集成电路教育全文(5篇)

摘要：以集成电路设计课程为依托，针对微电子技术专业的学生，挖掘与专业核心课程关联的内容，学习集成电路行业发展的相关政策，在课程内容中引入相关的企业案例。

关键词：集成电路设计；育人案例；效果评价 

引言

集成电路产业作为我国当今着力发展的战略支柱产业，对于我国微电子行业的发展和创新来说具有十分重要的地位。随着中兴事件、华为事件、中美贸易战等威胁到我国科技发展的众多事件的发酵，国人也逐渐提高了对集成电路产业的关注度。这有利于激发学生的爱国主义热情和积极拼搏、努力奋斗的职业使命。

1教学设计的背景

我校自微电子技术专业开设以来，集成电路设计课程就应运而生，前后经历了示范校建设、骨干院校建设、诊断改进等一系列的课程建设和改革，有着较深的育人理念和知识沉淀。作为一所高职院校本门课程的德育目标就是培养具有良好的职业道德，较强的专业能力、方法能力和社会能力，能满足生产、建设、管理、服务第一线需要的德、智、体、美、劳全面发展的军工特质高素质技术技能人才,因此将课程思政融入其中探索新的育人培养模式是非常有必要和有意义的。

2教学设计的实践

0引言

高校专业及课程的设置应该与社会发展相适应，才能更好地发挥学校的功能，源源不断地为相关产业输送所需的人才，推动社会快速地发展。《国家集成电路产业发展推进纲要》明确指出：“集成电路产业是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业，当前和今后一段时期是我国集成电路产业发展的重要战略机遇期和攻坚期。”因此，高校有必要加大集成电路相关专业及课程的改革力度，以满足国家集成电路产业的发展需求。

1集成电路设计相关教学的重要性

虽然改革开放以来，我们国家在几乎各个领域都取得了举世瞩目的成就，甚至很多高技术电子产品也都可以自主研发。但是事实上，由于我们自己不能自主设计制造作为核心技术的集成电路，必须从国外购买，所以一方面给我们的国防、关键基础行业等增加了不可预知的风险，另一方面也使我们相关产业的公司利润极低，极大地制约了其发展。客观地讲，我国在集成电路技术研究方面的起步不算太晚，但是由于各种原因，前期进展缓慢，相反欧美日等发达国家却抓住契机飞速发展，因此导致我们与这些发达国家的差距越来越大。1999年从德国学成归来的王志功教授起草了《关于国家设立集成电路设计人才培养专项基金，开展中国芯片工程的建议》，呈送给中央相关部委，得到了李岚清副总理等中央领导的高度重视，进而制定了正确的发展战略，从而使我国在集成电路领域掀起一轮研究热潮。经过十余年的发展、积累，我国集成电路相关的产业链逐渐完善，且培养了大批具有相关知识背景的高素质人才。随后，国家也在政策资金等方面，不失时机地给以引导培育。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》《、电子信息制造业“十二五”发展规划》《、集成电路产业“十二五”发展规划》等重要文件中强调了要大力发展集成电路。尤其，在2014年6月工业和信息化部公布了《国家集成电路产业发展推进纲要》，并随后设立了“国家集成电路产业投资基金”。高校肩负着为社会输送所需的高素质人才的使命，因此为了配合国家集成电路产业发展的大战略，高校应该及时了解集成电路产业发展对人才素质的需求变化，不断审查、完善、革新集成电路相关的课程及教学。

2集成电路设计相关课程配置的协调性

无生产线设计模式称为大陆集成电路产业的基本模式，更具体地讲，当前集成电路产业主要分为设计、制造、封装和测试几个相对独立的部分，相应地，高校就应该设立相应的专业方向及课程，使学生能够掌握相应的专业技能，以便于毕业后能够胜任相关领域的工作。然而，作为一个大学生来讲，由于大学期间课程学时有限，不可能仅仅通过课堂的学习掌握所有知识，所以应该有针对性地、系统地协调相关课程的学期安排及课程类型安排，一方面要保证每一方向课程体系的完整连贯性，另一方面又能给学生以足够的自由选修其它的相关方向的课程。比如，大一可以安排认知实习或相关课程，通过深入浅出的讲解，可以让学生对整个集成电路产业链及技术链有一个宏观的系统认识，也利于学生有目的性地选择感兴趣的、想深入学习研究的专业方向及其所需的相应课程；大二、大三则应该安排一些专业基础课及专业选修课，一方面要考虑到覆盖面、保证每个方向的课程完整性，另一方面要确保课程安排的顺序正确，课程类型合适；大四可以安排方向性更强的专业限选课及毕业设计。集成电路设计、制造、封装和测试又是密不可分的，王志功教授认为一个合格的集成电路设计人员应该具备系统、电路、器件、工艺及工具几个方面的知识。下面我们主要从具有代表性的集成电路设计角度来讨论。具体到特定高校，特别是集成电路相关专业开设时间不长的高校，由于学科及课程设置的历史原因以及集成电路相关师资力量、实验环境建设需要时间周期较长，所以不可能一蹴而就地开设所有相关的课程。通常，传统通信系统专业比较强的院系课程会偏重系统、电路以及工具等，而传统微电子专业比较强的院系则课程会更偏重工艺、器件、电路及工具等。总而言之，电路及其设计工具是集成电路设计的核心知识，因此我们也将以其为核心来讨论，兼顾一下其它相关的课程。

3集成电路设计相关教学的实施建议

一、完善课程设置

合理设置课程体系和课程内容，是提高人才培养水平的关键。2009年，黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业制定了该专业的课程体系，经过这几年教学工作的开展与施行，发现仍存在一些不足之处，于是在2014年黑龙江大学开展的教学计划及人才培养方案的修订工作中进行了再次的改进和完善。首先，在课程设置与课时安排上进行适当的调整。对于部分课程调整其所开设的学期及课时安排，不同课程中内容重叠的章节或相关性较大的部分可进行适当删减或融合。如：在原来的课程设置中，“数字集成电路设计”课程与“CMOS模拟集成电路设计”课程分别设置在教学第六学期和第七学期。由于“数字集成电路设计”课程中是以门级电路设计为基础，所以学生在未进行模拟集成电路课程的讲授前，对于各种元器件的基本结构、特性、工作原理、基本参数、工艺和版图等这些基础知识都是一知半解，因此对门级电路的整体设计分析难以理解和掌握，会影响学生的学习热情及教学效果；而若在“数字集成电路设计”课程中添加入相关知识，与“CMOS模拟集成电路设计”课程中本应有的器件、工艺和版图的相关内容又会出现重叠。在调整后的课程设置中，先开设了“CMOS模拟集成电路设计”课程，将器件、工艺和版图的基础知识首先进行讲授，令学生对于各器件在电路中所起的作用及特性能够熟悉了解；在随后“数字集成电路设计”课程的学习中，对于应用各器件进行电路构建时会更加得心应手，达到较好的教学效果，同时也避免了内容重复讲授的问题。此外，这样的课程设置安排，将有利于本科生在“大学生集成电路设计大赛”的参与和竞争，避免因学期课程的设置问题，导致学生还未深入地接触学习相关的理论课程及实验课程，从而出现理论知识储备不足、实践操作不熟练等种种情况，致使影响到参赛过程的发挥。调整课程安排后，本科生通过秋季学期中基础理论知识的学习以及实践操作能力的锻炼，在参与春季大赛时能够确保拥有足够的理论知识和实践经验，具有较充足的参赛准备，通过团队合作较好地完成大赛的各项环节，赢取良好赛果，为学校、学院及个人争得荣誉，收获宝贵的参赛经验。其次，适当降低理论课难度，将教学重点放在掌握集成电路设计及分析方法上，而不是让复杂烦琐的公式推导削弱了学生的学习兴趣，让学生能够较好地理解和掌握集成电路设计的方法和流程。第三，在选择优秀国内外教材进行教学的同时，从科研前沿、新兴产品及技术、行业需求等方面提取教学内容，激发学生的学习兴趣，实时了解前沿动态，使学生能够积极主动地学习。

二、变革教学理念与模式

CDIO（构思、设计、实施、运行）理念，是目前国内外各高校开始提出的新型教育理念，将工程创新教育结合课程教学模式，旨在缓解高校人才培养模式与企业人才需求的冲突[4]。在实际教学过程中，结合黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业的“数模混合集成电路设计”课程，基于“逐次逼近型模数转换器（SARADC）”的课题项目开展教学内容，将各个独立分散的模拟或数字电路模块的设计进行有机串联，使之成为具有连贯性的课题实践内容。在教学周期内，以学生为主体、教师为引导的教学模式，令学生“做中学”，让学生有目的地将理论切实应用于实践中，完成“构思、设计、实践和验证”的整体流程，使学生系统地掌握集成电路全定制方案的具体实施方法及设计操作流程。同时，通过以小组为单位，进行团队合作，在组内或组间的相互交流与学习中，相互促进提高，培养学生善于思考、发现问题及解决问题的能力，锻炼学生团队工作的能力及创新能力，并可以通过对新结构、新想法进行不同程度奖励加分的形式以激发学生的积极性和创新力。此外，该门课程的考核形式也不同，不是通过以往的试卷笔试形式来确定学生得分，而是以毕业论文的撰写要求，令每一组提供一份完整翔实的数据报告，锻炼学生撰写论文、数据整理的能力，为接下来学期中的毕业设计打下一定的基础。而对于教师的要求，不仅要有扎实的理论基础还应具备丰富的实践经验，因此青年教师要不断提高专业能力和素质。可通过参加研讨会、专业讲座、企业实习、项目合作等途径分享和学习实践经验，同时还应定期邀请校外专家或专业工程师进行集成电路方面的专业座谈、学术交流、技术培训等，进行教学及实践的指导。

三、加强EDA实践教学

首先，根据企业的技术需求，引进目前使用的主流EDA工具软件，让学生在就业前就可以熟练掌握应用，将工程实际和实验教学紧密联系，积累经验的同时增加学生就业及继续深造的机会，为今后竞争打下良好的基础。2009—2015年，黑龙江大学先后引进数字集成电路设计平台Xilinx和FPGA实验箱、华大九天开发的全定制集成电路EDA设计工具Aether以及Synopsys公司的EDA设计工具等，最大可能地满足在校本科生和研究生的学习和科研。而面对目前学生人数众多但实验教学资源相对不足的情况，如果可以借助黑龙江大学的校园网进行网络集成电路设计平台的搭建，实现远程登录，则在一定程度上可以满足学生在课后进行自主学习的需要[5]。其次，根据企业岗位的需求可合理安排EDA实践教学内容，适当增加实践课程的学时。如通过运算放大器、差分放大器、采样电路、比较器电路、DAC、逻辑门电路、有限状态机、分频器、数显键盘控制等各种类型电路模块的设计和仿真分析，令学生掌握数字、模拟、数模混合集成电路的设计方法及流程，在了解企业对于数字、模拟、数模混合集成电路设计以及版图设计等岗位要求的基础上，有针对性地进行模块课程的学习与实践操作的锻炼，使学生对于相关的EDA实践内容真正融会贯通，为今后就业做好充足的准备。第三，根据集成电路设计本科理论课程的教学内容，以各应用软件为基础，结合多媒体的教学方法，选取结合于理论课程内容的实例，制定和编写相应内容的实验课件及操作流程手册，如黑龙江大学的“CMOS模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程，都已制定了比较详尽的实践手册及实验内容课件；通过网络平台，使学生能够更加方便地分享教学资源并充分利用资源随时随地地学习。

四、搭建校企合作平台

摘要：为了培养率集成电路技术人才，在集成电路实验教学中，提出采用PBL模式开展集成电路实验教学，以问题为导向，分析电路原理、综合CMOS工艺流程、完成集成电路设计任务。在集成电路实验教学实践中，根据教学目标制定问题，应用PBL模式使学生加深理解CMOS工艺和集成电路功能实现之间的联系，激发了学生的专业兴趣，提高了教学质量，具有良好的教学实践价值。

关键词：集成电路；PBL；实践教学；创新能力

引言

在电子信息化时代，集成电路已经广泛应用、并直接影响日常生活、生产制造、和军工国防，半导体集成电路已经成为社会发展的重要生产力之一，为此需要大力发展半导体集成电路工业，大力培育半导体集成电路技术人才。高校实验室是培养创新和实践能力重要基地，开展实践与创新相结合的实验教学，才能更多、更有效地培养满足社会急需的微电子技术人才[1]。集成电路是一种技术更新周期非常短的行业，教学中传统课程内容不符合实际工作需要，过多的偏重于数字系统和模拟电路设计理论[2]，缺乏综合性[3]，实践性内容较多、难度较大，对学生理论基础要求高，学生积极性不高[4]，达不到实际的教学效果。为此把问题导向教学模式（ProjectBasedLearning，PBL）引入集成电路实验教学，开展实验教学探索，用问题引导学生将集成电路工艺和半导体器件的集成电路版图设计结合起来，提高实验教学质量，实践证明，采用PBL模式开展集成电路实验教学，引导学生理论联系实践，培养了学生的创新能力，具有良好的教学实践意义。

1PBL教学模式

PBL是让学生以小组的形式，自发地解决课程学习中的实际问题以及问题背后的科学真理，将学习过程置身于解决复杂问题的情景中，从而调动学生的主观能动性[5]。PBL有三大基本要素：问题情境、学生和教师。首先从问题出发，问题情境是课程的组织核心，学生根据这一个问题情境，分析，寻找解决问题的最优方法，理解问题在现实中的意义；学生是问题的求解者，学生经过思考，在老师的指导下，通过小组合作，确定问题如何解决，通过这种途径的学习，把新旧知识整合；教师是学生的解决问题的伙伴和指导者，在学生碰到困难时，进行解疑答惑，为学生解决问题营造良好的学习环境和氛围[6]。在集成电路实验教学过程中，由于集成电路加工设备非常昂贵，加工周期很长，在实验教学中无法实现，为此在实验教学中需要完成的教学目标是：学生根据CMOS工艺要求设计集成电路，而且设计的集成电路必须符合CMOS工艺流程和设计规则。在这个情景问题中，学生把CMOS工艺每一个步骤的具体内容、CMOS工艺流程、电路原理、电路功能的学习内容综合起来，才能让设计的集成电路在加工完成后实现预期的功能。

2PBL教学模式在集成电路实验教学中的实施

摘要：半导体物理与材料课程教学使学生掌握好教学大纲规定的专业知识和专业技能，在专业课的教学中加入思政元素。探索改革课程的目标内容、方法步骤及过程，从而取得成效。

关键词：半导体物理与材料；思政元素；教学改革

1引言

电子信息产业的规模和水平已成为衡量一个国家整体科学技术和综合实力的重要标志，相应学科的发展密切关系到国家微电子、智能信息、光电子等前沿领域的发展，涉及国家“十三五”重点发展的领域。本课程主要介绍半导体物理与材料方面基础知识和基本规律，是半导体集成电路行业产业发展的科学基础[1]。学好本课程，对于国家科技事业的发展和服务于南京市地方经济有着重要意义。将思政元素有机融入到专业课的教学中，已有部分尝试[2-5]。在掌握原有课程体系教学大纲规定的专业知识和专业技能的基础上，带领学生开展并参与了诸如课程教研讨论、课后实践总结、专业知识竞赛以及全国大学生集成电路双创大赛等一系列思政与专业相结合的实践活动，充分发挥课程思政德育功能与价值导向引领作用，在培养半导体集成电路行业产业应用型人才的智育育人与德育树人目标达成方面，取得了良好效果。

2半导体物理与材料的教学改革

2.1课程建设的目标。本课程主要介绍半导体物理与材料方面基础知识和基本规律，是半导体行业产业发展的科学基础。通过本课程学习，使学生掌握半导体晶格结构、电子和空穴分布以及电荷输运原理等，掌握半导体材料性质、性能参数测试以及设计方法。本课程着力培养学生的基础知识技能、工程实践创新能力以及科学研究素养，为微电子领域从事电子器件制作、电路与系统测试应用打下坚实基础。培养学生的团队协作能力、奉献精神和集体观念，学生在思想境界与人格品质上得到进一步的提升，价值取向得到进一步端正，自身爱国情怀与民族自豪感得到进一步的增强，担当起科技强国的使命和责任；最终达到为国家培养出电子信息行业应用型人才的智育育人与德育树人目标效果。2.2教学改革的方法。本课程在课程思政教学改革实施过程中，主要采取了下列方法步骤。（1）实施“专业课中融入思想政治教育”，注重关注电子信息行业动态，关注我国相关行业发展以及相应的就业机遇与挑战；授课与课程设计过程中推进德育教育音视频及动画教学。（2）将思政内容融入到教学大纲修订中，注重集成电路应用专业知识点与思政育人的有效结合。比如将我国半导体产业以及相关IC制造企业从无到有，从小到大，直到做大做强的艰辛发展历程实例融入。（3）通过课堂教学讨论，在教学生掌握专业知识点的同时，深度挖掘知识点中蕴含的思政元素，用正确方式把社会主义价值观和思维方法传授给学生，使学生树立正确的人生观、价值观、世界观。（4）将课程思政理念有机地融入学生的课堂作业与课程学习实践报告中，将每阶段专业知识点与我国实际行业产业情况相联系，引导学生积极思考，激发同学们的爱国情怀、学习激情与创业热情，总结自己自身情况，勇于担当科技强国的重大使命和责任。（5）聘请相关行业专家与马列学院思政教师作为课程思政指导教师，定期开展专业知识讲座；教学过程中，整合专业课程教师、学生管理队伍，各成员之间相互沟通总结经验。（6）通过举办课程思政示范课程知识竞赛，让学生更深入了解半导体集成电路相关知识；通过带领学生参加半导体集成电路学科竞赛，让学生切身体验半导体集成电路行业产业最新动态。2.3课程建设解决的问题与取得的成效。本课程在课程思政教学改革实施过程中，主要取得了下列初步成效。（1）课程设计、教案。半导体物理与材料授课过程中，推进德育教育音视频以及动画教学，引入了鼓励青年学生的讲话、我国半导体行业科技工作者取得的创新成果与成就等；引入并加强了现代化教学手段与信息化建设，推进建设开放共享的网络教学平台，立体化提升了智育德育效果与效率。（2）教学大纲修订。在完成课程智育目标体系基础上，融入了课程思政育人目标与具体切入点，修订的教学大纲中，明确标注了思政内容融入相关专业知识点的情况，实现了专业知识点与思政育人的有效结合。修订晶体材料这个章节时，将我国半导体行业产业发展面临的机遇与挑战融入。修订电荷输运这章时，将我国集成电路芯片制造企业如中芯、华为等发展历程融入。修订PN结时，融入我国太阳能电池与LED行业企业从无到有、从弱到强直到赶超国际先进的实例。（3）课堂讨论与实践报告。深度挖掘半导体集成电路方面的专业知识点中蕴含的思政元素，老师在课堂上提出论题，学生分组讨论，激发同学们的爱国情怀、学习激情与创业热情，勇于担当IC领域科技强国使命和责任，引导学生做好归纳总结。定期分阶段布置给学生课程学习实践报告，注意将每阶段的专业知识点与我国半导体集成电路行业产业的发展状况相结合，加深对我国半导体集成电路行业发展的机遇与挑战，以及中美贸易战对我国IC芯片产业的影响等的理解，使课程思政理念有机融入到学生的课程实践报告中。（4）知识竞赛与学科竞赛。2019年6月份举办了本课程的课程思政示范课程知识竞赛，采用网络在线答题、实时判分并投屏获奖公示，获得了师生的一致好评。暑期分别带队参加了由工信部举办的“第三届全国大学生集成电路创新创业大赛”NI杯的分决赛与全国总决赛，入围总决赛并荣获全国二等奖。（5）课程思政示范课程工作室平台。聘请了半导体行业专家与思政方面的教授学者作为思政育人顾问，组建多学科背景互相支撑、良性互动的课程教学团队。教学过程中，整合专业课程教师、学生管理队伍，各成员之间相互沟通总结经验，使思想政治教育从专人向全员的创造性转化。2.4课程建设的不足。由于课程思政教学改革仍处于尝试阶段，不足之处主要有以下三方面。（1）尚未形成一支稳定的课程思政示范课程教学团队，相应建设规范与方法、思政育人质量评价、激励机制等有待进一步健全。（2）在课程设计、大纲修订以及教案编写等方面，还没有系统性地形成与融入一个课程思政的方案方法。（3）课程思政教学改革的调研工作不够充分，工作总结不够及时，没有形成相应的理论调研报告、建设总结报告以及教学改革方案。2.5改进措施。（1）邀请马克思主义学院的思政专家进课堂，将课程思政与思政课程进一步有机结合[4,5]。在半导体物理与材料课程思政示范课程建设工作中，除聘请本院专家学者担任指导教师，加入课堂教学并进行理论指导，同时，聘请马院专家担任思政指导教师，邀请他们过来深入地开展学术讲座。（2）教学改革前期与相应的行业企业结合较少，后期应着重跟进与相关企业（比如台积电等）的产学研合作，以行业需求为起点，结合学科体系内在规律，优化课程所需的知识技能与素质要求，将最新产业技术嵌入到课程教学中。（3）推进“学生中心、成果导向、持续改进”的工程教育理念。利用网络教学平台，引入行动导向课程，在此基础上推进翻转课堂，进一步优化网络教学平台。注重学生个性化发展，借助校企合作平台，招收有潜力、有志趣的学生参与产学研项目，培养他们的创新意识与行业能力。

3结语