面向技能型人才培养模式改革探索——以集成电路设计课程为例

◇宝鸡文理学院物理与光电技术学院 王建平

在新工科的背景下，具有创新型和技能型的集成电路设计人才是集成电路产业高效发展的重要保障，也是当前高校人才培养的目标。针对目前人才培养的现状和存在的不足，本文以集成电路设计课程为例，提出面向技能型“三位一体”的培养模式。通过反转课堂，激发学习的内生动力和创造性，建立校企合作和科技创新活动，加强实践和动手环节，深化工程应用能力，培养具有现代“工匠”精神的集成电路设计人才。

集成电路是高新科技产业和国家战略的重要基石[1]。目前，我国正处在制造产业战略转型的关键时期[2]。5G通信，物联网，人工智能等高新技术领域，对集成电路产业有着迫切需求和技术依赖。集成电路产业也是当今最具活力和挑战的核心产业[3]。但是，当今世界的集成电路产业的发展并不协调，欧美，日本等发达国家垄断着集成电路的关键制造和工艺技术。我国要实现科技领先和民族富强，保障国家经济发展和国家安全，就必须解决这个“卡脖子”问题[4]。而实现这一目标，就急需培养一批敢于创新，贴近产业前沿技术的集成电路专业人才。众所周知，集成电路产业发展日新月异，而目前集成电路人才的培养却依然还是传统的培养模式，与当今的产业发展要求不适应，不协调。在新工科的背景下，更是把学生的实践应用能力列为教育教学的主要目标之一[5]。本文以集成电路设计课程为例，对现有的集成电路设计人才的培养模式，进行一些改革探索尝试。

1 集成电路设计课程的培养模式现状

1.1 教学模式单一

集成电路设计是一门综合性较强的专业核心课。其内容涵盖集成电路设计、测试、EDA软件仿真、封装、再测试等环节，需要的知识储备和实践能力较强。单纯依靠教师课堂PPT讲授，习题分析，以及简单集成电路模块的仿真分析和实验，很难让学生掌握集成电路设计的流程和形成逻辑设计思维能力。如果学生的专业基础知识掌握较差的话，对集成电路原理的理解就会出问题，学习积极性下降，没有学习动力，集成电路设计课程的学习，就变成了对知识点和原理图的简单记忆，来应付考试了。并且，目前集成电路设计教材要求64学时，而人才培养方案中却只有54学时，课堂讲授时间大大缩短，没有办法进行深入的知识扩展和交流讨论，会直接导致教学质量下滑。

1.2 学生实践能力不足

集成电路设计课程对实践环节要求较高，不仅要求理解集成电路的原理和设计思路，还要对集成电路的性能参数进行反复调测，以及进行一系列的可靠性试验，例如高低温、震动、盐雾等。在工程应用中，不仅要熟悉集成电路的模块性能和设计要求，还要清楚该模块在系统中作用，以及该模块如何影响整个系统的性能指标。一般情况下，学生在课程实验中，仅会按指导书上的设计要求和步骤，设计电路形式和参数，但实际上，该模块电路产品可能工作在各种应用场景下，还需对电路进行冗余分析和设计。而这些技能却没能在人才培养的实践环节中体现。集成电路设计实践课程共6个实验，18个学时，主要是对传统的集成电路模块电路的设计与仿真分析，如运放电路、比较器、稳压电路以及混频器模块等。实验未能涉及集成电路设计流程和工艺，学生无法掌握集成电路设计的常用技能，很难在未来激烈的就业市场中占有一席之地。

2 “三位一体”技能型培养模式的改革

针对目前集成电路设计人才培养中存在的不足，以及对现有人才培养方案的完善与调整，提出面向技能型的“三位一体”培养模式，如图1所示。下面分别进行详细介绍。

图1 “三位一体”技能型人才培养模式

2.1 反转课堂

在传统的教学模式中，教师通常会逐个对集成电路课程的每个章节的电路模块，进行详细讲解和分析。教师用粉笔和PPT就可以完整地讲授课程。学生若勉强听的懂，可能隔几天也就忘记了，印象不深。若听不懂，可能就慢慢厌学，以致逐渐放弃。因此必须转变这种被动的、填鸭式的教学模式。教学应该转向以学生为主体，教师为主导的反转课堂教学模式[6]。反转课堂是现在比较常用的新型教学模式，将学生的课堂和课下学习时间反转，充分利用学生课下的时间进行自主探索和学习，以提高课堂学习效率，提升学生自主发现问题，分析问题和解决问题的能力。为了有效的进行课堂反转，首先建立网上共享平台，将教学资料与视频，例如电路图、PCB，以及芯片的datasheet等资料上传到网上共享平台，让学生提前一周熟悉电路原理、设计要点、软件操作和测试方法等。通过学生自学，将课程大部分知识点进行提前熟悉和理解，并将自己所遇到的重难点记录下来。然后，在上课前进行知识点提问，检测自学的效果。上课时，再通过重点电路分析，对整个设计流程和步骤进行逐一讲解，并对学生的疑难问题进行答疑，梳理贯通，形成对集成电路设计的逻辑思维。对于常见问题和经典电路的解析，可以拍成视频，保存下来，上传到网上的信息平台，让学生进一步的学习和巩固。最后，为了检查教学效果，在教学内容讲授完毕后，将学生分为四组，每组10人左右，进行交流讨论，分享自己的收获和体会，并让其他同学进行点评和指导。然后对每个小组的讨论结果进行总结，对表现好的小组给与平时成绩加分表扬。每个章节结束，每个小组需用PPT进行章节总结，制作思维导图，加深对电路模块的认识，锻炼对办公软件的操作能力。

2.2 科技创新活动

通过课程教学，主要让学生掌握集成电路的原理、分析方法和设计步骤。若要提升学生的动手能力，以及对实际项目的应用能力，首先就需让学生参加学院的科技创作社团，社团的指导教师一般具有工程设计背景，定期进行课外电路制作指导。在社团中，学生可以对涉及课程的芯片实物进行识别，熟悉其管脚和推荐电路，实际动手搭建和焊接电路，使用常用测试仪器，如示波器、万用表等进行电路调测。对社团中遇到的问题，可在课堂上进行头脑风暴解决。参与创作社团，学生不仅可以学会如何解决问题，也拓展学生的设计思路，活跃了学习气氛。参加省市级的电子设计竞赛和互联网大赛，则以实际的应用功能设计为牵引，系统设计为抓手，对实际给定的电路进行独立设计与分析。学生不仅可以养成整体系统设计思维，还可以在遇到实际设计需求时，明白如何进行电路架构与设计。参加科创社团和各种电路设计竞赛，将大大提升学生的动手能力，以及对实际问题的分析和解决能力。

2.3 校企合作

目前学校的集成电路设计培养模式，知识面相对狭窄，很难接触到当今主流的集成电路和面向实际企业需求的设计方法。学生在学校只是对单元电路和功能模块有一定的掌握，很难接触到复杂电路，特别时大规模和超大规模集成电路的设计[7]。通过校企合作，学生既可以接触到先进的EDA集成电路设计软件，也可以熟悉常用的大型测试仪器。而大型的电子科技公司通常对关键的技术资料有一定的积累，对设计的流程有相应的制度规范。为保障产品的可靠性也往往会进行一系列的验证和完善。学生进入企业实习或实训，不仅可以掌握这些关键的技术，也可以熟悉产品的设计规范和生产流程。实际的产品设计，员工需具备严谨和求实的精神，也同样具有一定的挑战和压力。学生通过在企业的生活和学习，不仅培养这种严谨务实的精神，也可熟悉和适应企业的工作环境。通过校企合作，学生不但积累了设计经验，熟悉了产品的设计流程，也可以对学生的择业和就业提供一些参考。

3 结束语

人才培养模式的选择往往是创新型和技能型集成电路人才培养的关键环节和重要保障。本文以集成电路设计课程为例，分析了目前存在的教学模式单一、实践能力不足等问题。针对这些问题，本文提出将反转课堂将学生变为主体，教师成为主导，激发了学生学习的自主性，活跃了课堂气氛，提升了集成电路设计课程的教学质量。参加科技创新活动和校企合作，可以将课堂的理论知识应用到实际电路设计中，增强学习的动手能力和解决实际问题的能力，为学生的就业提供很好的学习和锻炼平台。这种面向技能型“三位一体”培养模式，以解决实际问题和提升实践能力为目标，为集成电路专业设计人才的高质量培养，提供可靠的保障。