面向新工科的微電子專業創新型人才培養

摘要：在微電子學專業的課程教學中，專業課程和實踐環節承擔著重要的角色。結合多年來課程教學和實驗實踐環節的工作實際，從面向應用型人才培養的目標和新工科理念出發，探討了微電子專業的課程設置優化、教學內容的更新、師資隊伍的培養和建設、實踐環節的產學研培養模式引入等方面，提出了突出專業應用的課程教學改革方案來配合集成電路與集成系統新專業平臺的建設，致力于面向新工科的應用型、創新型人才的培養。

關鍵詞：新工科；微電子專業；人才培養

一、 前言

當前全球高速通信需求和智能制造領域的急速擴張極大地帶動著微電子技術和集成電路產業飛速發展。以集成電路為核心的電子信息產業已經壯大成為世界第一大產業，所需的科研工作者和技術工作者數量眾多，而各個高校和研究所的人才培養能力的提高始終滯后于市場需求的攀升。隨著我國集成電路產業的快速發展，從學術研究和專業應用的角度來看，迫切需要大批高素質、高質量、高學識的微電子專業人才[1]。國務院學位委員會、教育部經過細致調研，于2020年底發布通知，將集成電路專業正式設為一級學科。這一舉措具有劃時代的意義，也必將展開微電子學和集成電路學科高速發展的嶄新畫卷[2]。集成電路一級學科是一門多學科交叉融合的復合型專業設置科目，有望囊括更多物理、化學、數學、材料等專業的理論研究成果，進一步拓展集成電路專業的研究領域和發展空間。

安徽理工大學建校70多年以來，一直在專業教育和課程教學方面追蹤新科技和新技術的發展，積極籌措和申請開辦集成電路設計與集成系統新專業，以社會需求為導向，培養理論基礎扎實、實踐能力強的應用型、工程型微電子學專業緊缺人才。在此過程中，必然要在新工科教育理念的指引下，改革傳統教學模式，修訂人才培養目標、優化專業課程設置、拓展實踐教育內容，為突出專業應用的創新型人才培養打下堅實的基礎。本文對應用型和創新型人才培養模式進行了探討，總結出以下幾項可以在實踐中檢驗的措施。

二、確立學科定位

每一所高校都有著自己獨特的歷史傳統和發展軌跡，專業的建設必須能夠考慮到高校所處的地理位置，更要結合學校已有的特色學科和具有潛力的優勢學科對新學科進行準確定位，才能培養出具有濃厚行業背景和專業特色的人才。新專業的建設首先要做好學科的規劃工作，要把知識結構和創新能力培養作為專業培養的重中之重。所制定的專業培養方案要能夠充分體現專業培養目標。

安徽理工大學是國家中西部高校基礎能力建設工程支持建設的高校，緊緊圍繞國家發展和長三角一體化戰略，面向戰略新興產業，培養專業扎實、工作踏實的具有創新意識和能力的德智體全面發展的高級工程技術人才。集成電路設計與集成系統專業尚處于建設初期，學科發展需要實事求是地分析已有學科的優勢、特色以及不足，才能找準定位，把新專業做大做強，真正發揮出微電子專業的特色。

近年來，安徽省合肥市先后建立了合肥經開區、高新區和新站高新區三大集成電路基地，已基本形成涵蓋芯片設計、制造、封裝測試、半導體材料、集成電路設備等關鍵生產環節的垂直產業鏈，聚集了一批知名企業。本校的微電子學科的發展，需要充分發掘合肥集成電路重鎮的輻射作用，主動參與到產業鏈的生態中，在技術研究、標準研制、生產制造等方面尋求更廣泛的合作。

安徽理工大學現有的電氣類專業設置中，自動化、電子信息工程、通信工程長期來為社會輸送了大量優秀畢業生，相關專業的教育教學經驗和培養模式可加以借鑒，助力微電子專業創新型人才培養。安徽理工大學集成電路設計與集成系統專業方向以高性能集成電路設計為主，兼顧半導體物理工藝設計和器件設計，特別是在數字集成電路設計理論和方法學上擬定了詳細的培養方案。本專業秉承安徽理工大學“以人為本”的人才培養理念，以半導體器件為基礎，以集成電路設計及集成電路制造工藝為核心，擴展學生視野，增強實踐能力，提高創新精神和寬口徑就業能力，積極建設專業特色鮮明、注重工程實踐能力培養的產學研一體化人才培養模式。

三、構建專業課程體系

每個專業的發展都需要經歷多次課程調整和改革，而對于微電子學專業，很多理論知識的學習安排以及實踐環節的設置都是需要在實際的教學過程中，不斷根據培養目標進行調整，才能建立起一個有機的知識體系[3]。在課程的設置方面，必須要能夠考慮到未來應用型人才的特點，同時要根據行業的發展對人才的需求來改進本專業的課程設置。安徽理工大學的集成電路設計與集成系統專業招生之初，專業負責人組織教研組到多所高校進行專業建設工作的調研，并到多個省市的具有代表性的集成電路企業進行走訪、座談，掌握了企業對人才需求的第一手資料，對專業的前景和教育教學培養模式進行了充分的探討，最終制定了該專業的培養方案，確定了符合本校定位、與優勢學科交叉的課程體系。

本專業將課程體系按照工作分解結構（WBS）進行分解，如圖1所示，包含：人才培養目標、人才培養方案、教學組織、課程設計、效果評價等幾個方面。人才培養是指對人才進行培養、訓練的過程，只有通過專業化的訓練，才能培養出具有良好科學和人文素質，以及強烈的社會責任感，學科基礎扎實，具有自我學習能力、創新精神和能力的一流人才。

本專業的課程設計以及各個教學環節的學時、學分分配參考了相關院校的開設經驗，通過教師集體討論確定草案，并邀請學校教學委員會、學院教學委員會和校外專家提出改進意見。在課程設置上，通過開設數學、物理等方面的課程，強化基礎理論和基礎知識的學習，擇優選擇專業基礎課程和專業課程的教材，優先選用國家級規劃教材。特別是雙語課程的設置，更加強調選用國際上廣泛采用的優秀教材。本專業設置了一系列的核心課程，如：半導體物理、模擬集成電路設計、數字集成電路設計、集成電路制造技術、集成電路測試基礎等。在實踐環節，設置了半導體器件與工藝實習、集成電路EDA技術課程實訓、集成系統設計綜合實訓等環節。通過掌握微電子學和半導體物理放的基本知識，讓學生具有運用專業知識進行半導體器件設計、數字集成電路和模擬集成電路設計的綜合能力。

四、優化課程和實踐內容

學生的專業綜合能力的提高從根本上依賴于課程理論知識的理解和掌握，本專業通過深化基礎課程教學，注重學生認知體系的構建。為了突出學生的創新能力培養，在教學實踐中，重點組織幾門相關課程和相關實踐教學環節單獨構成一個小的子系統，對這一系列課程的目標、內容、方法進行統一規劃，加強課程之間的有機聯系，避免重復內容的講解。經過合理整合，這些教學環節的內容更加精煉、有效，學生的接收程度也更好。

本專業在建設之初，充分調研了幾個有影響力的微電子學院所制定的專業培養方案和開設的課程，確定在本專業的課程建設中，加強通訊新技術、新型功率器件、微機電系統等為代表的專業內容建設。考慮到集成電路產業的理論性、工程性、應用性，在集成電路和計算機輔助設計的課程內容安排上，增加了設計性、綜合性實驗內容，并且通過開放實驗室的形式，為學生提供更加自由、靈活的學習氛圍，更好地提升學生的積極性和主動性。為了提升學生的實操技能，在專業課程的課內實驗之外，特別設計了針對模擬集成電路設計和數字集成電路設計的實訓環節。實訓環節采用具有產學研特點的設計課題，邀請企業內有經驗的資深工程師來校參與過程指導、開展技術傳幫帶，形成你追我趕不落后的良好學習態度[4]。

在硬件投入方面，電氣與信息工程學院在2005年就建立了微電子實驗室，配備了服務器和工作站。在加強實驗和實踐環節方面，重點豐富“模擬集成電路設計”課程設計、“數字集成電路設計”課程設計、集成電路EDA技術課程實訓、集成系統設計綜合實訓的設計和實驗內容，強調學生主動性培養和動手能力的培養，貼近實際的工程技術應用，熟練掌握相關工程技術軟件和設計手段。近年來，學院以新專業建設建設為契機，一方面對現有實驗室進行整合和改造，并配備專門的實驗室管理人員。通過在實踐教學中找差距、找不足，不斷經驗總結和方法改進，微電子專業實驗室平臺逐步會形成“建設——評估——再建設”的螺旋上升通道，一定會朝著開放性、前沿性、綜合性、特色性方向發展。

五、培養優質師資隊伍

對于一個有著具有巨大潛力的新興學科，如果沒有高水平、高素質、創新能力強的教學團隊來建設，那么，創新型專業人才的培養目標只能成為紙上談兵、無根之木。高水平師資隊伍，必然要有較好的職稱結構和學歷結構，既要能夠勇闖科技前沿，也要能夠埋頭踏實進行基礎理論教學。特別是學科帶頭人的培養，是需要動用學院以及學校的相關學科的力量，建設促進學科專業發展的教學、科研、服務新平臺。通過學科帶頭人的引領，積極發現優秀青年教師和重點骨干教師，讓他們承擔起光榮的歷史使命，躬耕不輟、志在千里。

在師資隊伍的學歷構成、年齡段分布、職稱是否合理方面都要做詳細的研究和布局。組建一個優秀的教師團隊對于新專業的起步是至關重要的，優質團隊的建設需要落實到每一名教師。只有在所有教師的共同努力下，才能制定出完備的培養方案并加以具體實施。通過成立教研組和教學研討委員會，對包括理論和實踐的所有教育教學環節進行質量評估，從實際教學工作的反饋中，及時發現教學中的限制性因素，使新專業的發展規劃影響到每一名教師，成為所有教職員工的共同追求。在教師隊伍的人員組成方面還需要需要從教師的事業心，是否有強烈的責任感以及對人才培養的大局觀來考察和選用。甚至是教師個人的行為舉止和素養，也都能夠反映其是否真正能夠落實“立德樹人”的教育目標。

學院為本專業配備了中高級職稱的教師比例達到了40%。而40歲以下專任教師，碩士學位以上也都達到了80%。本專業生師比達到15：1。在未來2年，學院會再通過優厚的人才引進政策，吸引具有博士學位的專業教師，進一步充實教師隊伍來增強基層組織的教學活力。

另外，除了原有教師的培養，學科發展還需要著手引進外部人才，特別是剛畢業的年輕博士和博士后。他們既有扎實、深厚的理論知識，也有很強的技術應用能力，能夠成長為創新能力強、實踐經驗豐富的“雙師型”技術帶頭人。學院制定了年輕教師的近期和遠期的培訓計劃，把“應用型”教師納入到教師培養目標中，鼓勵教師積極開展產學研合作，提升教師的創新人才培養意識[5]。學院要鼓勵專業教師在充分利用課后的時間與科研單位和生產企業加強聯系，經常能夠走進企業，發掘生產一線的技術問題和亟待解決的技術難題。教師隊伍通過主持和參與科研項目，除了完成科研工作量考核之外，還可以引入一些優秀的學生加入到項目中來。教師在完成課程內容的教學的同時，結合課程的知識點，將自己在科研工作中的創新理念、創新方法傳授給學生，則一定會培養出具有創新精神、良好實踐能力，能夠勝任科技研發、產品研制、工程管理等工作的優秀創新型人才。

六、 結語

集成電路專業學科的發展有利于社會主義現代化國家的建設，能夠提升社會的創新驅動能力，推動現代產業體系建設。在目前國內外普遍缺乏專業人才的情境下，堅持以人為本，推進集成電路一級學科建設工作，加大集成電路軟件和硬件方面的投入，深化教學改革，為社會培養高素質、高水平、創新能力強的工程應用型人才。在學科定位和課程設置上，充分發掘行業需求，在理論教學深度、廣度方面進行積極地探索，在實踐環節的創新性、綜合性方面敢于試錯，讓學生在學校期間就能夠在基礎理論和實踐能力上與未來的社會需求接軌。通過鼓勵教師參與研究所、企業的實際工程項目，提升自身科研能力，有利于培養學生的勤學理論、注重實踐的學習風氣。通過各方面的共同努力，高校必定能夠培養出大量應用型、創新型微電子專業人才。

參考文獻

[1]鄧子立.我國集成電路產業人可發展現狀，問題及建議[J].中國人事科學，2021（07）：66-73.

[2]立影.大力發展交叉學科 健全新時代高等教育學科專業體系[J].網信軍民融合，2021（02）：19.

[3]陸曉東，高升，李禹闊，等.微電子科學與工程專業教學內容和課程體系改革的研究與實踐[J].教育信息化論壇，2020（04）：23+27.

[4]鄧明，張津，胡亞民.基于產學研結合的畢業設計運作新模式及實踐[J].重慶工學院學報，2005（08）：146-147.

[5]江作軍.三大舉措培養一流應用型本科人才[J].重慶文理學院學報（自然科學版），2019，007（003）：16-18.

基金項目：1.2021 年安徽省省級教學示范課程項目， 微電子設計概論（2020SJJXSFK0888）；2.2023 年安徽省電子信息工程卓越工程師培養項目；3.2021 年安徽理工大學校級教育教學改革研究項目，應用創新型集成電路專業人才培養的教育模式研究（2021xjjy27）

（作者單位：安徽理工大學電氣與信息工程學院）