面向技能型人才培養模式改革探索
——以集成電路設計課程為例

◇寶雞文理學院物理與光電技術學院 王建平

在新工科的背景下，具有創新型和技能型的集成電路設計人才是集成電路產業高效發展的重要保障，也是當前高校人才培養的目標。針對目前人才培養的現狀和存在的不足，本文以集成電路設計課程為例，提出面向技能型“三位一體”的培養模式。通過反轉課堂，激發學習的內生動力和創造性，建立校企合作和科技創新活動，加強實踐和動手環節，深化工程應用能力，培養具有現代“工匠”精神的集成電路設計人才。

集成電路是高新科技產業和國家戰略的重要基石[1]。目前，我國正處在制造產業戰略轉型的關鍵時期[2]。5G通信，物聯網，人工智能等高新技術領域，對集成電路產業有著迫切需求和技術依賴。集成電路產業也是當今最具活力和挑戰的核心產業[3]。但是，當今世界的集成電路產業的發展并不協調，歐美，日本等發達國家壟斷著集成電路的關鍵制造和工藝技術。我國要實現科技領先和民族富強，保障國家經濟發展和國家安全，就必須解決這個“卡脖子”問題[4]。而實現這一目標，就急需培養一批敢于創新，貼近產業前沿技術的集成電路專業人才。眾所周知，集成電路產業發展日新月異，而目前集成電路人才的培養卻依然還是傳統的培養模式，與當今的產業發展要求不適應，不協調。在新工科的背景下，更是把學生的實踐應用能力列為教育教學的主要目標之一[5]。本文以集成電路設計課程為例，對現有的集成電路設計人才的培養模式，進行一些改革探索嘗試。

1 集成電路設計課程的培養模式現狀

1.1 教學模式單一

集成電路設計是一門綜合性較強的專業核心課。其內容涵蓋集成電路設計、測試、EDA軟件仿真、封裝、再測試等環節，需要的知識儲備和實踐能力較強。單純依靠教師課堂PPT講授，習題分析，以及簡單集成電路模塊的仿真分析和實驗，很難讓學生掌握集成電路設計的流程和形成邏輯設計思維能力。如果學生的專業基礎知識掌握較差的話，對集成電路原理的理解就會出問題，學習積極性下降，沒有學習動力，集成電路設計課程的學習，就變成了對知識點和原理圖的簡單記憶，來應付考試了。并且，目前集成電路設計教材要求64學時，而人才培養方案中卻只有54學時，課堂講授時間大大縮短，沒有辦法進行深入的知識擴展和交流討論，會直接導致教學質量下滑。

1.2 學生實踐能力不足

集成電路設計課程對實踐環節要求較高，不僅要求理解集成電路的原理和設計思路，還要對集成電路的性能參數進行反復調測，以及進行一系列的可靠性試驗，例如高低溫、震動、鹽霧等。在工程應用中，不僅要熟悉集成電路的模塊性能和設計要求，還要清楚該模塊在系統中作用，以及該模塊如何影響整個系統的性能指標。一般情況下，學生在課程實驗中，僅會按指導書上的設計要求和步驟，設計電路形式和參數，但實際上，該模塊電路產品可能工作在各種應用場景下，還需對電路進行冗余分析和設計。而這些技能卻沒能在人才培養的實踐環節中體現。集成電路設計實踐課程共6個實驗，18個學時，主要是對傳統的集成電路模塊電路的設計與仿真分析，如運放電路、比較器、穩壓電路以及混頻器模塊等。實驗未能涉及集成電路設計流程和工藝，學生無法掌握集成電路設計的常用技能，很難在未來激烈的就業市場中占有一席之地。

2 “三位一體”技能型培養模式的改革

針對目前集成電路設計人才培養中存在的不足，以及對現有人才培養方案的完善與調整，提出面向技能型的“三位一體”培養模式，如圖1所示。下面分別進行詳細介紹。

圖1 “三位一體”技能型人才培養模式

2.1 反轉課堂

在傳統的教學模式中，教師通常會逐個對集成電路課程的每個章節的電路模塊，進行詳細講解和分析。教師用粉筆和PPT就可以完整地講授課程。學生若勉強聽的懂，可能隔幾天也就忘記了，印象不深。若聽不懂，可能就慢慢厭學，以致逐漸放棄。因此必須轉變這種被動的、填鴨式的教學模式。教學應該轉向以學生為主體，教師為主導的反轉課堂教學模式[6]。反轉課堂是現在比較常用的新型教學模式，將學生的課堂和課下學習時間反轉，充分利用學生課下的時間進行自主探索和學習，以提高課堂學習效率，提升學生自主發現問題，分析問題和解決問題的能力。為了有效的進行課堂反轉，首先建立網上共享平臺，將教學資料與視頻，例如電路圖、PCB，以及芯片的datasheet等資料上傳到網上共享平臺，讓學生提前一周熟悉電路原理、設計要點、軟件操作和測試方法等。通過學生自學，將課程大部分知識點進行提前熟悉和理解，并將自己所遇到的重難點記錄下來。然后，在上課前進行知識點提問，檢測自學的效果。上課時，再通過重點電路分析，對整個設計流程和步驟進行逐一講解，并對學生的疑難問題進行答疑，梳理貫通，形成對集成電路設計的邏輯思維。對于常見問題和經典電路的解析，可以拍成視頻，保存下來，上傳到網上的信息平臺，讓學生進一步的學習和鞏固。最后，為了檢查教學效果，在教學內容講授完畢后，將學生分為四組，每組10人左右，進行交流討論，分享自己的收獲和體會，并讓其他同學進行點評和指導。然后對每個小組的討論結果進行總結，對表現好的小組給與平時成績加分表揚。每個章節結束，每個小組需用PPT進行章節總結，制作思維導圖，加深對電路模塊的認識，鍛煉對辦公軟件的操作能力。

2.2 科技創新活動

通過課程教學，主要讓學生掌握集成電路的原理、分析方法和設計步驟。若要提升學生的動手能力，以及對實際項目的應用能力，首先就需讓學生參加學院的科技創作社團，社團的指導教師一般具有工程設計背景，定期進行課外電路制作指導。在社團中，學生可以對涉及課程的芯片實物進行識別，熟悉其管腳和推薦電路，實際動手搭建和焊接電路，使用常用測試儀器，如示波器、萬用表等進行電路調測。對社團中遇到的問題，可在課堂上進行頭腦風暴解決。參與創作社團，學生不僅可以學會如何解決問題，也拓展學生的設計思路，活躍了學習氣氛。參加省市級的電子設計競賽和互聯網大賽，則以實際的應用功能設計為牽引，系統設計為抓手，對實際給定的電路進行獨立設計與分析。學生不僅可以養成整體系統設計思維，還可以在遇到實際設計需求時，明白如何進行電路架構與設計。參加科創社團和各種電路設計競賽，將大大提升學生的動手能力，以及對實際問題的分析和解決能力。

2.3 校企合作

目前學校的集成電路設計培養模式，知識面相對狹窄，很難接觸到當今主流的集成電路和面向實際企業需求的設計方法。學生在學校只是對單元電路和功能模塊有一定的掌握，很難接觸到復雜電路，特別時大規模和超大規模集成電路的設計[7]。通過校企合作，學生既可以接觸到先進的EDA集成電路設計軟件，也可以熟悉常用的大型測試儀器。而大型的電子科技公司通常對關鍵的技術資料有一定的積累，對設計的流程有相應的制度規范。為保障產品的可靠性也往往會進行一系列的驗證和完善。學生進入企業實習或實訓，不僅可以掌握這些關鍵的技術，也可以熟悉產品的設計規范和生產流程。實際的產品設計，員工需具備嚴謹和求實的精神，也同樣具有一定的挑戰和壓力。學生通過在企業的生活和學習，不僅培養這種嚴謹務實的精神，也可熟悉和適應企業的工作環境。通過校企合作，學生不但積累了設計經驗，熟悉了產品的設計流程，也可以對學生的擇業和就業提供一些參考。

3 結束語

人才培養模式的選擇往往是創新型和技能型集成電路人才培養的關鍵環節和重要保障。本文以集成電路設計課程為例，分析了目前存在的教學模式單一、實踐能力不足等問題。針對這些問題，本文提出將反轉課堂將學生變為主體，教師成為主導，激發了學生學習的自主性，活躍了課堂氣氛，提升了集成電路設計課程的教學質量。參加科技創新活動和校企合作，可以將課堂的理論知識應用到實際電路設計中，增強學習的動手能力和解決實際問題的能力，為學生的就業提供很好的學習和鍛煉平臺。這種面向技能型“三位一體”培養模式，以解決實際問題和提升實踐能力為目標，為集成電路專業設計人才的高質量培養，提供可靠的保障。