基于CDIO的微電子學導論課程改革與教學研究

馬俊成　張佳芬

【摘 要】微電子方向的學生，《微電子學導論》是開啟學生步入本專業的先驅課程，對大一新生培養興趣、建立目標、規劃職業有著重要作用。本文基于CDIO的教學模式，從教學內容設計、項目制實驗內容設計、教學方法手段、考核方式等方面進行了改革和研究。旨在激發學生自主學習的熱情，在項目團隊的協作和交流中，促進了學生的思維能力、溝通能力、動手能力及合作精神，最終使學生綜合素質得到較好的培養。

【關鍵詞】CDIO；微電子學；課程改革

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO的愿景是為學生提供一種強調工程基礎的、建立在真實世界的產品和系統的構思-設計-實現-運行（CDIO）過程的背景環境基礎上的工程教育。通過精心規劃項目的CDIO，可以引導學生對核心專業課程產生濃厚的學習興趣，從而達到能力培養、綜合發展的目的。CDIO工程教育模式與以往培養計劃的不同點之一是：通過開設導論性的基礎課程，從起始階段就將工程實踐引導入門，激發學生興趣，讓學生盡早領略工程技術的精華，并且讓他們親手制造一些簡單的東西，讓學生對自己將要從事的專業有一定程度上的認識。

《微電子學導論》課程設置的目的是讓學生對微電子學領域的知識有一個系統、全面的了解與認識，是讓學生在學習之初就建立起大學物理、固體物理、半導體物理、微電子器件、電路分析基礎、模擬電路、數字電路、集成電路原理、集成電路工藝原理、模擬CMOS集成電路設計、VLSI設計等課程的內在聯系。本課程涉及知識面廣，理論性和實用性并重，要求學生在掌握基本知識的基礎上，對集成電路及系統的設計、芯片加工、芯片測試等方面有比較系統和全面的認識，由于高校經費有限，很難有動則上千萬的經費投入到集成電路實踐環節之中，同時由于半導體器件、集成電路特別是大規模集成電路的生產環境必須是超凈的， 所用的材料也必須是超純的，IC相關單位也不太歡迎和接受相關專業的學生進行參觀和實習。因此，《微電子學導論》的課程改革和探索成為本文探討的重點。

1 理論教學內容的設計

《專業導論》課程強調教學的系統性、全面性、前沿性以及與國際化，強化學生工程能力的培養。通過精心設計，理論部分內容通過開設10余次學科前沿及發展的講座，讓學生了解所學專業的最新發展及應用領域。講座主要內容如下：微電子技術的發展現狀與趨勢、新型器件的發展、SOC設計技術與發展趨勢、器件可靠性、先進微電子封裝工藝技術、先進半導體制程整合技術、微光刻與微納米加工技術講座、IC工程師職業能力素質要求等。在開展講座的同時有針對性地帶學生去相關企業或實驗室參觀見習，進一步了解和認識專業。

2 項目制作實踐內容的設計

項目制作實踐讓學生初步體驗IC的設計制造、封裝、測試過程及電路圖的表達方法，為學生了解本專業、深入學習本專業的知識打下必要基礎。對集成電路設計與集成系統專業的學生引入IC項目，讓學生以IC芯片為載體，利用我系實驗室完成電路設計仿真、版圖設計等工作；前往電子科技大學電子薄膜與集成器件國家重點實驗室參觀、實踐，親手完成IC的制作，了解IC制作工藝與過程；隨后在利用利用我系反向設計實驗室讓學生親自動手解剖芯片，完成芯片的解剖、拍照、電路提取的工作。這樣，以IC為載體，以器件物理、IC工藝、電路理論和實驗裝置為依托，對IC芯片進行電路分析設計和研討，在實踐中互動，在討論中爭辯，激發了學生創新意識，達到了新舊知識優化和創新思維綜合訓練的目的。學生在完成項目的過程中，掌握本專業所需的基本技能，直接培養學生對電路圖的識圖、繪圖能力、電路的設計仿真能力，并對IC工藝和制作初步的認識，培養學生的工程意識。

3 教學方法與教學手段

CDIO改革并不是要淡化理論課程的學習，而是要改革教學方法，采取能激起學生興趣的教學方法，理論課程的教學不能采取傳統的“滿堂灌”的教學方式，而應采取基于問題的學習、師生互動主題研討、案例教學、論文研究、項目訓練等教學形式，著力培養學生的自主學習、發現問題、解決問題和創新思維能力。主要通過以下幾種方式提高學生的學習興趣和學習效果：

一是實施教學和研究互動、課內和課外互動、寓學于研的培養模式，設置基于課程的科研訓練項目和自主科研訓練項目兩類，鼓勵學生開展研究工作。基于課程的科研訓練項目由研究型教學課程責任教師組織課程教學團隊教師指導。自主科研訓練項目一般為學生進入高年級后，在導師的指導下自主選題，經系、學院審批后開展科研訓練工作，并以小組的形式參加創新設計大賽、電子設計競賽、挑戰杯等科技競賽活動。較好地完成科研訓練項目的學生可以取得實踐教學環節學分，鼓勵學生以科研訓練項目研究成果為內容撰寫畢業論文，完成畢業環節。

二是在低年級（大一、大二）通過講座系統的介紹專業發展歷史、趨勢、發展前景以及專業課程的設置；在高年級（大二、大三）通過對學生約談的形式，針對每個學生的具體情況采用訂制式的課程設計；在畢業班通過針對性的項目實訓，提高學生的求職競爭力。

三是在知名企業或國家重點實驗室建立學生實踐基地。學生可優先獲得去該類企業實習的機會，并鼓勵其在企業中開展科研訓練項目的研究工作。

四是通過組織科研訓練團隊、社會工作等途徑培養學生的組織、溝通、協調等領導能力。

五是定期組織開展學術討論。在導師的指導下對各自研究的課題，發表各自觀點，營造良好的學習交流氛圍，激發創造力，提高學生的表達和溝通能力。

4 CDIO人才培養模式下的課程考核方式

理論教學部分的考核方式為學生結合講座所講授的內容，獨立查閱中英文文獻，開展市場調研，撰寫不少于5000字的調研報告或課程論文，并制作講授課件，參加課堂上模擬的“微電子技術論壇”，對調研報告或論文內容進行講授。教師根據學生調研報告或論文撰寫質量和課堂講授的表現，以及平時教學活動全部環節的表現，確定此部分的分數。

項目制作實踐部分的考核方式為項目制作實踐的組織形式及成果提交。項目制作實踐時學生以4～6人為一個項目小組，每個小組配備一名指導教師。項目制作實踐以小組為單位，在理論課堂外執行；項目組內活動方式有：座談式交流研討，專題式講解介紹，邊做邊探討式互動，系統性總結等。組間活動主要采用總結介紹方式。項目制作實踐總體評分由導師和教學組成員共同評定，采用團隊成員之間互評、團隊間互評及導師評定的考評方式。每個學生的成績取決于其所在團隊的最終成績和個人在團隊工作中的參與程度，參與程度由每個團隊成員之間互相打分。團隊的最終成績由團隊間互相打分及導師根據團隊成員綜合表現給分，評分時應綜合考慮各團隊在制作過程中的表現，主要觀察的方面有：成員之間是否分工合作，是否有詳細的工作計劃，項目總結答辯時的表現等。

課程總成績的評定。課程總成績由理論和項目制作實踐兩部分組成，其中理論成績占30%，項目制作實踐占70%，由此得出課程總成績。

5 總結

本文旨在基于CDIO的電子學導論課程改革與教學研究的基礎上達到，培養學生的自主學習、團隊協作、動手能力等，提高綜合素質，以及解決問題的能力和實際動手能力，促進實踐過程與工程實際接軌。激發學生自主學習的熱情，在項目團隊的協作和交流中，促進了學生的思維能力、溝通能力、動手能力及合作精神，最終使學生綜合素質得到較好的培養。

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[責任編輯：湯靜]