微電子科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究與實踐

李 昶 孫小香 李宏民

（湖南理工學(xué)院 湖南岳陽 414000）

一、研究背景

集成電路因其重要的戰(zhàn)略地位成為全球關(guān)注的焦點。加快構(gòu)筑以集成電路為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)成為推進信息和工業(yè)化融合、提升國家安全戰(zhàn)略的第一要務(wù)[1]。1956年國務(wù)院制訂《1956至1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃綱要》，半導(dǎo)體技術(shù)被列為國家重點科學(xué)技術(shù)項目之一，標(biāo)志著我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展和建設(shè)的開端。經(jīng)過近70年的建設(shè)，集成電路產(chǎn)業(yè)邁上了全新的發(fā)展臺階，但飛速發(fā)展過程中暴露的問題也直面而來，“大而不強，快而不優(yōu)”的突出矛盾制約了集成電路產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展?？偨Y(jié)起來，我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要存在以下突出問題：（1）企業(yè)無法突破低端產(chǎn)品定位鎖定的格局，我國集成電路產(chǎn)品覆蓋全面，在各個主要集成電路領(lǐng)域都不缺乏國內(nèi)企業(yè)的參與，但大部分企業(yè)提供的產(chǎn)品無法獲得高價值和高端市場份額；（2）基礎(chǔ)環(huán)節(jié)受制于人的局面沒有得到根本性改變，美國對華為和中興等企業(yè)進行的制裁讓我們深刻地認識到我國集成電路產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的薄弱性，在產(chǎn)業(yè)鏈最上游和最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)不能實現(xiàn)自主可控；（3）芯片設(shè)計人才供不應(yīng)求。根據(jù)《中國集成電路產(chǎn)業(yè)人才白皮書（2019-2020年版）》統(tǒng)計，我國集成電路行業(yè)從業(yè)人員的結(jié)構(gòu)正在發(fā)生調(diào)整，芯片設(shè)計人才需求旺盛，設(shè)計人才的需求量保持第一位。按照當(dāng)前的人才需求，集成電路產(chǎn)業(yè)設(shè)計從業(yè)人員仍存在大量缺口，人才供應(yīng)不足勢必會阻礙產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。

要想沖破我國集成電路產(chǎn)業(yè)面臨的發(fā)展瓶頸和西方國家對我們的技術(shù)封鎖，關(guān)鍵核心在產(chǎn)業(yè)人才[2]。因此，當(dāng)下微電子科學(xué)與工程專業(yè)的建設(shè)關(guān)乎集成電路產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展。但傳統(tǒng)的微電子科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式難以應(yīng)對集成電路產(chǎn)業(yè)日新月異的發(fā)展，如何應(yīng)對理論和技術(shù)的快速更新迭代，滿足產(chǎn)業(yè)對當(dāng)下和未來人才的需求，成為微電子科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)面臨的緊迫問題?，F(xiàn)有研究表明：微電子科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式主要存在以下共性問題[3]：（1）學(xué)生缺乏實踐能力和拓展技能培養(yǎng)。（2）學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)意識和能力培養(yǎng)。（3）“雙師雙能”型教師缺乏?？偠灾?dāng)前微電子科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)體系與集成電路產(chǎn)業(yè)實際的用人需求存在偏差甚至是脫節(jié)現(xiàn)象[4]。要改變這一現(xiàn)狀，需要在人才培養(yǎng)體系層面進行改革，以企業(yè)的實際人才需求為出發(fā)點，面向集成電路產(chǎn)業(yè)鏈，有針對性地開展教學(xué)改革[5]。

本論文以湖南理工學(xué)院微電子科學(xué)與工程專業(yè)的本科生作為研究對象，面向集成電路產(chǎn)業(yè)鏈需求，構(gòu)建基于“一鏈、雙向、三體”的“1+2+3”全面型人才培養(yǎng)體系。以集成電路產(chǎn)業(yè)鏈（一鏈）中微電子器件和工藝版圖設(shè)計為切入點，以培養(yǎng)應(yīng)用型和科研型人才為出發(fā)點，以產(chǎn)教融合和科教融合（雙向）為路線，以教學(xué)平臺、實驗平臺和實踐平臺（三體）為支撐（如圖1所示），以理論教學(xué)、實驗教學(xué)、工程實習(xí)、科學(xué)研究為載體，建立并完善一套具有可操作性和可推廣性的人才培養(yǎng)運行機制，實現(xiàn)高校人才培養(yǎng)與企業(yè)用人需求之間的準(zhǔn)確對接，從而達到培養(yǎng)高質(zhì)量人才的目的。

圖1 “1+2+3”人才培養(yǎng)體系總體方案示意圖

二、培養(yǎng)體系方案

1.策略與途徑

“因材施教”是高質(zhì)量人才培養(yǎng)的重要前提，如何實施人才培養(yǎng)的細分化是開展因材施教的關(guān)鍵所在?！?+2+3”人才培養(yǎng)體系細分化的總體策略是應(yīng)用型學(xué)習(xí)為主，科研型學(xué)習(xí)為輔。細分途徑基于雙向選擇、分階段和分層次以及學(xué)生為本的基本原則。雙向選擇原則是指，一方面,學(xué)生根據(jù)自己的興趣和意向選擇應(yīng)用型或科研型，比如具有就業(yè)意向和具有讀研意向的學(xué)生可分別劃分為應(yīng)用型和科研型；另一方面，科研型教師在開展課程教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)有科研興趣和潛力的學(xué)生可進行積極的引導(dǎo)并成為其科學(xué)研究導(dǎo)師。分階段和分層次原則是指，培養(yǎng)模式的選擇要綜合考慮學(xué)生所處的年級和個人能力特點并給予正確的引導(dǎo)和建議，針對不同階段和層次的學(xué)生制定個性化的培養(yǎng)方案。學(xué)生為本原則是指，要尊重學(xué)生的個人發(fā)展意愿，在不同的學(xué)習(xí)階段允許學(xué)生在應(yīng)用型和科研型培養(yǎng)模式之間進行切換，且教師在這一過程中要給予充分的幫助和支持?；谝陨喜呗耘c途徑，實現(xiàn)應(yīng)用型人才和科研型人才培養(yǎng)的合理劃分，并最終向社會輸出高質(zhì)量的、全面型的集成電路產(chǎn)業(yè)人才。

2.教學(xué)模式改革

應(yīng)用型和科研型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵在于教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，“1+2+3”人才培養(yǎng)體系以培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和科研能力為主要目標(biāo)，實施以下四種教學(xué)模式：

（1）工程應(yīng)用導(dǎo)師和科學(xué)研究導(dǎo)師負責(zé)制

基于學(xué)生培養(yǎng)細分化的模式，教師隊伍同樣進行細分化管理。工程應(yīng)用導(dǎo)師和科學(xué)研究導(dǎo)師分別負責(zé)應(yīng)用型和科研型人才的培養(yǎng)。工程應(yīng)用導(dǎo)師隊伍由具有企業(yè)任職或鍛煉履歷的專任教師和合作企業(yè)指派的工程師共同組成，前期隊伍建設(shè)以企業(yè)指派工程師為主，后期隊伍建設(shè)以學(xué)校專任教師為主，從而強化微電子科學(xué)與工程專業(yè)的“雙師雙能”教師隊伍建設(shè)?？茖W(xué)研究導(dǎo)師隊伍以學(xué)?？蒲行徒處煘橹?，企業(yè)研發(fā)工程師為輔，每位導(dǎo)師分配的學(xué)生人數(shù)結(jié)合個人的科研體量和意愿進行動態(tài)化調(diào)整。工程應(yīng)用導(dǎo)師和科學(xué)研究導(dǎo)師分別依照對應(yīng)的教學(xué)模式開展人才培養(yǎng)。通過學(xué)生和教師的細分化，強化學(xué)生和教師之間的紐帶，讓學(xué)生找到適合自己的導(dǎo)師，并在導(dǎo)師的引領(lǐng)下充分挖掘自身的潛力。

（2）“3+1”應(yīng)用型教學(xué)模式和“1+3”科研型教學(xué)模式

遵循學(xué)生為本的基本原則，工程應(yīng)用導(dǎo)師和科學(xué)研究導(dǎo)師分別參照“3+1”和“1+3”的教學(xué)模式開展人才培養(yǎng)?！?+1”教學(xué)模式是指學(xué)生前三年在學(xué)校進行有針對性的理論知識學(xué)習(xí)和實驗、實踐技能學(xué)習(xí)，最后一年選派進入關(guān)聯(lián)合作企業(yè)開展工作實習(xí)，實習(xí)期間由工程應(yīng)用導(dǎo)師負責(zé)指導(dǎo)，原則上由導(dǎo)師負責(zé)學(xué)生的畢業(yè)綜合設(shè)計任務(wù)?！?+1”教學(xué)模式旨在培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的工程實踐能力，讓學(xué)生從“坐而論道”和“紙上談兵”的學(xué)習(xí)者成長為“坐言起行”和“身經(jīng)百戰(zhàn)”的實踐者?！?+3”教學(xué)模式是指學(xué)生先進行一年的公共基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)，第二年開始跟隨科學(xué)研究導(dǎo)師進入實驗室開展科學(xué)研究工作，學(xué)習(xí)開展科學(xué)研究的基本思路和方法，原則上由導(dǎo)師負責(zé)學(xué)生的畢業(yè)論文研究任務(wù)?！?+3”教學(xué)模式旨在培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)研究技能，為我國集成電路產(chǎn)業(yè)薄弱的基礎(chǔ)理論研究積蓄科研力量。

（3）注重應(yīng)用和科研能力培養(yǎng)的一流課程

以培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)意識為出發(fā)點，以培養(yǎng)應(yīng)用能力和科研能力目標(biāo)，對課程教學(xué)內(nèi)容進行全面改革，摒除書本內(nèi)容全覆蓋的思想，有針對性、有目的性地開展課程教學(xué)。課程內(nèi)容設(shè)置參照“記憶型知識淺講解，理解型知識深講解，拓展型知識重引導(dǎo)”的基本思路，留給學(xué)生自主選擇的空間，激發(fā)學(xué)習(xí)意識，培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力，從而促進應(yīng)用能力和科研能力的提升。同時，加強精品課程（尤其是線上精品課程）建設(shè)，打造學(xué)生認可度高的“金課”，淘汰“水課”。目前，湖南理工學(xué)院微電子科學(xué)與工程專業(yè)已建設(shè)相關(guān)省級一流課程3項，包括《電磁場與電磁波》《單片機原理與應(yīng)用》以及《半導(dǎo)體物理》，隨著建設(shè)一流本科課程理念的深入，未來會有更多的專業(yè)課程加入其中，更加充分地保障學(xué)生專業(yè)理論知識的學(xué)習(xí)。

（4）信息化教學(xué)平臺建設(shè)

信息化是發(fā)展的大勢所趨，信息化技術(shù)和手段已經(jīng)滲透進社會體系的方方面面，深刻影響和改變著人們的生活、學(xué)習(xí)和工作。信息化教學(xué)的開展是育人理念緊跟時代發(fā)展的脈搏重要體現(xiàn)。湖南理工學(xué)院微電子科學(xué)與工程專業(yè)信息化教學(xué)平臺的建設(shè)思路為“線上線下有機結(jié)合，互為支撐”。平臺基本架構(gòu)如圖2所示，一方面，推進課程教學(xué)的信息化建設(shè)，線上開設(shè)“超新學(xué)習(xí)通”課程教學(xué)平臺，平臺具備教學(xué)資源發(fā)布、教師教學(xué)視頻回放、名校名師教學(xué)視頻學(xué)習(xí)、作業(yè)/測試發(fā)布、提交和批閱等一系列學(xué)習(xí)功能，讓其成為學(xué)生學(xué)習(xí)的線上第二課堂；另一方面，線下引入手機端App、電腦端軟件、音頻或視頻、遠程教學(xué)或答疑等信息化交互體驗，全面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生參與課堂教學(xué)的主觀能動性，同時結(jié)合線上平臺方便學(xué)生隨時隨地開展自主學(xué)習(xí)。創(chuàng)新線下課堂教學(xué)模式，積極探索翻轉(zhuǎn)課堂、小組討論、第二課堂等新興教學(xué)手段與專業(yè)課程的結(jié)合方式，讓先進的教學(xué)理念和手段在理科課堂上落地扎根。另外，線下引入實踐驅(qū)動教學(xué)模式，將實際工程案例和科研案例等帶進課堂，達到理論知識在案例中落地，學(xué)習(xí)興趣在案例中激發(fā)，應(yīng)用能力和科研能力在案例中鍛煉的效果。最后，通過創(chuàng)新性線下教學(xué)與信息化線上教學(xué)的有機互補保障理論教學(xué)的高質(zhì)量開展。

圖2 教學(xué)平臺架構(gòu)示意圖

3.實驗平臺建設(shè)

綜合性實驗平臺的建設(shè)以集成電路產(chǎn)業(yè)實際需求為導(dǎo)向，以湖南理工學(xué)院的地方性高校定位為考量，以微電子器件和工藝版圖設(shè)計為切入點，以半導(dǎo)體物理、微電子器件、集成電路專業(yè)實驗室以及半導(dǎo)體材料與器件科研實驗室為支撐，建設(shè)周期為三年。平臺基本架構(gòu)如圖3所示，涵蓋專業(yè)技術(shù)實驗和科學(xué)研究實驗兩部分。其中，專業(yè)技術(shù)實驗包含基礎(chǔ)理論實驗、測試與分析實驗、器件仿真實驗以及集成電路設(shè)計實驗；科學(xué)研究實驗包含新型鍺硅材料、有機薄膜材料、氮化鎵薄膜材料以及碳基納米材料研究。專業(yè)技術(shù)實驗依托三個專業(yè)實驗室和專業(yè)課任課教師開展，科學(xué)研究實驗依托物理與電子科學(xué)學(xué)院半導(dǎo)體材料與器件科研實驗室及其團隊成員開展。專業(yè)技術(shù)實驗和科學(xué)研究實驗相輔相成，既鍛煉學(xué)生的動手能力，又激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)意識。

圖3 實驗平臺架構(gòu)示意圖

4.實踐平臺建設(shè)

開拓和建設(shè)與專業(yè)密切相關(guān)的地方企業(yè)實踐教育基地，充分挖掘并整合學(xué)校和企業(yè)的教育教學(xué)資源，實施校企之間的聯(lián)培聯(lián)動機制，推行工程師進課堂和學(xué)生進企業(yè)的雙向教學(xué)模式，實現(xiàn)高校和企業(yè)間的互通互聯(lián)，打通人才培養(yǎng)的各環(huán)節(jié)。創(chuàng)新合作模式方面，企業(yè)和高?？蛇M一步提升相互的認可度，企業(yè)人員在指導(dǎo)學(xué)生過程中獲得的成果和榮譽可納入企業(yè)選拔人才的考量標(biāo)準(zhǔn)；深化合作力度方面，企業(yè)可更加深入地參與人才培養(yǎng)過程，如選派工程師指導(dǎo)學(xué)生參加各類學(xué)科競賽，這一過程中，企業(yè)將更加了解學(xué)生的個人能力特點，從而進行更加準(zhǔn)確的用人判斷；學(xué)生則可利用企業(yè)的資源在競賽中取得更好的成績，擴大學(xué)校的社會影響力。目前，湖南理工學(xué)院已建立微電、電子和光電專業(yè)校外實踐基地，能為學(xué)生提供豐富多樣的實習(xí)實踐環(huán)境，學(xué)生通過在實踐基地的學(xué)習(xí)，工程實踐得到了顯著提升，社會和企業(yè)認可度明顯改善。

結(jié)語

地方高校微電子科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)體系在多個環(huán)節(jié)與集成電路產(chǎn)業(yè)實際的用人需求存在偏差甚至是脫節(jié)現(xiàn)象。地方高校在人才培養(yǎng)體系層面進行改革十分有必要，以企業(yè)的實際人才需求為出發(fā)點，面向集成電路產(chǎn)業(yè)鏈，通過構(gòu)建面向集成電路產(chǎn)業(yè)鏈需求的“1+2+3”（一鏈、雙向、三體）人才培養(yǎng)體系，才能實現(xiàn)高校人才培養(yǎng)與企業(yè)用人需求之間的準(zhǔn)確對接，達到保“量”提“質(zhì)”的人才培養(yǎng)目的。