微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程改革與實(shí)踐研究

摘要：實(shí)驗(yàn)課程在微電子專業(yè)教學(xué)中至關(guān)重要。文章從微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的必要性出發(fā)，根據(jù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程改革研究的目標(biāo)，從建設(shè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、建設(shè)集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目、增強(qiáng)師資力量以及拓展開放實(shí)驗(yàn)室資源方面給出了具體的改革與建設(shè)措施。文章還探討了專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)與實(shí)踐，從而提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、獨(dú)立科研能力以及解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：微電子；實(shí)驗(yàn)實(shí)踐；研究型教學(xué)；集成電路；虛擬仿真

中圖分類號(hào)：G642" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）16-0146-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

全球微電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展要求高校微電子學(xué)科教學(xué)緊跟其步伐[1]。隨著學(xué)校辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大，選修微電子專業(yè)課程的學(xué)生人數(shù)不斷增加，尤其是實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程。學(xué)生人數(shù)的激增導(dǎo)致對(duì)實(shí)驗(yàn)硬件器材的需求急劇增加。所以急需解決實(shí)驗(yàn)器材不足的問(wèn)題，減少對(duì)硬件分立器件的依賴。

再者，隨著社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈和社會(huì)需求的不斷變化，又使學(xué)生的未來(lái)發(fā)展面臨很大挑戰(zhàn)，學(xué)生的需求隨之呈現(xiàn)多樣化[1]。這就要求必須打破現(xiàn)有的統(tǒng)一模式，解決教學(xué)模式單一的問(wèn)題。根據(jù)學(xué)生的實(shí)際和社會(huì)需求建立多樣化的實(shí)踐課程體系[2]。

1 專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程改革研究的目標(biāo)

1.1 “高品質(zhì)、國(guó)際化、創(chuàng)新型”的人才培養(yǎng)目標(biāo)

依托南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)一流學(xué)科，協(xié)調(diào)專業(yè)、學(xué)科與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。繼續(xù)堅(jiān)持以“高品質(zhì)、國(guó)際化、創(chuàng)新型”作為現(xiàn)代微電子科學(xué)與工程人才培養(yǎng)目標(biāo)，以學(xué)生為本，完善以知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高為核心，引入最新實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)，更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法，不斷提高和完善。

1.2 提高實(shí)驗(yàn)管理人員的水平

重視管理人員素質(zhì)的提升。這包括加強(qiáng)對(duì)管理人員相關(guān)知識(shí)和技能的培訓(xùn)，使其能夠更加全面地理解實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性和復(fù)雜性，增強(qiáng)責(zé)任感，自覺承擔(dān)起所負(fù)責(zé)的工作任務(wù)。比如定期舉辦實(shí)驗(yàn)室管理培訓(xùn)班，涵蓋實(shí)驗(yàn)安全、設(shè)備維護(hù)及教學(xué)支持等內(nèi)容。同時(shí)，還應(yīng)鼓勵(lì)管理人員在工作中展現(xiàn)創(chuàng)造性，提出合理化建議，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)貢獻(xiàn)智慧和力量。

1.3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y隊(duì)伍建設(shè)

以師資建設(shè)為核心，強(qiáng)化人才培養(yǎng)，是提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這一過(guò)程的目標(biāo)是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的整體水平，確保其能夠充分滿足現(xiàn)代微電子教育和行業(yè)發(fā)展的需求。在此背景下，將通過(guò)引進(jìn)高水平人才、開展教師培訓(xùn)和優(yōu)化教師年齡結(jié)構(gòu)等措施，建設(shè)一支具有先進(jìn)教學(xué)理念、豐富知識(shí)背景和合理年齡結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍。

1.4 深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，進(jìn)一步完善“分階段培養(yǎng)、多層次提升、全方位實(shí)訓(xùn)”對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力進(jìn)行培養(yǎng)的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，繼續(xù)探索實(shí)驗(yàn)室彈性開放改革思路，比如制定靈活的開放時(shí)間表，允許學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間和內(nèi)容等。

加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的團(tuán)隊(duì)合作精神。突出學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ确矫娴呐囵B(yǎng)，達(dá)到“厚基礎(chǔ)，寬口徑，強(qiáng)能力，高素質(zhì)”的培養(yǎng)目標(biāo)。

1.5 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室資源開放制度

在當(dāng)前科技迅猛發(fā)展的背景下，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、信息平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)顯得尤為重要。目標(biāo)是建立現(xiàn)代化、智能化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，通過(guò)整合現(xiàn)有設(shè)備資源，建立統(tǒng)一的資源管理系統(tǒng)，讓實(shí)驗(yàn)室的功能和服務(wù)能夠更好地滿足廣大學(xué)生、教師及社會(huì)的多樣化需求。真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的開放和共享，從而為教育的創(chuàng)新發(fā)展注入新的活力。

2 專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程改革研究的具體措施[3-5]

通過(guò)明確的措施和方向，課程改革能更有針對(duì)性和可操作性，從而實(shí)現(xiàn)更高效的教育目標(biāo)。也是提升教育質(zhì)量、適應(yīng)社會(huì)需求、培養(yǎng)優(yōu)秀人才的重要途徑。

2.1 建立微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

建立微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能為學(xué)生提供先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和環(huán)境，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，提升解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，強(qiáng)化理論與實(shí)踐的結(jié)合。幫助學(xué)生深入理解微電子學(xué)科的基本原理和應(yīng)用。

通過(guò)以上設(shè)備的配置，建設(shè)的微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將能夠全面涵蓋半導(dǎo)體器件物理、微電子器件設(shè)計(jì)以及半導(dǎo)體專業(yè)實(shí)驗(yàn)等課程涉及的主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。幫助學(xué)生深入理解微電子學(xué)科的基本原理、技術(shù)應(yīng)用和研究方法。此外，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還將為學(xué)生自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)提供良好的條件和支持。為更多學(xué)生提供參與高質(zhì)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)的機(jī)會(huì)。

2.2 建立集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

建立集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的重要性在于為學(xué)生提供實(shí)際的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證環(huán)境，促進(jìn)理論知識(shí)與實(shí)踐的結(jié)合，提升綜合設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決復(fù)雜電路設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)室須購(gòu)置可以用于仿真教學(xué)的軟件，比如版圖設(shè)計(jì)軟件（Cadence） 、集成電路設(shè)計(jì)仿真軟件（Synopsys） 、二維或三維的器件與電路仿真軟件（ISE、SALVACO） 等PDA、EDA軟件。極大提升學(xué)生對(duì)微電子器件設(shè)計(jì)、集成電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)及工藝仿真等方面的直觀理解和實(shí)踐能力。以VLSI設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程為例

學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，能夠根據(jù)具體的測(cè)試內(nèi)容、目的和要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)基本的微電子器件，實(shí)施設(shè)計(jì)分析，模擬或數(shù)字的集成電路系統(tǒng)，進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)與仿真，讓他們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中體驗(yàn)從構(gòu)思到實(shí)現(xiàn)的全流程。

2.3 增加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)[4-6]

專業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，選擇微電子方向課程的學(xué)生數(shù)量也在持續(xù)增加。但現(xiàn)有的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地和硬件平臺(tái)卻沒有相應(yīng)地?cái)U(kuò)展，這造成了供需之間的顯著矛盾。實(shí)驗(yàn)室資源的緊張使得學(xué)生在實(shí)際操作和實(shí)踐體驗(yàn)方面受到限制，影響教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。因此，增加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)顯得尤為重要（如表3所示）。

因此，建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性在于提供靈活、安全且經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生能夠進(jìn)行多樣化的實(shí)驗(yàn)而無(wú)需昂貴的物理設(shè)備。在一定程度上減輕實(shí)驗(yàn)室設(shè)施壓力，提升教學(xué)質(zhì)量。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和動(dòng)手能力，讓他們?cè)谀M環(huán)境中探索復(fù)雜的微電子系統(tǒng)，這種方式有助于降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)并增強(qiáng)學(xué)生的理解和應(yīng)用能力。

2.4 提升師資水平

提升師資水平的重要性在于增強(qiáng)教育質(zhì)量，確保學(xué)生獲得前沿知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。高水平的教師可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新思維，并有效指導(dǎo)科研項(xiàng)目。

首先，先進(jìn)的教學(xué)思想是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和創(chuàng)新的重要保障。將定期組織教學(xué)研討，鼓勵(lì)教師分享國(guó)內(nèi)外先進(jìn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)和交流，激發(fā)教師的創(chuàng)新思維，推動(dòng)教學(xué)理念的更新與完善。同時(shí)，也將引入現(xiàn)代教育技術(shù)和教學(xué)管理方法，以適應(yīng)當(dāng)今快速發(fā)展的微電子領(lǐng)域，提高學(xué)生的參與感和實(shí)踐能力。

其次，將加強(qiáng)對(duì)教師的專業(yè)培訓(xùn)和繼續(xù)教育，確保他們始終處于學(xué)科前沿。邀請(qǐng)來(lái)自相關(guān)行業(yè)的專家，包括企業(yè)高管、資深工程師、科研院所的研究人員，以及相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者。每學(xué)期安排3到5場(chǎng)專題講座，確保涵蓋不同主題，如行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)、技術(shù)應(yīng)用案例、職業(yè)規(guī)劃等。每學(xué)期組織1到2次實(shí)地考察和實(shí)踐活動(dòng)，參觀相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)線或研發(fā)中心，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)際工作環(huán)境的理解和體驗(yàn)。此外，鼓勵(lì)教師將研究成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，使課程設(shè)計(jì)與市場(chǎng)需求緊密結(jié)合，共同推動(dòng)微電子產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

最后，注重教師隊(duì)伍的合理年齡結(jié)構(gòu)，將確保教學(xué)團(tuán)隊(duì)既有經(jīng)驗(yàn)豐富的老教師傳授其積累的知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也有充滿活力和創(chuàng)新意識(shí)的年輕教師，既能夠發(fā)揮老教師的指導(dǎo)作用，又能引入年輕教師的創(chuàng)新活力，形成良好的知識(shí)傳承與創(chuàng)新生態(tài)。促進(jìn)不同年齡段教師之間的合作與交流，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和方法的多樣化。

綜上所述，通過(guò)以師資隊(duì)伍建設(shè)為核心，加強(qiáng)人才建設(shè)力度，力求打造一支教學(xué)思想先進(jìn)、知識(shí)結(jié)構(gòu)豐富且年齡結(jié)構(gòu)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍。

2.5 開放實(shí)驗(yàn)室資源

開放實(shí)驗(yàn)室資源使得學(xué)生能夠更便捷地接觸先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，激發(fā)創(chuàng)造力與實(shí)踐能力。提高實(shí)驗(yàn)室使用效率，推動(dòng)跨學(xué)科研究項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立研究能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

首先，將致力于建立一套高效的信息平臺(tái)，以便于教師和學(xué)生能夠方便快捷地獲取實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料、工具和設(shè)備使用情況，如表4。通過(guò)建立信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源共享，提高實(shí)驗(yàn)室利用率，減少資源浪費(fèi)，增強(qiáng)教學(xué)的透明度和實(shí)時(shí)性，并促進(jìn)教師與行業(yè)的合作。

其次，將完善實(shí)驗(yàn)室的開放管理制度，建立靈活的開放時(shí)間和服務(wù)機(jī)制，鼓勵(lì)學(xué)生在課余時(shí)間主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)和研討。這不僅包括傳統(tǒng)的課程實(shí)驗(yàn)，還可以擴(kuò)展到課外的科研項(xiàng)目、創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽和技術(shù)交流活動(dòng)。

最后，積極探索與行業(yè)合作的機(jī)會(huì)，建立企業(yè)與實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，邀請(qǐng)行業(yè)專家、企業(yè)代表參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)和指導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)的融合。這種合作不僅為學(xué)生提供了實(shí)踐的平臺(tái)，也讓教師保持對(duì)行業(yè)動(dòng)態(tài)的敏感，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，確保所授知識(shí)的前沿性。

3 總結(jié)

選修微電子專業(yè)課程的學(xué)生人數(shù)不斷增加，導(dǎo)致對(duì)實(shí)驗(yàn)硬件器材的需求急劇增加。根據(jù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程改革研究的目標(biāo)，文中給出了具體的改革與建設(shè)措施，重點(diǎn)探討了專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)、提升師資水平以及開放實(shí)驗(yàn)室資源方面的建設(shè)與實(shí)踐。通過(guò)以上措施，希望為學(xué)生、教師以及社會(huì)提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。從而培養(yǎng)學(xué)生具有實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、獨(dú)立科研能力以及解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。通過(guò)建立實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)及提升師資水平，顯著提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生實(shí)踐能力，開啟學(xué)生探索微電子領(lǐng)域新技術(shù)、新方法的大門，促進(jìn)其在未來(lái)職業(yè)生涯中更好地應(yīng)對(duì)快速變化的市場(chǎng)需求。這對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)都具有很好的參考作用。

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【通聯(lián)編輯：王 力】