“知行合一”提高工科生工程能力

天津理工大學(xué) 劉慧敏 蘇 林 劉 君

“知行合一”提高工科生工程能力

天津理工大學(xué) 劉慧敏 蘇 林 劉 君

集成電路行業(yè)是一個(gè)工程實(shí)踐性非常強(qiáng)的行業(yè)，提高學(xué)生在工程實(shí)踐中的職業(yè)能力尤為重要。在現(xiàn)有的教育教學(xué)體系下，探索了新型的教學(xué)學(xué)習(xí)模式，應(yīng)用知行合一的教育理念，通過參加集成電路大賽，以賽代練，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，全面培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，通過實(shí)際的教學(xué)學(xué)習(xí)過程探討和總結(jié)了提高工科生工程實(shí)踐能力的新思路。

教學(xué)學(xué)習(xí)模式；工程實(shí)踐能力；知行合一

1 問題的提出

集成電路(Integrate,Circuit, IC)設(shè)計(jì)是多學(xué)科交叉高技術(shù)密集的學(xué)科，是現(xiàn)代電子信息科技的核心技術(shù)，是國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。目前國內(nèi)外對集成電路相關(guān)人才需求不斷增加。而由于IC行業(yè)的高資金投入，使得許多高校的教師無法實(shí)現(xiàn)為學(xué)生提供對集成電路全流程的認(rèn)識實(shí)踐機(jī)會(huì)，使教學(xué)內(nèi)容、方法只能停留在理論知識環(huán)節(jié)，存在著脫離實(shí)際和產(chǎn)學(xué)脫節(jié)的問題。目前許多本科生由于人數(shù)多、尤其是集成電路行業(yè)涉及企業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，無法或很少能直接給本科生提供合適的實(shí)踐實(shí)習(xí)的鍛煉機(jī)會(huì)，不能及時(shí)的滿足為企業(yè)輸送有一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人才，延長了人才培養(yǎng)周期。如何找到合適的切入點(diǎn)一直是困擾高校和企業(yè)的難題。而恰在此時(shí)，華大九天杯大學(xué)生集成電路大賽，為高校教師和學(xué)生開啟了一扇窗戶，為學(xué)校和企業(yè)的搭建了一個(gè)非常及時(shí)的平臺(tái)。我校自2012年連續(xù)四年參加了集成電路大賽，取得了一點(diǎn)點(diǎn)成績，更重要的是使學(xué)生真正認(rèn)識了解了集成電路專業(yè)的魅力所在。下面就我校參加集成電路大賽的一些感受和大家一起分享：

2 國內(nèi)外工程教育模式比較分析

在國外由麻省理工學(xué)院(MIT)和瑞典皇家工學(xué)院等發(fā)起．現(xiàn)已運(yùn)用到幾十個(gè)大學(xué)的眾多專業(yè)．并獲得產(chǎn)業(yè)界認(rèn)可的CDIO教育模式，CDIO代表構(gòu)思(Coneeive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)施(Implement)、運(yùn)作(Operate)。以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、與課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)掌握知識。培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)知識、職業(yè)道德和運(yùn)用知識解決問題的能力、終生學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)交流能力和大系統(tǒng)掌控能力，這種教育模式已成為了一種成熟的模式，對培養(yǎng)高級工程師是非常合適的，迄今已有幾十所世界著名大學(xué)加入了CDIO國際組織，這些學(xué)校采用CDIO工程教育理念和教學(xué)大綱開展教學(xué)實(shí)踐，取得了良好的效果[1-3]。

在我國高校具有全球最好最大的工科生源，具有巨大的工科教育規(guī)模，然而由于諸多的原因使得學(xué)校培養(yǎng)的工科生不能很快的適應(yīng)企業(yè)的需求，雖然目前我國的高等教育教學(xué)的課程與國外的大學(xué)基本類似，但是我們的學(xué)生上手慢，到企業(yè)容易出現(xiàn)不適應(yīng)，有時(shí)還需要企業(yè)重新培訓(xùn)。我們培養(yǎng)的學(xué)生理論深度完全是足夠的，但缺乏的是與時(shí)俱進(jìn)的工程實(shí)踐的教學(xué)學(xué)習(xí)模式，從而導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生只會(huì)考試，做題，一面對實(shí)踐的東西便會(huì)感到茫然，不知所措，不能很好的將理論聯(lián)系實(shí)際。

我們知道“知”和“行”是人們認(rèn)識世界過程中密切關(guān)聯(lián)的兩個(gè)方面，“知”是說人對客觀事物的了解，對客觀世界的認(rèn)識；“行”是說人的行為、行動(dòng)，是人的生命活動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐。因此我們采用知行合一的教育理念，結(jié)合本校學(xué)生的特點(diǎn)，探索了新型的教學(xué)學(xué)習(xí)模式，借助參加集成電路大賽來提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

3 知行合一新型培養(yǎng)模式實(shí)施

3.1 以小見大，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

集成電路專業(yè)的課程任務(wù)重，技術(shù)門檻高，許多學(xué)生在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下需要學(xué)習(xí)大量的專業(yè)理論知識，對其中的許多微觀的機(jī)理無法正確的理解，從而造成學(xué)習(xí)興趣下降，或者是心有余而力不足。

結(jié)合大賽的要求，我們對參賽選手的任務(wù)進(jìn)行分解，化整為零，使學(xué)生從小處著手掌握基本技能和方法后全面推開并提升其能力。無論是完成大任務(wù)還是小任務(wù)，我們都采用以下方法：一方面，使學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源、EDA工具，通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象然后去理解相關(guān)的理論知識，做實(shí)驗(yàn)探究，通過自己的努力去探索,去發(fā)現(xiàn),讓學(xué)生學(xué)會(huì)通過調(diào)查分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、整理思想等途徑，全方位掌握相關(guān)知識，以加深對相關(guān)知識的理解。另一方面，及時(shí)解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中提出的海量低端問題，使其的迷茫點(diǎn)降到最低，快速進(jìn)入到集成電路設(shè)計(jì)的狀態(tài)中來，通常許多學(xué)生剛開始時(shí)沒有任何頭緒，不知從何下手，但一旦入門后，往往會(huì)激發(fā)起學(xué)生強(qiáng)烈的欲望。

經(jīng)過一系列標(biāo)準(zhǔn)IC設(shè)計(jì)流程的訓(xùn)練，雖然學(xué)生設(shè)計(jì)的只是一個(gè)小小的模塊，但他們能夠切實(shí)的感受到IC設(shè)計(jì)的魔力，深深的提起了學(xué)生對這一方面的興趣，不積跬步，無以成江海，只有這樣積少成多，才會(huì)為將來設(shè)計(jì)更大更復(fù)雜功能更強(qiáng)大的芯片打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！

3.2 以賽代練，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人

IC設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，要用高屋建瓴的眼光統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，通過大賽的練習(xí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生由于缺乏對于相關(guān)理論深入的理解常常會(huì)使其研究進(jìn)入誤區(qū)，或者重復(fù)別人走過的道路。這時(shí)需要老師的及時(shí)指導(dǎo)，使學(xué)生慢慢形成了先讀書后做研究等良好的習(xí)慣。許多學(xué)生本來以為自己之前的學(xué)習(xí)還不錯(cuò)，理論考試分?jǐn)?shù)也很高，但是真正到了實(shí)踐運(yùn)用上便顯得力不從心了，才發(fā)現(xiàn)自己的只是沒有學(xué)透用透，在解決問題時(shí)力不從心。

大學(xué)生集成電路大賽是結(jié)合企業(yè)給學(xué)校出題目，提問題，學(xué)生通過比賽可以加強(qiáng)工程實(shí)踐意識，以賽代練。以往我們的教學(xué)為了使學(xué)生掌握主要的知識點(diǎn)，在許多地方都進(jìn)行了近似或忽略，而在工程實(shí)踐中這些都是不能忽略的，有許多在實(shí)踐中必須要面對的問題，學(xué)生通過參加大賽學(xué)會(huì)了能從工程的角度出發(fā)做出分析判斷，注重解決問題的實(shí)用性、有效性、經(jīng)濟(jì)性。雖然短短的幾個(gè)月時(shí)間，學(xué)生接觸了海量的信息，從中學(xué)會(huì)了進(jìn)行整理信息和分析方法，為我們以后開展其他科研活動(dòng)打下了良好的基礎(chǔ)，學(xué)生逐步學(xué)會(huì)了利用所學(xué)的知識，結(jié)合實(shí)踐來解決問題。

目前我們的教學(xué)基本上還是老師講學(xué)生聽，學(xué)生的主動(dòng)性不強(qiáng)。授人以魚，不如授人以漁。學(xué)生應(yīng)當(dāng)學(xué)會(huì)能在不同的情境下應(yīng)用知識的能力，能根據(jù)自身得到的反饋信息來形成對客觀事物的認(rèn)識，并由此得出解決問題的方案。通過參加大賽，學(xué)生帶著任務(wù)去探索學(xué)習(xí)所要學(xué)的內(nèi)容，能夠主動(dòng)的用基礎(chǔ)理論知識去解決工程實(shí)踐的問題，將理論和實(shí)踐知識相結(jié)合，隨著項(xiàng)目的實(shí)施不斷地揭示了學(xué)生的理論缺陷，也促使他們能主動(dòng)的進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充，在學(xué)習(xí)過程中真正成為了學(xué)習(xí)的主人。

3.3 團(tuán)結(jié)合作，化有形任務(wù)為無形力量

當(dāng)下我們許多學(xué)生都是獨(dú)生子女，團(tuán)隊(duì)意識淡漠，合作意識不強(qiáng)。然而IC設(shè)計(jì)是一個(gè)集體智慧合作的結(jié)晶，企業(yè)更多的是需要會(huì)合作的員工，這就需要我們教育工作者注意培養(yǎng)學(xué)生的合作能力。集成電路大賽需要幾個(gè)學(xué)生通力配合合作，才能如期的完成任務(wù)。通過參加比賽學(xué)生深深體會(huì)到了團(tuán)結(jié)合作的重要性?！氨娙耸安窕鹧娓摺保瑸榱巳缙诘耐瓿扇蝿?wù)，學(xué)生結(jié)合自身的特點(diǎn)，對任務(wù)進(jìn)行明確分工，作品的設(shè)計(jì)需要出自團(tuán)隊(duì)所有人內(nèi)心的想法，作品的每一點(diǎn)都體現(xiàn)著他們自己獨(dú)特的想法。從開始，從原理圖到版圖，他們都把作品當(dāng)做一個(gè)藝術(shù)品，通過集體探討相關(guān)問題，這樣不僅提高了工作效率，還讓他們對所選任務(wù)的性能有了更深入的了解。

經(jīng)過一段時(shí)間的努力，學(xué)生感覺參加大賽就像是一次實(shí)習(xí)，或者說像他們在工作一樣。每個(gè)團(tuán)隊(duì)在公司里接到任務(wù)，然后大家分工合作，相互討論交流，如何形成最有效的配比，如何提升性能，提高集成度……就這樣將有形的任務(wù)化為了無形的力量。

4 總結(jié)效果

在2012、2013、2014、2015年舉行的北京集成電路設(shè)計(jì)大賽中我校學(xué)生多次分別獲得一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)的好成績。更重要的是許多學(xué)生能夠逐步改變以往被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，能夠發(fā)揮其學(xué)習(xí)的特長，在此基礎(chǔ)上有所新發(fā)現(xiàn)。集成電路大賽為學(xué)生的綜合實(shí)踐能力的提高奠定了良好的基礎(chǔ)。目前我校的部分學(xué)生在一些集成電路企業(yè)從事相關(guān)工作，通過用人單位的反饋信息來看對我們學(xué)生具有的職業(yè)能力是認(rèn)可的。還有一些學(xué)生還進(jìn)入到其他兄弟院校進(jìn)行研究生的學(xué)習(xí)，通過跟蹤調(diào)查，反饋回來的信息表明我校的學(xué)生上手比較快，其深入學(xué)習(xí)的能力也還是不錯(cuò)的。

[1]王剛．CDIO工程教育模式的解讀與思考[J]．中國高教研究,2009(5):86-87．

[2]王天寶,程衛(wèi)東．基于CDIO的創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐[J]．高等工程教育研究,2010(1):25-31．

[3]陳祝,王天寶,聶海．基于CDIO工程教育理念的微電子工藝課程建設(shè)[J]．實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2012,15(1):32-34．

劉慧敏（1973—），女，青海西寧人，天津理工大學(xué)電子信息工程學(xué)院，教師，副教授，微電子學(xué)與固體電子學(xué)博士，研究方向：集成電路設(shè)計(jì)。

項(xiàng)目資助：

項(xiàng)目名稱：天津理工大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目，“知行合一”集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)課課堂教學(xué)模式改革初探，項(xiàng)目編號：YB12-08；

天津市高等教育學(xué)會(huì)‘十二五’高等教育科學(xué)研究重點(diǎn)課題，集成電路專業(yè)高等工程師培養(yǎng)的研究，項(xiàng)目編號：125z023。