集成电路产业作为信息产业的核心和国民经济信息化的基础,越来越受到世界各国的高度重视。目前,我国集成电路人才严重缺乏,现有集成电路人才远不能满足集成电路产业发展的需要。面对国家产业发展的战略重点调整和激烈的人才竞争形势,加大集成电路人才培养力度,改变集成电路人才培养模式,已经成为当前我国教育改革与发展的一项重要和紧迫任务。目前全国只有电子科技大学、西安电子科技大学、山东大学、华南理工大学、黑龙江大学、西安邮电学院等部分高校开设集成电路设计与集成系统本科专业,由于专业开设时间短、积累经验少,如何合理、有效地设置课程体系成为学科建设的重点和难点问题。
2005年,我校开设集成电路设计与集成系统专业,并逐步开展集成电路本科教学研究工作。作为一所普通本科院校,培养目标主要着眼于应用型IC人才的培养。多年来,在借鉴国内外院校集成电路课程体系的基础上,我校在教学实践过程中,从人才培养的目标与要求出发,通过不断完善课程体系,加强实践教学环节,确立专业特色和培养模式,建立了新形势下适合应用型IC人才培养的新课程体系。
一、人才培养的目标与要求
本专业旨在培养具有良好综合素质和职业道德、扎实集成电路理论和专业基础知识、良好集成电路设计与实现能力,以及较强竞争和创新能力,能够为地方经济建设和社会发展服务的应用型高级专门人才。毕业生毕业后可在集成电路设计公司、集成电路生产企业从事集成电路设计、制造、封装测试、集成电路工具的研发、电路系统开发等工作。
本专业学生主要学习集成电路设计与集成系统专业的基础理论、基本原理、设计方法、制造工艺、测试技术与应用方法,掌握新型设计软件的应用,了解集成电路与集成系统领域中的新进展与新技术;通过实践教学环节培养学生的动手能力,使学生具有较强的应用和创新能力,为今后从事集成电路与集成系统的研究、设计、开发、制造、测试以及运用集成电路设计工具进行集成电路设计、测试分析和集成系统分析设计打下坚实的基础。
本专业学生应具备以下几方面的知识、素质和能力:
1.具有使用硬件描述语言和前沿的计算机辅助设计工具对集成电路进行设计、仿真、分析、验证和测试的能力;
2.具有使用计算机语言进行编程和软件开发的能力;
3.具有较强的技术文档写作能力、科技资料与文献的收集与检索能力、新技术开发与研究能力;
4.具有良好的科学与工程素养,较强的自学能力和分析、解决问题的能力;
5.具有较强的外语口语表达能力和外语科技文献阅读能力;
6.具有不断创新和发展的意识及创业意识,适应社会发展需要。
二、集成电路专业特色
本专业的特色是依托软件进行集成电路设计与系统集成;专业定位强调人才培养的实用性、专业性和适应性。培养具有综合素质高、理论扎实、竞争能力和创新能力强,能够为经济和社会发展服务的紧缺人才。
三、培养模式
本专业采用前期趋同后期分流的培养模式。在前5个学期主要进行专业基础理论的学习,第6~8学期根据学生个人兴趣和能力进行模块化培养。这一培养模式可以使学生在具有扎实专业基础的同时,结合不同模块学习达到基础扎实、方向突出的目的。这一培养模式的目标是培养专业基础扎实,同时具有丰富的集成电路开发、电子系统集成和工程管理能力的应用型人才,重视本专业的发展前沿和相关专业知识的拓展,注重培养学生的动手能力。
四、集成电路设计与集成系统课程体系的确立
集成电路专业课程体系的确立与从事集成电路工作人员应具备的能力和知识体系结构有关。一般而言,集成电路设计人才应当具备如下能力:1.系统分析和建立电路设计规范的能力;2.掌握电路分析与设计技术;3.掌握IC设计技术;4.了解IC制造工艺与半导体材料基本特征。
据此,集成电路专业设计人才应具有的知识体系结构为:(1)电子技术应用基本概念、系统分析和设计方法;(2)电路系统分析、综合与设计基本理论、方法与技术;(3)集成电路系统及电路分析与设计基本理论、方法和技术;(4)器件结构与电路结构设计技术;(5)半导体材料与集成电路制造工艺知识;(6)集成电路测试与分析技术等。
结合上述对集成电路专业人才培养的能力和应具备的知识体系结构要求,集成电路专业人才培养的基本内容应主要体现在以下几个方面:电子技术知识;半导体物理与材料知识;集成电路分析、仿真原理和方法;集成电路设计技术;器件结构与专用集成电路设计;集成电路加工制造理论与技术;集成电路测试与可靠性分析技术。
结合上述内容,在充分借鉴国外知名大学有关人才培养经验的基础之上,针对我校集成电路专业的具体条件,提出新形势下集成电路设计与集成系统专业的本科课程教学体系。其基本特征是:厚基础,宽专业,强应用。把知识和技术应用能力的培养作为重点,使学生在学校能够学到今后从事相关集成电路工作的实际技术。
根据上述课程体系设置思路,我们提出下列课程体系设置方案:在课程体系中,开设通识教育平台与专业教育平台,专业教育平台又细分为学科与专业必修课、专业指导性选修课、专业任意性选修课与实践环节,在任意性选修课中,另行开设三个选修模块,学生可以在三个选修模块中进行选择。
通识必修课共计39学分,主要开设体育、英语、计算机、政治理论课、语文等公共课程。学科与专业必修课共计51学分,主要开设模电、电路分析、高等数学、线性代数、大学物理、数字电路、半导体物理、CMOS模拟集成电路设计、数字集成电路设计、数模混合集成电路设计等课程;实践环节共计16学分,主要涵盖了电子实习、金工实习、认识实习、学年论文、课程设计、毕业设计等内容;以上所列内容均为学生必修课程或必修实践项目,要求学生必须按时修读并获得相应学分以获得毕业资格。
在专业指导性选修课环节,主要涵盖以下科目:C语言、集成电路工艺、半导体材料、专业实验、半导体器件原理、专业导论、信号与系统、单片机原理及应用、PSPICE仿真、传感器原理、硬件描述语言、微机原理、复变函数、传感器接口电路、集成电路版图设计等,共计37.5学分,要求学生至少选修25学分;对于专业任意性选修课程,包括由Unix/Linux操作系统基础、半导体器件基础、MEMS技术与应用、Synopsis认证培训、概率论与数理统计、单片机实训课、C++高级编程、Matlab语言及应用等课程组成公共任意性选修课程,总学分为22学分,要求最低选择15学分,在此基础上,开设了3个模块化方向:数字集成电路设计;模拟集成电路设计;射频集成电路设计。对于每个方向,分别开设了相关专业课程,要求每个模块化方向中最低选修学分不能低于10学分。
在本课程设置体系中,总毕业学分要求为166学分,其中通识教育平台比例为30%,专业教育平台比例为70%,实习实践类课程学分为43.5学分,占总学分的比例为26%,充分体现了应用型高级专门人才的培养目标。
课程体系设置是专业建设中的核心问题,对人才的培养质量起决定性的作用。上述课程体系设置方案以集成电路设计为主干,以应用型高级专门人才为最终培养目标,课程设置具有较强的系统性、交叉性和实用性,符合当今集成电路设计与集成系统专业技术的发展趋势。这一课程体系对原有课程体系进行了较大的改动,在缩减总学时的同时,增加了实践环节的学时学分比重,有利于锻炼学生对所学知识的实际应用能力,从而提高其创新实践能力。
注:本文得到了黑龙江大学新世纪教育教学改革工程项目“CMOS模拟集成电路教学内容和教学方法的探索与实践”资助,特此致谢。
编辑/刘文捷