。PN结内部先不讲,采取先外部,后内部的顺序;先实践,后理论。可以先让学生得到、或测试二极管的输出特性曲线,然后理论分析,再讲解内部构成及原理。避免了看不见听不懂的现实情况。而且人类的认知规律是先外后内,并且眼见为实。亲眼看到的事比较容易接受,看到实际的输入输出之后,理所当然的接受。这种处理同样也适用于三极管,场效应管,以及运放。变看不见为看得见,自然能够听得懂,自然有信心、兴趣学下去。
2. 电路功能分析不清楚,实验凑数据的问题。学生在没有理解电路的情况下,实验课上照着课本连线,也不管为什么,有什么用,凑出数据算完事。如果先做单元电路的实验。可以使学生建立、理解基本单元电路的模型。看到事实后,对单元电路的功能自然直接接受,再加以理论分析,深化、推广应用。想来更好接受。
3.课时本来就少,实验教学增加的问题。可采用EDA仿真的办法。EDA作为一种辅助手段,根据具体教学内容,开发利用其丰富的功能,设计适合于各知识点对应配套的仿真实验,在“模电”课堂教学环节中适时使用,可以使学生深刻理解和体会所学的知识,提高对“模电”的分析能力。同时改变了教学的形式,丰富了教学内容,提高教学效率。最主要的是解决了实验课时的问题。也解决了部分实验室的设备不足的问题。
4.和传感器衔接的问题。在我校学生的毕业设计中,经常出现传感器的信号不能接入的情况。相关知识的纵向和横向的关系,也影响着《模拟电子技术》课程的教学效果,及其应用。
采用先集成,后分立的讲解顺序。简单的运放电路可以产生光、声等效应。可以使学生维持开学的似的兴趣。集成运放是模拟集成电路中应用最为广泛的一种,性能也非常的好。具有低漂移、低噪声、低功耗和高速度,高增益和输入电压高输出功率的特点。但是由于课时的限制,前面的理论分析等已经占用很多的课时,这里的讲解往往只是电路的计算,放大倍数的计算完事。而影响其使用和选取的性能指标只是点到为止。结果是电路连接书上到处都可以查到。但是用哪个集成块学生不会选,只是机械的照搬课本。所以作者认为,顺序对了只对了一半,性能指标也是重点内容。既然我们的目的是会用,那就先教给学生如何选,再是如何用。
先外部后内部。当学生能够运用集成块,分离式元件完成一些功能的时候,自会对其内部发生兴趣,去寻找、发现内部的原理。