集成電路設計專業創新型人才培養模式探索

摘要：集成電路產業是電子信息產業發展、促進社會信息化的基礎。創新型人才是集成電路產業發展的重要因素。隨著集成電路設計相關人員需求的日益增加，國內很多高校都開設了集成電路設計相關本科專業。針對目前集成電路設計本科人才培養模式存在的問題，結合長沙理工大學實際，通過改革課程教學、完善實驗實踐環節、增加就業相關知識三個措施增強學生的學習興趣，培養學生的創新能力，逐步建立集成電路設計專業創新型人才培養模式。

關鍵詞：集成電路設計；創新型人才；培養模式

作者簡介：謝海情（1982-），男，湖南耒陽人，長沙理工大學物理與電子科學學院，講師。（湖南 長沙 410004）

基金項目：本文系長沙理工大學教學改革研究項目（項目編號：JG1348）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）28-0029-02

集成電路的產業規模和技術水平已成為一個國家綜合國力的重要標志之一。近年來，我國集成電路產業發展迅速。2004年，我國集成電路產量為211億塊，銷售額為545.3億元。2011年一季度，我國集成電路總產量達到191億塊，銷售額達348.4億元，中國已經成為全球集成電路產業發展最快的地區之一。

我國集成電路產業經過多年的發展，已基本形成了四業（設計業、制造業、封裝業和測試業）并舉協同發展、四個相對集中的產業集群（長江三角洲、珠江三角洲、環渤海地區和京津地區）和多個國家集成電路產業化基地。[1，2]一直以來，國家對集成電路產業的發展高度重視，《中共中央國務院關于加強技術創新發展高科技實現產業化的決定》中將IC產業放在了電子信息產業的第一位。[3]隨著我國集成電路設計產業突飛猛進地發展、繁榮，對集成電路設計相關人員的需求也日益增加，僅靠國內少數高校的研究生已很難滿足產業發展的需要。為滿足快速發展的集成電路產業對人才的需求，2001年教育部開始批準設置“集成電路設計與集成系統”本科專業。[4]集成電路設計在國內眾多高等院校都由原來純粹的研究生教學逐漸轉為由本科教學開始。

本文從課程體系設置、實驗實踐教學等多方面詳細分析了目前集成電路設計本科教學存在的問題。在此基礎上，從三個方面提出了集成電路設計本科人才培養的改革措施，探索集成電路設計本科創新型人才培養模式。

一、集成電路設計本科人才培養存在的主要問題

1.課程設置及課程內容不合理，從而降低了學生的學習熱情

目前，國內多數院校的集成電路設計專業在本科階段主要開設有“固體物理”、“半導體物理”、“晶體管原理”、“數字集成電路設計”和“模擬集成電路設計”等專業課程。對于這些課程的開設主要存在下列問題：

（1）不重視專業基礎課程的教學?！肮腆w物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”是集成電路方面的基礎課，為后續更好地學習集成電路專業課提供理論基礎。如果這些基礎課程沒學好，學生在學習后續相關專業知識時就會比較困難，進而直接導致學業的荒廢。但有些高等院校將這些課程設置為選修課，設置較少的課程教學課時量，甚至少數院校不開設這些課程。

（2）課程開設順序上存在很多問題。在部分高等院校的培養計劃中，“固體物理”課程和“晶體管原理”課程同一個學期開設，造成了學生在學習“晶體管原理”課程時沒有“固體物理”課程的基礎，從而很難快速地進入狀態，學習興趣受到嚴重影響。

（3）基礎課程的理論性太強，學生學習的興趣不高?！肮腆w物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”是專業基礎課程，理論性較強，公式推導較多，并且要求學生具有較好的數學基礎。然而，一般來說，本科學生都比較厭煩復雜的理論分析和繁瑣的公式推導，特別是基礎相對較差的學生，再加上較強的數學基礎要求，學生學習的積極性受到極大打擊。此外，部分高校設置的專業基礎課程教學課時量較少，學生不能全面、深入地學習，進一步削弱了學生的學習熱情。[5]

2.實踐教學量不足，學生動手能力差

電子設計自動化（Electronic design automatic，EDA）是集成電路設計技術的必備基礎手段。集成電路設計專業的本科畢業生必須掌握一些常用的EDA工具，對將來工作和繼續深造學習都具有很大的促進作用。為了推廣EDA工具的使用，許多EDA公司實施了專門的大學計劃。我校購買了CADENCE軟件以及高性能服務器，搭建數/模混合集成電路設計EDA平臺，并與ALTERA公司共建了EDA/SOPC聯合實驗室。但學生的實際使用情況卻喜憂參半，難以實現軟件使用量的最大化。一方面，購買的軟件等資源主要供學生實驗課上使用，其余時間學生很少使用。另一方面，教師在上實驗課時一般都采用填鴨式灌輸方式，而不是學生自己摸索，從而難以理解、使知識融會貫通。因此，學生很容易忘記實驗課上學到的知識點，在后續的工作或學習中要用到相關軟件工具時需重新學習。動手能力差成為了集成電路設計方向本科生擇業時的一大障礙。[6]

3.門類分科不合理，屬性不一致

無論是從專業內容還是專業性質上分，集成電路設計方向都應該屬于工科性質。然而，我校將該專業劃歸理科專業。這將導致雖然學習的課程與內容和其他高校工科性質的集成電路設計方向基本一致，畢業時學生卻是獲得理學學士，造成很多學生在就業時遇到問題。許多單位招聘時首先看的是畢業證和學位證，使得很多學生錯失了就業的好機會。最終直接導致下一學年選擇該專業的學生越來越少，只能靠調劑維持正常教學。另一方面，學生對集成電路產業現狀和發展趨勢了解甚少，對集成電路設計專業的優勢了解不夠，對集成電路設計人才市場需求和該專業的良好就業形勢認識不清，從而不能充分激發學生的學習興趣。

二、創新型人才培養的具體措施

1.改革課程教學，增強學生的創新能力

建立由公共基礎、專業基礎、專業方向和工程實踐四大模塊組成的集成電路設計專業課程體系。壓縮公共基礎課，取消與集成電路設計方向關系不大的基礎課程（比如計算機文化基礎課程）。合理安排專業基礎課程和專業方向課程的開課順序、課時量。在教學內容和教學方法上，集成電路設計的教師應該做到“授之以漁，而不是授之以魚”。對于集成電路設計方向的本科生而言，其學習的內容是集成電路相關的最基礎理論知識、電路結構及特點。其學習重點應該是掌握基礎的電路結構以及分析電路的基本方法等，而不是電路各性能參數的具體推導。因此，教師在講授“固體物理”和“晶體管原理”等集成電路設計專業基礎課時，應該盡量避免冗長的公式及繁瑣的推導，以免影響學生的學習興趣。另外，適當減少理論教學中復雜的公式推導，而著重半導體器件工作原理和特性的物理意義的學習，既可使學生容易接受又有利于后續專業方向課程的學習。

2.完善實驗實踐環節，培養學生的創新能力

實驗實踐教學是培養學生的知識應用能力、實際動手能力、創新能力和社會適應能力的重要環節。對于集成電路設計專業而言，完善實驗實踐教學環節需要從以下三個方面著手：

（1）增加實驗教學的課時量。目前，集成電路專業本科教學中的實驗教學量過少。以“模擬集成電路設計”課程為例?？傉n時量為48學時，其中理論課38學時，實驗教學僅10個學時。38學時的理論課包含了單級運算放大器、差分運算放大器、無源/有源電流鏡、基準電壓源電路、開關電路等多種電路結構。僅10個學時的實驗教學還包括2～4學時的EDA工具學習，留給學生獨自進行電路設計的就只有6～8個學時。學生不可能很好地理解理論課所學知識，更談不上融會貫通，極大地削弱了學習興趣。因此，增加本科教學的實驗教學課時量可以有效地促進教學效果，激發學生的學習興趣。

（2）完善和優化由課程設計、課程實訓、生產實習、畢業實習和畢業設計構成的專業實習實踐教學體系。該實習實踐教學體系具備分級教學和多層次教學的特點，對集成電路專業創新型人才的培養具有重要作用，尤其是其中的課程設計和畢業設計。課程設計和畢業設計是理論基礎和工程實踐的有機結合，可以很好地培養學生的工程素質和創新能力。在這兩個環節中，選題是關鍵，也是難點。選題既要具有一定的工程背景又要讓學生感興趣，從而不但培養學生的工程能力，而且激發學生學習的主動性、積極性和實踐創新能力。

（3）應該將以CADENCE軟件為主體建立的數/?；旌霞呻娐吩O計EDA平臺，以及與ALTERA公司共建的EDA/SOPC聯合實驗室作為開放式電子設計訓練和綜合創新性實驗基地的重要組成部分，成為學生進行課程設計和畢業設計以及課外實踐活動的平臺，從而實現軟件資源使用的最大化。

3.增加就業相關知識，增強學生的競爭能力

據相關部門統計，極少數集成電路設計專業的本科畢業生會從事集成電路設計方向相關工作，多數選擇改行或繼續學習深造。這是因為一方面本科生基本知識儲備不夠，更主要的原因是設置集成電路設計專業研究生課程的高等院校越來越多。然而，集成電路版圖、集成電路工藝以及集成電路測試等與集成電路設計相關的工作崗位對集成電路設計知識的要求較低。從事上述幾個工作崗位若干年將有助于從事集成電路設計工作。因此，就個人的長遠發展而言，集成電路版圖、集成電路工藝以及集成電路測試等工作崗位對于本科生而言更具有競爭力。因而，教師在講授集成電路設計方面知識的基礎上應有重點地講授基本的集成電路版圖、集成電路工藝流程、芯片測試等相關內容。

再者，定期舉辦學術報告會，讓學生了解集成電路產業的最新發展現狀和發展趨勢，了解集成電路產業的市場需求，了解集成電路設計及相關人才市場需求，了解集成電路設計專業就業前景，從而激發學生的學習興趣，充分調動學生的學習積極性。

三、結論

集成電路產業是我國的新興戰略性產業，是國民經濟發展與社會信息化的重要基礎。創新型人才是發展集成電路產業的關鍵。因而，大力推進集成電路產業的發展必須提高集成電路設計人才的培養質量。目前，我國內集成電路設計本科教育尚處于孕育發展階段，雖適應IC產業發展的需求，但仍存在很多問題需要解決。本文根據調研結果分析目前集成電路設計本科人才培養存在的問題，結合我校實際情況提出了幾項改革措施，但遠沒有涉及集成電路設計本科創新型人才培養模式的諸多方面。但是，可以預測，有政府的大力扶持和相關教師及學生的共同努力，我國的集成電路設計本科人才培養定會逐步走向成熟，最終建立完善的集成電路設計本科創新型人才培養模式。

參考文獻：

[1]楊媛，余寧梅，高勇.半導體集成電路課程改革的探索與思考[J].中國科教創新導刊，2008，（3）.

[2]劉勝輝，崔林海，黃海.集成電路設計與集成系統專業課程體系研究與實踐[J].教育與教學研究，2008，（22）.

[3]孫玲.關于培養集成電路專業應用型人才的思考[J].中國集成電路，2007，（4）.

[4]方卓紅，曲英杰.關于集成電路設計與集成系統本科專業課程體系的研究[J].科技信息，2007，（27）.

[5]殷樹娟，齊臣杰.集成電路設計的本科教學現狀及探索[J].中國電力教育，2012，（4）.

[6]宋偉，朱幼蓮.“數字電路”課程設計教學改革探索[J].江蘇技術師范學院學報，2011，（8）.

（責任編輯：王祝萍）