淺談微電子科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐課程的設(shè)計(jì)

宗楊 宋文斌 張穎 王莉

摘 要：本文在對(duì)微電子制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國微電子科學(xué)與工程專業(yè)教育現(xiàn)狀，探索實(shí)訓(xùn)課程的設(shè)計(jì)方法和人才能力培養(yǎng)手段。突出以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，培養(yǎng)新一代微電子人才，應(yīng)對(duì)即將到來的技術(shù)革命。

關(guān)鍵詞：微電子制造；OBE；課程設(shè)計(jì)

近年來，國家大力支持微電子制造行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)高校人才培養(yǎng)提出了更高的要求，在新形勢(shì)下，只有與時(shí)俱進(jìn)，不斷實(shí)踐和探索，才能跟上時(shí)代的步伐，為我國培養(yǎng)出合格的專業(yè)人才。

一、微電子制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前微電子制造技術(shù)關(guān)鍵尺寸逐漸深入到10納米以下，器件理論已經(jīng)進(jìn)入到量子力學(xué)領(lǐng)域。新的材料和器件不斷出現(xiàn)，未來五年納米電子技術(shù)將取代微電子技術(shù)，新的技術(shù)革命即將來臨。

在現(xiàn)階段，微電子技術(shù)具有如下的發(fā)展趨勢(shì)：

（一）特征尺寸進(jìn)一步縮小。深入到5nm以下特征尺寸后，器件原理和結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生重大變革，將帶來工藝技術(shù)和設(shè)備的更新，微電子制造工藝將迎來技術(shù)革命。

（二）系統(tǒng)級(jí)集成芯片的要求將帶來3D芯片制造工藝的發(fā)展，將各種傳感器單元與集成電路共同制造在不同硅基片上，然后再將多個(gè)硅基片進(jìn)行垂直集成互聯(lián)，相關(guān)的集成工藝技術(shù)將得到極大的發(fā)展。

（三）微電子技術(shù)同其他技術(shù)的融合程度將會(huì)不斷增加。比如同計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)等先進(jìn)成熟技術(shù)的融合后產(chǎn)生新功能特點(diǎn)的新型技術(shù)。這也將產(chǎn)生底層制造工藝方面的新技術(shù)需求。

總之，微電子制造技術(shù)正處于歷史上一個(gè)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，在此新老技術(shù)交替的時(shí)間點(diǎn)上，新技術(shù)的發(fā)展必然引發(fā)對(duì)傳統(tǒng)微電子課程體系的挑戰(zhàn)，如何適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，適應(yīng)產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的需求，成為微電子人才培養(yǎng)面臨的緊迫的問題。

二、微電子科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)高校注重基礎(chǔ)理論的培養(yǎng)，相應(yīng)的熱學(xué)，力學(xué)，電磁學(xué)等理論課程較多，培養(yǎng)出的學(xué)生學(xué)科基礎(chǔ)寬泛，更適合于往學(xué)術(shù)型的道路上發(fā)展。而對(duì)于新技術(shù)的引入及新技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)較為滯后。學(xué)生在學(xué)校中往往沒有微電子工藝實(shí)踐的經(jīng)歷，實(shí)踐能力不強(qiáng)。因此，如何在實(shí)踐課程中融入納米電子學(xué)理論和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，使學(xué)生具備應(yīng)對(duì)技術(shù)變革的知識(shí)儲(chǔ)備和實(shí)踐能力，是目前微電子專業(yè)課程設(shè)計(jì)需要解決的問題。

三、微電子科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐課程的設(shè)計(jì)

以學(xué)生大四學(xué)年實(shí)踐課程為例，探索以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為向?qū)У恼n程設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行課程教學(xué)改革。

（一）以實(shí)踐項(xiàng)目為中心的課程組織形式。實(shí)踐課程的組織以量子阱紅外探測(cè)器件的設(shè)計(jì)模擬項(xiàng)目為主項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生器件設(shè)計(jì)能力，并通過EDA工具進(jìn)行工藝仿真和器件特性仿真，來驗(yàn)證器件性能是否滿足要求。以學(xué)生能力培養(yǎng)為中心，安排課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。

圍繞課程培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)器件設(shè)計(jì)的基本流程。學(xué)生首先需要具有器件設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，包括微電子理論和量子力學(xué)基本理論，其次還需要半導(dǎo)體材料知識(shí)、器件結(jié)構(gòu)知識(shí)、半導(dǎo)體工藝知識(shí)、軟件模擬知識(shí)。將這些相關(guān)知識(shí)劃分成四個(gè)課程單元：設(shè)計(jì)基礎(chǔ)單元、器件設(shè)計(jì)單元、工藝設(shè)計(jì)單元和器件仿真單元，每個(gè)單元設(shè)計(jì)獨(dú)立的單元實(shí)踐項(xiàng)目，分別對(duì)主項(xiàng)目進(jìn)行支撐。學(xué)生在每一單元獲得碎片化的能力，完成所有單元便可以拼接出課程主項(xiàng)目需要的全部能力，進(jìn)而完成最終項(xiàng)目。

（二）以產(chǎn)出為導(dǎo)向的課程考核機(jī)制。課程建立基于OBE（Outcomes-based Education，基于產(chǎn)出的教育模式）思想的課程考核評(píng)價(jià)體系。意圖準(zhǔn)確反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。為了能夠真實(shí)的考核出每個(gè)學(xué)生不同能力點(diǎn)的達(dá)成情況，必須以課程能力點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，首先為每個(gè)能力點(diǎn)在本課程中的培養(yǎng)權(quán)重設(shè)定了比例系數(shù)，其次為每個(gè)能力點(diǎn)的達(dá)成分配了課程資源，最后確定每個(gè)能力點(diǎn)在哪些課程資源中進(jìn)行考核，以及每項(xiàng)考核的分值比例。因此，每個(gè)能力點(diǎn)具體的考核方式和分值就可以確定，最終通過學(xué)生的得分情況可以回溯得到每項(xiàng)能力點(diǎn)達(dá)成的情況。

時(shí)，考核點(diǎn)的設(shè)置不拘泥于期末筆試一種形式。對(duì)不同能力點(diǎn)的考核會(huì)分散到教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)之中，在教學(xué)過程實(shí)施中便進(jìn)行不同能力的考核。例如，對(duì)軟件實(shí)現(xiàn)能力的考核可以在工藝設(shè)計(jì)實(shí)踐和性能仿真實(shí)踐單元項(xiàng)目中進(jìn)行；對(duì)全方位思維能力的考核可以在主項(xiàng)目成果答辯活動(dòng)中以提問的形式進(jìn)行。階段性考核點(diǎn)的設(shè)置將課程整體劃分成獨(dú)立的任務(wù)，不僅可以保證學(xué)生的學(xué)習(xí)緊迫感，也可以幫助教師掌握學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)效果，有效實(shí)施教學(xué)指導(dǎo)。

（三）課程設(shè)計(jì)的持續(xù)改進(jìn)。課程將PDCA管理模式（Plan-Do-Check-Action）貫徹進(jìn)教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)與跟蹤過程?；贠BE的教學(xué)理念，將授課教師、聽課質(zhì)量委員、學(xué)生反饋意見、同行及領(lǐng)導(dǎo)反饋意見、專業(yè)課程組與專業(yè)團(tuán)隊(duì)相結(jié)合，從存在的問題為出發(fā)點(diǎn)，形成PDCA持續(xù)改進(jìn)方法，使教學(xué)改革與過程監(jiān)控目的性、針對(duì)性更強(qiáng)，使教師主導(dǎo)的課程的持續(xù)改進(jìn)自成閉環(huán)，更有利于發(fā)揮授課教師的積極性和主動(dòng)性。

微電子科學(xué)與工程專業(yè)課程建設(shè)的核心在于以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向。在新技術(shù)革命的大趨勢(shì)下，微電子科學(xué)與工程專業(yè)教育應(yīng)該不斷更新課程設(shè)計(jì)思想，引入新理論、新材料、新器件和新工藝，為社會(huì)培養(yǎng)新一代微電子制造類人才，發(fā)展我國微電子事業(yè)。