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摘要：国家为鼓励和支持我国集成电路产业发展，连续出台了一系列文件。针对国家急缺集成电路方向人才的现状，华中科技大学自2009年开办集成电路设计与集成系统本科专业。开办之初，以国内众多高校建设该专业的经验为高起点，确定了集成电路设计与集成系统本科专业的建设原则，在广泛调研了国内外相关专业培养方案之后，制订了独具特色的培养方案。文章还以体系结构及嵌入式系统知识点为例，给出了相关课程和授课内容。总结10年来的专业建设成果和经验，该培养方案得到各高校和用人单位高度认可。
关键词：集成电路设计与集成系统;本科专业;课程体系;人才培养
中图分类号：G642.0;TN4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）37-0062-04
一、引言
2018年的中兴通信事件，给全国人民上了印象极为深刻的一课：通过控制集成电路产品和技术，美国可以轻松阻击中国的经济发展。其深层原因是：人才是集成电路产业的第一资源，也是制约集成电路产业发展的关键瓶颈。2003年，教育部和科技部联合发文《教育部、科技部关于批准有关高等学校建设国家集成电路人才培养基地的通知》（教高[2003]2号）[1]，在全国9所大学设立“国家集成电路设计人才培养基地”。
国务院2011年颁发了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》（国发〔2011〕4号），2014年6月公布了《国家集成电路产业发展推进纲要》（以下简称《纲要》），2015年5月颁布了《中国制造2025》发展战略，教育部等七部门在2016年出台了《关于加强集成电路人才培养的意见》（教高[2016]1号），有关部门制定了一系列的政策文件，有力地推动了我国集成电路产业乃至整个半导体产业的发展和人才培养。
教育部于2001年开始批准设置“集成电路设计与集成系统”本科专业，以适应国内对集成电路设计人才的迫切需求。华中科技大学自2009年招生“集成电路设计与集成系统”本科专业，早在2008年初教育部首批第二特色建设之初即开始了“集成电路设计与集成系统”新专业培养计划的制订，于2009年6月完成培养计划的制订。
在过去的十年中，该培养计划虽然多次小范围调整，但总体办学思路和课程体系均保持原样。经过十年的运行，华中科技大学集成电路专业的毕业生得到各高校和用人企业的高度认可，证明了培养方案的可行性和科学性。以2017届为例，集成电路设计与集成系统专业共有60人，其中出国出境4人，保送研究生13人，考取研究生19人，协议就业23人，自由职业1人。保研学生中，除了本校，基本去了北大、清华、中科院和复旦大学。
二、集成电路设计与集成系统本科专业建设原则
根据教育部提出的人才培养总体要求，在对集成电路设计与集成系统学科发展深入分析的基础上，结合国家对人才培养的实际需要，以及本系多年教育和科研实践，华中科技大学电子科学与技术系将该专业的本科教育定位为：在注重加强理论基础教育的同时，实施宽口径专业教育，增强适用性及工程应用性，培养具有良好的综合素质、复合的知识结构和综合能力、较强的创新精神和创新能力的高素质新型人才。
1.坚持本科教育的基础性原则。根据华中科技大学“应用领先，基础突破，协调发展”的方针，以及“为社会和企业培养高层次研究型及应用型复合人才”的定位，尤其是本科生仍为研究生重要生源的实际情况，强调本科阶段的教学任务主要是完成本学科本专业的基础教育，为学生进一步深造和终身学习打下坚实的基础。此外，本学科正不断与其他学科交叉融合，学生未来的工作几乎不可能是“纯集成电路或集成系统化”，较宽的专业基础使学生适应能力更强，也有望在学科边缘开展创造性工作或深入到某个应用领域中开展工作。
2.课程系统性、完备性原则。课程体系的系统性与完备性是指为实现本专业的培养目标、达到培养要求，使课程体系覆盖专业方向所需要的尽可能多的知识点，而且各知识点之间具有连贯性、系统性和完备性。这就要求本专业的毕业生应该具有从系统的设计思想、方法到集成电路设计与实现所需的一系列知识与能力。本专业的课程体系包括以下三个部分：基本理论与知识;集成电路与集成系统的设计原理、方法与技术，相关领域的集成电路应用知识。
3.注重学科交叉专业融合的原则。集成电路是各类信息产品的核心技术所在，因此本专业的基础研究和应用研究遍及整个信息技术领域。目前信息技术领域的一个明显趋势是3C（计算机、通信、消费类电子）融合，一个完整的电子信息产品的开发过程可能涉及电子、计算机、通信、自动控制等多个学科领域。为了适应这一发展趋势，在课程体系的设置上已充分考虑多学科的交叉和融合。为此，课程体系应该覆盖电子科学与技术、计算机科学与技术、信息与通信工程等多个学科的主要知识点。
4.课程整体性优化的原则。对于基础类课程，主要强调理论基础知识和能力，同时尽量突显其应用价值或潜力;对于工程和应用基础类课程，特别强调对原理、方法、思路、发展趋势等方面的学习和融会贯通，杜绝教学内容严重滞后于学科发展的不良现象。适当压缩课堂学时，给学生更多自主学习时间。保证课程体系的整體优化，通过加强课程间的衔接和呼应，去掉重复内容;保证授课、自学、实践相结合;依靠课堂讲授技术的现代化，依靠选修课，广泛展示本学科的新技术、新应用和新方向，为学生提供更多的选择余地。
5.知识、能力、素质协调发展的原则。通过系统的课程学习，学生在本科阶段掌握的知识基本定型，但学生如何获取新知识以及运用所学知识解决问题的能力和学生较强业务素质的培养等方面还要求多个环节分工、配合，共同努力，包括大课讲授、课后实习、课程设计、综合实习、大学生课外科技创新、毕业设计等。此外，集成电路设计与集成系统是实践性极强的专业，对学生实际动手能力的培养非常重要。为此，本计划设计了多个课程设计，均绑定在系列课程之后，实验内容一般为学生自主完成设计性和综合性实验。
6.从“精英”到“群英”的原则。在高等教育的后大众化阶段，“精英”教学由于受益面过小而受到来自公平与效率的拷问。这就要求制订培养方案时要突破高校普遍存在的创新人才培养受益面窄、关注“高峰”有余而“高原”不足、学生自主学习能力缺乏等问题[2]。
7.突出工程应用的原则。本科教学应该充分考虑社会及企业的需要，某些课程的内容和实验内容设置应具有明显的工程特色。为了提高学生的就业竞争力，并使学生在就业后能够尽快适应工作岗位，应该面向企业需要多开设一些实用性及工程性强的课程，并通过大量的实验课时和实践环节来提高学生的动手实践能力。
三、集成电路设计与集成系统专业课程体系制定
按一级学科确定核心课程，在国内率先系统构建电子工程与计算机科学（EECS）交叉融合专业人才培养体系，集成电路设计与集成系统专业各类课程的学时数和比例见表1。本课程体系特点如下。
1.大规模增加综合型研究性课程设计。集成电路设计是实践性极强的学科，学生动手能力的培养尤其重要。除了教育部规定的基本实践教学环节之外，培养方案中增加了五个综合型研究性的课程设计。课程设计中，实施“以项目为驱动的教学（Project-Oriented-Teaching，POT）”[3]方式，强调通过团队的合作，从立项开始，规划并实施项目的全过程，体现“以学习者为中心”[4]的创新型集成电路人才培养目标。将课程设计、课外科技创新、生产实习、毕业设计等多个环节有机结合，形成POT模式的长线培养机制。
2.按电子科学与技术一级学科确定核心课程。电子科学与技术一级学科，其各个二级学科具有相同且相当固定的基本原理与基础知识，把这些知识传授给学生，并融会贯通，以“不变”应“万变”。本培养计划正是以此为基础确定出一级学科核心课程集，它由基础理论系列、专业基础系列、专业核心系列三个主干系列课程组成，作为本专业学生的基本要求。
3.按照EECS设置学科基础课。“计算机组成原理”、“处理器体系结构”、“信号与系统”、“嵌入式系统原理与设计”等集成系统类课程体系化，有利于系统地指导学生掌握集成电路设计基本理论、集成电路设计基本技能、计算机软硬件系统等知识，利于培养学生从集成电路制造工艺、晶体管、模拟电路和数字电路等基本底层工艺级和电路级设计到VLSI、处理器设计及微机系统开发的能力，以构成从集成电路工艺和电路设计技术到处理器设计、计算机系统应用开发等系统知识培养的完备的人才培养体系。
4.限选课程上进行专业方向分流。“半导体器件及集成电路设计”是我系的优势学科方向，必须保持和发扬，同时大力发展“体系结构及嵌入式系统”方向，满足国家企业及科研院所对集成电路与系统人才的急需刻不容缓，为此设计了两个专业方向系列课程，使不同专业方向的学生在半导体器件及集成电路设计、体系结构及嵌入式系统开发和应用的能力上各有侧重。
5.宽口径专业方向特色的任选课程集合。本计划充分利用选修课，广泛展示本学科的新技术、新应用和新方向，同时考虑集成电路与系统与其他学科的不断交叉融合，让学生有选择的余地、求学的欲望和攻读的乐趣，特设了一个宽口径选修课系列。
四、集成电路设计与集成系统知识点及开设课程
集成电路设计与集成系统专业建设依托于“电子科学与技术”一级学科，以及跨信息类的“计算机科学与技术”、“信息与通信工程”、“控制科学与工程”等三个一级学科。因此，确定了本专业的五大知识模块，并按这些知识模块来开设专业课程。这五大知识模块及对应课程如表2所示。
下面，以“体系结构及嵌入式系统”知识模块为例，介绍其对应课程和授课内容。
1.计算机组成原理。授予学生计算机软硬件中各部件的功能、组成原理等计算机系统基础理论知识，帮助学生了解及建构一个现代计算机系统的完整概念，以培养学生对计算机硬件系统的基本分析和设计能力。
2.处理器体系结构。授予学生计算机或处理器系统结构的基本概念、基本结构、基本设计技术和分析方法，以培养学生从总体结构、系统分析这一层次来研究和分析计算机系统的能力，掌握基本的处理器系统分析和设计技术。
3.嵌入式系统原理与设计。授予学生嵌入式系统的基本概念、原理、设計原则与方法，并在嵌入式系统基础知识的基础上，通过典型案例培养学生的嵌入式系统应用开发能力。
4.数字集成电路可靠性设计。授予学生集成电路中有关软错误概念、故障、错误与失效等基础知识，从电路级、门级及体系结构级分析数字集成电路的可靠性设计技术，以便学生掌握基本的数字集成电路的可靠性分析和设计方法。
5.集成电路系统综合探索与实践。以数字集成电路、计算机的基本软硬件系统为基础，以应用为主线，结合国内外最新的前沿研究，通过具体的处理器设计和嵌入式系统开发案例，对体系结构及嵌入式系统知识点和各课程的重要知识点进行分析和串讲。
五、总结
集成电路产业是信息产业的核心和基础，对国民经济的增长起着至关重要的作用。加强集成电路设计与集成系统本科专业建设，是众多高校努力的目标。华中科技大学研究了国内外相关专业的课程体系后，结合本国国情，制订了集成电路设计与集成系统专业的培养方案，希望为中国的集成电路领域培养高质量创新人才，为全国集成电路设计与集成系统本科专业的建设和改革起到示范带头作用。
参考文献：
[1]教育部、科技部关于批准有关高等学校建设国家集成电路人才培养基地的通知.教高[2003]2号文件.
http：///edoas/website18/level3.jsp？tablenam-
e=48&infoid=536
[2]柯佑祥，唐静，谢冬平，张新亮，刘继文，聂明局.从“精英”到“群英”：一流本科教学的困局与超越——华中科技大学光电信息国家试点学院教学改革的探索与实践[J].高等工程教育研究，2017，（02）：160-165.
[3]Ming Xue，Changjun Zhu.The Application of "Project-oriented" Teaching Mode in Computer Course of Advanced Vocational Education.Proceedings of the 2009 IITA International Conference on Control，Automation and Systems Engineering （case 2009）.IEEE Computer Society Washington，DC，USA，2009：652-654.
[4]瑪丽埃伦·韦默.以学习者为中心的教学：给教学实践带来的五项关键变化[M].洪岗，译.浙江大学出版社，2006：1-5.
Research on the Undergraduate Major Training Plan of Integrated Circuit Design and Integrated System
—Taking Huazhong University of Science and Technology as an Example
ZOU Zhi-ge，ZOU Xue-cheng，LEI Jian-ming，YANG Xiao-fei
（School of Optical and Electronic Information，Huazhong University of Science and Technology，
Wuhan，Hubei 430074，China）
Abstract：In order to encourage and support the development of China"s integrated circuit industry，the government has issued a series of documents.In view of the shortage of integrated circuit talents in China，Huazhong University of Science and Technology started its undergraduate major of integrated circuit design and integrated system in 2009.Starting from the experience of many domestic universities，the establishment principles are determined.After extensive investigation of domestic and international relevant professional training programs，a unique training program is formulated.The architecture and knowledge points of embedded system are taken as an example，curriculum system and teaching contents are given out.Summarizing the achievements and experience of professional construction in the past 10 years，the training program has been highly recognized by universities and employers.
Key words：integrated circuit design and integration system;undergraduate major;curriculum system;education