新時代一流應用型本科教學方法的研究
——以集成電路設計課程為例

唐曉雨 劉玉杰 何睿清 花 濤

（南京工程學院信息與通信工程學院 江蘇·南京 211167）

0 引言

集成電路產業是信息技術產業的核心，是支撐經濟社會發展的戰略性、基礎性、先導性產業，也是全球各國在高科技競爭中的戰略必爭之地。集成電路設計是微電子專業和集成電路專業一門重要的專業必修課程，是培養集成電路設計以及集成電路制造人才的關鍵課程。本課程主要講授了集成電路制造、數字電路設計、模擬電路設計以及封裝測試方面的基本知識，為繼續深入學習集成電路工藝和混合芯片設計打下理論基礎。

1 重要性與存在問題

集成電路設計課程是在基本微電子類相關課程基礎上開設的，重點在于訓練學生運用半導體、微電子相關理論知識，培養學以致用的具有綜合實踐能力的應用型人才。半導體物理和半導體器件等微電子類基礎理論課程對于學生的理論功底要求較高，課程知識深奧、抽象，在應用型高等院校中開設具有較大難度，學生的理解掌握程度有限。因此，在集成電路設計課程教授過程中，要求教師能夠立足理論，重點講授實際問題的解決方案，調動學生的學習興趣，培養掌握實用知識和技能的工程應用型人才。如何提升集成電路設計課程的教學質量，對于學生綜合能力的培養以及理論知識的掌握與應用十分重要。

集成電路設計課程涉及集成電路生產整個過程，包含了電路設計、制造工藝和封裝測試等一系列流程，高等學校無法提供整個流程的實踐平臺作為教學輔助條件。這要求教師要熟悉半導體工藝制造、集成電路設計原理和集成電路封裝測試的相關知識，通過結合多媒體教學手段，例如視頻教學、集成電路仿真平臺教學和產教融合等方式，利用多元化的教學方法，使學生得到系統化工程訓練。

2 教學方法探索

基于集成電路設計課程特點和新時代一流應用型本科人才培養的需要，對于集成電路設計課程教學方法，本文有以下幾點探索。

2.1 綜合運用演示法、講授法、討論法等多種教學方法

集成電路產業中，電子元器件尺寸較小，多在納米級別，不利于肉眼觀察；同時，集成電路生產線具有投資高、管理嚴等特點，而本科學生對于集成電路芯片和設計了解相對較少。在課堂教學中，學生對于集成電路設計課程中集成電路制造工藝部分和封裝測試部分接觸到的工藝設備、工藝流程以及實際結果比較陌生，被動式的講授法教學模式效果不理想，學生學習興趣不高。

針對教學現狀，在日常教學活動中，我們需要采用多種教學方法相結合的形式，激發學生對課程的學習熱情。例如在講授集成電路制造工藝這一章時，如果僅僅從制造技術原理來講述，比較抽象，學生不能理解其具體工藝效果。在實際的課堂教學過程中，我們可以通過采用多媒體技術，引入大量的實物照片，給大家演示在集成電路制造中用到的生產設備、超凈間構造、晶元演變過程等制造技術的真實情況，讓學生將理論知識與實際應用結合起來，有效地達到“理實一體”的效果。

同時，在課堂上，我們可以采用通過播放集成電路制造視頻，將理論知識形象化、具體化，更能夠被學生接受和吸收。例如，在講授MOSFET制造工藝流程時，通過一個小動畫演示如何從砂礫中提取硅元素，如何實現單硅晶圓生長，如何切片獲得晶元、結合氧化、光刻、沉積和摻雜等工藝流程獲得集成電路芯片并最終劃片進行封裝測試的過程，讓學生對集成電路制造有更深的理解，對于各個獨立制造工藝的結合以及在工藝流程中的重要地位有更深地認識。

另外，在課堂教學中，為了提高學生參與度，增強學生主動性，我們鼓勵學生積極參與討論，將教師講授與學生討論相結合，強調學生自主學習能力。例如，在集成電路產業的講授過程中，我們鼓勵學生就目前國內外集成電路發展現狀進行了討論，特別是通過網絡搜索了解我國目前的集成電路發展情況和集成電路產業人才需求情況，推動學生學習集成電路設計課程的熱情。

2.2 結合仿真教學平臺，增強學生實踐動手能力

在集成電路設計課程教學過程中，利用先進的集成電路仿真軟件，鞏固理論知識的掌握，鍛煉學生實踐動手能力。

集成電路仿真教學平臺提供版圖設計、工藝模擬以及電學特性仿真等先進的集成電路仿真條件。例如，在初始階段，我們可以通過簡單版圖設計軟件 Ledit引入版圖設計的基礎知識，給大家介紹版圖定義、版圖設計規則、版圖各圖層關系等內容，以實現一個簡單的反相器結構為目標。更深入的仿真教學中，我們可以使用鏗騰電子科技有限公司cadence軟件，實現電路原理圖設計、版圖設計與優化、電路電學特性仿真等功能，以實現簡單的模擬電路或數字電路設計。在拓展教學中，為了彌補理論教學沒有集成電路生產線的遺憾，我們可以通過synopsys公司或silvaco工藝仿真軟件，模擬器件制造的工藝流程并分析工藝參數對器件電學特性的影響。具體集成電路仿真教學平臺和教學內容如圖1所示。

圖1：集成電路仿真教學平臺結構展示

這一系列的集成電路仿真教學平臺豐富了集成電路設計課程的教學內容，加深學生對于集成電路制造、半導體器件以及集成電路設計的認識，為以后進一步學習集成電路知識或者進入集成電路產業打下基礎。

2.3 產教融合，組織校外實踐基地參觀或實習等教學活動

中國集成電路產業正處于蓬勃發展階段，急需大量具有專業集成電路技術知識的工程應用型人才。但是集成電路產業技術門檻高、涉及的知識面較廣、注重實踐經驗的積累，集成電路人才的培養不能局限于大學理論教學和實驗鍛煉。在完成集成電路設計理論課程教學的基礎上，如何結合企業優勢，產教融合、深入交流是集成電路專業人才培養的發展趨勢，也是學生順利從高校進入企業的關鍵。

集成電路公司具有先進的生產設備、成熟的生產技術和專業的技術人才；高校的人才培養需要拓寬知識面和加強實踐能力培養。通過企業和高校的積極配合，設立一系列的集成電路制造、封裝、設計相關的實訓基地，共建部分集成電路人才培養課程意義重大。例如在集成電路制造工藝的學習中，可以積極組織學生進行校外實踐基地參觀生產線，了解實際的生產設備運行、工藝過程實現。同時，可以組織在相關企業進行實習等實踐教學活動，例如半導體制造公司、測試封裝公司或設計公司，通過設計并完成簡單的項目訓練，對于學生將理論知識轉化為實際生產力影響深遠。這樣的實踐教學環節可以給學生提供真實的實際應用場景，培養學生交流、表達、自主學習的能力，具有良好學習效果，是新時代一流應用型本科人才培養的新思路。

3 總結

本文面向新時代一流應用型本科人才培養的需求，就集成電路設計課程教學過程中存在的問題，對于集成電路設計課程教學方法進行了探討，提出了綜合教學法、仿真平臺教學以及產教融合等多種培養方法相結合的教學思路，有效促進學生對于集成電路設計知識的理解、掌握與應用，為培養具有綜合實踐能力應用型人才提供借鑒。