时间：2024-03-15 10:39:12
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇集成电路的设计基础知识，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
以集成电路为龙头的信息技术产业是国家战略性新兴产业中的重要基础性和先导性支柱产业。国家高度重视集成电路产业的发展,2000年,国务院颁发了《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》(18号文件),2011年1月28日,国务院了《国务院关于印发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》,2011年12月24日,工业和信息化部印发了《集成电路产业“十二五”发展规划》,我国集成电路产业有了突飞猛进的发展。然而,我国的集成电路设计水平还远远落后于产业发展水平。2013年,全国进口产品金额最大的类别是集成电路芯片,超过石油进口。2014年3月5日,国务院总理在两会上的政府工作报告中,首次提到集成电路(芯片)产业,明确指出,要设立新兴产业创业创新平台,在新一代移动通信、集成电路、大数据、先进制造、新能源、新材料等方面赶超先进,引领未来产业发展。2014年6月,国务院颁布《国家集成电路产业发展推进纲要》,加快推进我国集成电路产业发展,10月底1200亿元的国家集成电路投资基金成立。集成电路设计人才是集成电路产业发展的重要保障。2010年,我国芯片设计人员达不到需求的10%,集成电路设计人才的培养已成为当前国内高等院校的一个迫切任务[1]。为满足市场对集成电路设计人才的需求,2001年,教育部开始批准设置“集成电路设计与集成系统”本科专业[2]。
我校2002年开设电子科学与技术本科专业,期间,由于专业调整,暂停招生。2012年,电子科学与技术专业恢复本科招生,主要专业方向为集成电路设计。为提高人才培养质量,提出了集成电路设计专业创新型人才培养模式[3]。本文根据培养模式要求,从课程体系设置、课程内容优化两个方面对集成电路设计方向的专业课程体系进行改革和优化。
一、专业课程体系存在的主要问题
1.不太重视专业基础课的教学。“专业物理”、“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”是集成电路设计的专业基础课,为后续更好地学习专业方向课提供理论基础。如果基础不打扎实,将导致学生在学习专业课程时存在较大困难,更甚者将导致其学业荒废。例如,如果没有很好掌握MOS晶体管的结构、工作原理和工作特性,学生在后面学习CMOS模拟放大器和差分运放电路时将会是一头雾水,不可能学得懂。
但国内某些高校将这些课程设置为选修课,开设较少课时量,学生不能全面、深入地学习;有些院校甚至不开设这些课程[4]。比如,我校电子科学与技术专业就没有开设“晶体管原理”这门课程,而是将其内容合并到“模拟集成电路原理与设计”这门课程中去。
2.课程开设顺序不合理。专业基础课、专业方向课和宽口径专业课之间存在环环相扣的关系,前者是后者的基础,后者是前者理论知识的具体应用。并且,在各类专业课的内部也存在这样的关系。如果在前面的知识没学好的基础上,开设后面的课程,将直接导致学生学不懂,严重影响其学习积极性。例如:在某些高校的培养计划中,没有开设“半导体物理”,直接开设“晶体管原理”,造成了学生在学习“晶体管原理”课程时没有“半导体物理”课程的基础,很难进入状态,学习兴趣受到严重影响[5]。具体比如在学习MOS晶体管的工作状态时,如果没有半导体物理中的能带理论,就根本没办法掌握阀值电压的概念,以及阀值电压与哪些因素有关。
3. 课程内容理论性太强,严重打击学生积极性。“专业物理”、“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”这些专业基础课程本身理论性就很强,公式推导较多,并且要求学生具有较好的数学基础。而我们有些教师在授课时,过分强调公式推导以及电路各性能参数的推导,而不是侧重于对结构原理、工作机制和工作特性的掌握,使得学生(尤其是数学基础较差的学生)学习起来很吃力,学习的积极性受到极大打击[6]。
二、专业课程体系改革的主要措施
1“。 4+3+2”专业课程体系。形成“4+3+2”专业课程体系模式:“4”是专业基础课“专业物理”、“半导体物理”、“固体物理”和“晶体管原理”;“3”是专业方向课“集成电路原理与设计”、“集成电路工艺”和“集成电路设计CAD”;“2”是宽口径专业课“集成电路应用”、“集成电路封装与测试”,实行主讲教师负责制。依照整体优化和循序渐进的原则,根据学习每门专业课所需掌握的基础知识,环环相扣,合理设置各专业课的开课先后顺序,形成先专业基础课,再专业方向课,然后宽口径专业课程的开设模式。
我校物理与电子科学学院本科生实行信息科学大类培养模式,也就是三个本科专业
大学一年级、二年级统一开设课程,主要开设高等数学、线性代数、力学、热学、电磁学和光学等课程,重在增强学生的数学、物理等基础知识,为各专业后续专业基础课、专业方向课的学习打下很好的理论基础。从大学三年级开始,分专业开设专业课程。为了均衡电子科学与技术专业学生各学期的学习负担,大学三年级第一学期开设“理论物理导论”和“固体物理与半导体物理”两门专业基础课程。其中“固体物理与半导体物理”这门课程是将固体物理知识和半导体物理知识结合在一起,课时量为64学时,由2位教师承担教学任务,其目的是既能让学生掌握后续专业方向课学习所需要的基础知识,又不过分增加学生的负担。大学三年级第二学期开设“电子器件基础”、“集成电路原理与设计”、“集成电路设计CAD”和“微电子工艺学”等专业课程。由于“电子器件基础”是其他三门课程学习的基础,为了保证学习的延续性,拟将“电子器件基础”这门课程的开设时间定为学期的1~12周,而其他3门课程的开课时间从第6周开始,从而可以保证学生在学习专业方向课时具有高的学习效率和大的学习兴趣。另外,“集成电路原理与设计”课程设置96学时,由2位教师承担教学任务。并且,先讲授“CMOS模拟集成电路原理与设计”的内容,课时量为48学时,开设时间为6~17周;再讲授“CMOS数字集成电路原理与设计”的内容,课时量为48学时,开设时间为8~19周。大学四年级第一学期开设“集成电路应用”和“集成电路封装与测试技术”等宽口径专业课程,并设置其为选修课,这样设置的目的在于:对于有意向考研的同学,可以减少学习压力,专心考研;同时,对于要找工作的同学,可以更多了解专业方面知识,为找到好工作提供有力保障。 2.优化专业课程的教学内容。由于我校物理与电子科学学院本科生采用信息科学大类培养模式,专业课程要在大学三年级才能开始开设,时间紧凑。为实现我校集成电路设计人才培养目标,培养紧跟集成电路发展前沿、具有较强实用性和创新性的集成电路设计人才,需要对集成电路设计方向专业课程的教学内容进行优化。其学习重点应该是掌握基础的电路结构、电路工作特性和电路分析基本方法等,而不是纠结于电路各性能参数的推导。
在“固体物理与半导体物理”和“晶体管原理”等专业基础课程教学中,要尽量避免冗长的公式及烦琐的推导,侧重于对基本原理及特性的物理意义的学习,以免削弱学生的学习兴趣。MOS器件是目前集成电路设计的基础,因此,在“晶体管原理”中应当详细讲授MOS器件的结构、工作原理和特性,而双极型器件可以稍微弱化些。
对于专业方向课程,教师不但要讲授集成电路设计方面的知识,也要侧重于集成电路设计工具的使用,以及基本的集成电路版图知识、集成电路工艺流程,尤其是CMOS工艺等相关内容的教学。实验实践教学是培养学生的知识应用能力、实际动手能力、创新能力和社会适应能力的重要环节。因此,在专业方向课程中要增加实验教学的课时量。例如,在“CMOS模拟集成电路原理与设计”课程中,总课时量为48学时不变,理论课由原来的38学时减少至36学时,实验教学由原来的10学时增加至12个学时。36学时的理论课包含了单级运算放大器、差分运算放大器、无源/有源电流镜、基准电压源电路、开关电路等多种电路结构。12个学时的实验教学中2学时作为EDA工具学习,留给学生10个学时独自进行电路设计。从而保证学生更好地理解理论课所学知识,融会贯通,有效地促进教学效果,激发学生的学习兴趣。
1非微电子专业开设集成电路设计课程的原则
在非微电子专业如计算机、通信、信号处理、自动化、机械等专业开设集成电路设计技术相关课程，一方面，这些专业的学生有电子电路基础知识，又有自己本专业的知识，可以从本专业的系统角度来理解和设计集成电路芯片，非常适合进行各种应用的集成电路芯片设计阶段的工作，这些专业也是目前芯片设计需求最旺盛的领域；另一方面，对于这些专业学生的应用特点，不宜也不可能开设微电子专业的所有课程，也不宜将集成电路设计阶段的许多技术（如低功耗设计、可测性设计等）开设为单独课程，而是要将相应课程整合，开设一到二门集成电路设计的综合课程，使学生既能够掌握集成电路设计基本技术流程，也能够了解集成电路设计方面更深层的技术和发展趋势。因此，在课程的具体设置上，应该把握以下原则。理论讲授与实践操作并重集成电路设计技术是一门实践性非常强的课程。随着电子信息技术的飞速发展，采用EDA工具进行电路辅助设计，已经成为集成电路芯片主流的设计方法。因此，在理解电路和芯片设计的基本原理和流程的基础上，了解和掌握相关设计工具，是掌握集成电路设计技术的重要环节。技能培训与前瞻理论皆有在课程的内容设置中，既要有使学生掌握集成电路芯片设计能力和技术的讲授和实践，又有对集成电路芯片设计新技术和更高层技术的介绍。这样通过本门课程的学习，一方面，学员掌握了一项实实在在有用的技术；另一方面，学员了解了该项技术的更深和更新的知识，有利于在硕、博士阶段或者在工作岗位上，对集成电路芯片设计技术的继续研究和学习。基础理论和技术流程隔离由于是针对非微电子专业开设的课程，因此在课程讲授中不涉及电路设计的一些原理性知识，如半导体物理及器件、集成电路的工艺原理等，而是将主要精力放在集成电路芯片的设计与实现技术上，这样非微电子专业的学生能够很容易入门，提高其学习兴趣和热情。
2非微电子专业集成电路设计课程实践
根据以上原则，信息工程大学根据具体实际，在计算机、通信、信号处理、密码等相关专业开设集成电路芯片设计技术课程，根据近两年的教学情况来看，取得良好的效果。该课程的主要特点如下。优化的理论授课内容1）集成电路芯片设计概论：介绍IC设计的基本概念、IC设计的关键技术、IC技术的发展和趋势等内容。使学员对IC设计技术有一个大概而全面的了解，了解IC设计技术的发展历程及基本情况，理解IC设计技术的基本概念；了解IC设计发展趋势和新技术，包括软硬件协同设计技术、IC低功耗设计技术、IC可重用设计技术等。2）IC产业链及设计流程：介绍集成电路产业的历史变革、目前形成的“四业分工”，以及数字IC设计流程等内容。使学员了解集成电路产业的变革和分工，了解设计、制造、封装、测试等环节的一些基本情况，了解数字IC的整个设计流程，包括代码编写与仿真、逻辑综合与布局布线、时序验证与物理验证及芯片面积优化、时钟树综合、扫描链插入等内容。3）RTL硬件描述语言基础：主要讲授Verilog硬件描述语言的基本语法、描述方式、设计方法等内容。使学员能够初步掌握使用硬件描述语言进行数字逻辑电路设计的基本语法，了解大型电路芯片的基本设计规则和设计方法，并通过设计实践学习和巩固硬件电路代码编写和调试能力。4）系统集成设计基础：主要讲授更高层次的集成电路芯片如片上系统（SoC）、片上网络（NoC）的基本概念和集成设计方法。使学员初步了解大规模系统级芯片架构设计的基础方法及主要片内嵌入式处理器核。
丰富的实践操作内容1）Verilog代码设计实践：学习通过课下编码、上机调试等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述语言进行基本数字逻辑电路设计的能力，并通过给定的IP核或代码模块的集成，掌握大型芯片电路的集成设计能力。2）IC前端设计基础实践：依托Synopsys公司数字集成电路前端设计平台DesignCompiler，使学员通过上机演练，初步掌握使用DesignCompiler进行集成电路前端设计的流程和方法，主要包括RTL综合、时序约束、时序优化、可测性设计等内容。3）IC后端设计基础实践：依托Synopsys公司数字集成电路后端设计平台ICCompiler，使学员通过上机演练，初步掌握使用ICCompiler进行集成电路后端设计的流程和方法，主要包括后端设计准备、版图规划与电源规划、物理综合与全局优化、时钟树综合、布线操作、物理验证与最终优化等内容。灵活的考核评价机制1）IC设计基本知识笔试：通过闭卷考试的方式，考查学员队IC设计的一些基本知识，如基本概念、基本设计流程、简单的代码编写等。2）IC设计上机实践操作：通过上机操作的形式，给定一个具体并相对简单的芯片设计代码，要求学员使用Synopsys公司数字集成电路设计前后端平台，完成整个芯片的前后端设计和验证流程。3）IC设计相关领域报告：通过撰写报告的形式，要求学员查阅IC设计领域的相关技术文献，包括该领域的前沿研究技术、设计流程中相关技术点的深入研究、集成电路设计领域的发展历程和趋势等，撰写相应的专题报告。
3结语
随着传统集成电路设计和生产流程的改变，大多数芯片设计可以采用无生产线设计和代工厂生产的方式完成[2]，这种流程为高校集成电路设计人才的培养提供了低成本的硬件环境[3]。此外，随着我国对集成电路设计人才需求的逐年提高，在高校非微电子专业开设集成电路设计技术课程已经成为培养相关专业合格毕业生的必须。信息工程大学根据自身软硬件条件和学生具体专业情况，开设了集成电路设计技术相关理论和实践课程，经过两年的教学实践，取得良好的教学效果，培养了一批有着丰富专业技术知识的集成电路设计人才。
作者：宋克张帆沈剑良单位：信息工程大学信息技术研究所讲师
关键词：集成电路工艺；立体化教学；探索与实践
微电子技术是高科技和信息产业的核心技术，是伴随着集成电路（IC）发展起来的高新技术，对国民经济和国家安全有着举足轻重的战略作用。集成电路工艺作为电子科学与技术相关专业的专业课程，其任务是使学生掌握集成电路的主要工艺技术及相关原理，培养其自主解决工艺问题的能力。课程具有实践性强、理论与实践密切结合的特点，目前的教学存在强调理论、忽视实践的问题，学生害怕硬件，缺乏动手能力，不能扎实系统地掌握课程知识。本文对集成电路工艺的教学方法和教学内容进行了探讨，搭建了“理论―模拟―实践”的立体化教学平台，为大学教学改革提供参考。
一、目前课程存在的问题
1.教学模式的限制
在课程教学中，教学模式主要以理论授课为主，但是高等院校对微电子及集成电路专业的人才培养方式越来越强调对学生实践能力的培养，传统板书和多媒体PPT演示的教学方法已经无法满足与实验教学有机的结合。
2.教学资源的缺乏
要培养学生具备较好的动手能力及基本的科研素质，在集成电路工艺实验教学中，必须使用各种工艺设备，如扩散炉、退火炉、光刻机、刻蚀机等，这些设备仪器价格昂贵，购置和维护这些设备的费用远远超出了学校的承受能力，导致其中部分实验无法开设，降低了教学效果。
3.课程设置僵化
目前集成电路工艺的课程设置一般是采用理论教学和实验教学结合、理论教学和计算机模拟结合的形式，或者单独进行相关的课程设计，整个知识面不够系统，并且考核形式比较单一，不利于学生集成电路工艺设计和分析能力的提高。
二、立体化教学在课程中的实践
1.理论教学设计
集成电路工艺的基础知识所涉及的面较广，理论性较强，要求学生能够扎实掌握半导体原理和器件的相关知识，能够从前期的课程基础上解释工艺中出现的问题，如外延层构造及缺陷与器件性能间的联系、扩散参数与掺杂离子分布的联系等。所以，在教学内容的选择上突出交叉课程的相关性，将半导体原理和器件的内容融入工艺的教学内容中，有利于电子科学与技术专业学生对课程体系的整体掌握。
2.模拟仿真设计
TCAD（Technology CAD） 即工艺计算机辅助设计已经在集成电路工艺中有着举足轻重的作用，广泛运用于工艺优化、控制以及设计优化中，不但可以通过模拟芯片制备的整个工艺流程节省实验成本，在实验前后以及进行过程中，可以随时观察各项数据，对实验过程和结果进行直观分析，从而使学生得到及时全面的认知，改善教学效果。对理论教学中的案例进行验证性和探究性模拟实验设计，可以进一步加强学生对知识的掌握程度。基于南通大学的SILVACO―TCAD的教学软件，同样以热扩散工艺为例，如下图所示，扩散深度随着扩散时间的增加而增加，可见在模拟实验中可以便捷地修改各项参数，灵活设计教学内容。
3.实验教学设计
实验作为教学的重要组成部分必须与理论教学相辅相成， 必须能有效地促进学生对理论的理解，又要能在实验中应用相关理论，为学生获得新的理论知识打下良好的基础。目前集成电路工艺课程存在实验仪器贵重、精密、量少与实验人数多、实验时间短的供需矛盾，因此对于现有的设备一定要对实验参数进行正交设计，从全面实验中挑选出部分有代表性的点进行实验，注重高效率、快速、经济。
综上所述，在集成电路工艺课程中，建立理论授课―TCAD工艺模拟―工艺实验密切结合的立体化实验平台，不但能丰富课程的教学内容，而且能激发学生的学习兴趣，也能使学生更为扎实地掌握集成电路制备的整个流程和设计方式，增强动手能力，提升教学效果。
参考文献：
关键词：本科教育；微电子；课程体系；结构优化
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0033-03
一、引言
微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，是高科技和信息产业的核心技术。微电子产业是基础性产业，对国民经济有着巨大贡献，并渗透到其他很多学科，是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。作为电子通信类高校，南京邮电大学建校近50年来，正朝着信息科技类大学进军。随着电子、通信和信息等产业的飞速发展，国内外都需要大量的微电子学人才，我校成立微电子学专业，旨在为我国的ASIC设计方面，培养急需的人才[1-6]。我国“十五”计划纲要明确提出大力发展半导体集成电路产业，为了满足社会的发展和需求，我校微电子专业成立于2001年，并于2007年招收第一批本科生。在学校各级领导的重视和关心下，专业建设取得了飞速发展。本科人才培养方案是各专业人才培养目标、培养规格以及培养过程和方式的总体设计，是学校组织本科教学、规范教学环节、实现人才培养目标的纲领性文件，对人才培养质量具有决定性的影响。当今的高校教育不仅需要培养大量理论基础较扎实、具有开拓创新精神的专业型人才，也更需要培养大量工程应用型人才。所谓“应用型人才”主要是指德、智、体、美等方面全面发展的，能够将专业知识和技能应用于所从事的专业社会实践的高级专门人才。“应用型人才培养模式是以能力为中心，以培养技术应用型专门人才为目标的”。它更加注重的是实践性、应用性和技术性。即基础知识比高职高专学生深厚、实践能力比传统本科生强，是本科应用型人才最本质的特征。本科应用型人才培养模式是根据社会、经济和科技发展的需要，在一定的教育思想指导下，人才培养目标、制度、过程等要素特定的多样化组合方式。
二、深化完善本科教学体系改革的措施探讨
人才培养方案制（修）订工作对于学校实现人才培养目标、进一步深化完善本科教学体系改革具有重要意义，人才培养方案制（修）订需要全面贯彻国家中长期教育改革和发展规划纲要，认真落实教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见等文件要求，不断适应国家和社会发展需要，进一步深化教育教学改革，优化人才培养过程，提高人才培养质量，促进学生全面发展。具体的改革措施探讨如下。
1.进一步明确本专业的特点和优势。培养方案是高等学校实现人才培养目标、开展人才培养工作的总体设计和实施方案，为全面贯彻教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见，以执行最新颁布的普通高等学校本科专业设置管理规定为契机，推动我校新一轮专业建设和教学改革，以不断适应知识经济、科技、社会发展对各类高素质创新人才的需要，根据我校教育教学改革的实际，及时总结人才培养经验，以“本科教学工程”建设工作为抓手，积极参与教育部“卓越工程师教育培养计划”及“工程教育专业认证”，进一步更新教育观念，深化教育教学改革，提高本科教育质量，构建和完善适合我校办学指导思想、具有我校办学特色的本科创新人才培养体系，根据新《目录》规定的各专业培养目标、培养要求、主干学科、核心课程、主要实践性教学环节、主要专业实验，紧密结合近年“本科教学工程”改革实践，开展本科专业培养方案的修订。本专业培养适应社会发展需要，道德文化素养高，社会责任感强，身心健康，掌握扎实的自然科学基础知识和必备的专业知识，具有良好的学习能力、实践能力、专业能力和创新意识，能在微电子器件、工艺和集成电路设计及相关的电子信息科学领域从事科学研究、产品研发、工程设计、技术管理等工作的专门技术人才。主要专业方向为微电子器件、工艺和集成电路设计。注重集成电路设计、集成电路版图设计、微电子器件设计和MEMS设计。
2.课程设置进一步优化。课程的设置是否合理对人才的培养起到了至关重要的作用，尤其是现今提出的对专业人才的更高要求，需要进一步优化课程体系，合理安排课程内容。首先，在课程设置方面，当前，南邮本科微电子专业经过几年的发展，取得了不少成绩。但世界范围内微电子产业飞速发展的特点决定了高校微电子学科的教学必须紧紧跟随产业发展的步伐。我们在看到以前所取得的成绩的同时也必须看到其中所存在的一些问题，并积极进行改革创新。我校的微电子专业在设立初期，经过各方专家的反复讨论和论证，建立了一套统一的专业课程和教学大纲。这套课程满足该专业最基本的专业要求。但由于微电子专业设立时间不长，仍属于起步阶段，由于硬件条件和师资力量的缺乏和不到位，无法设立多样的课程体系和科目，所以目前的教学仍然是基本上按统一的教学大纲和教学要求组织。随着学校办学规模的扩大，通达微电子学院的设立，选修微电子专业课程的学生人数不断增加，原有的教学课程体系和科目还需要进一步细化、深化、推广。为此，在课程设置上，我们必须对已经投入使用的培养方案进行分析和总结、不断地进行修订和完善，将整个学科的课程结构体系、到具体到每一门课程的知识体系，都进行优化设计，以期在最短的学时内使学生掌握牢固的知识。最终使学生获得以下几方面的能力：掌握扎实的数学、物理等方面的基本理论和基本知识；系统掌握量子与固体物理、半导体物理与器件物理、半导体集成电路设计和制造的基本知识，具有独立进行微电子器件、工艺和集成电路设计的基本能力；了解电子信息类专业的一般原理和知识，受到科学实验与科学思维的训练，具有本学科与跨学科的科学研究与技术开发的基本能力；在综合类实践、实验中具有较强的独立设计、分析和调试系统的能力，能够完成综合性和探索性工作的能力；养成良好的学习习惯，对终身学习有正确认识，具有不断学习和适应发展的能力；其次，对于理论课程的内容，针对南京邮电大学的学科特点和电子科学与工程学院的实际情况，以及本专业的特色建设，主要专业方向为微电子器件、工艺和集成电路设计。注重集成电路设计、集成电路版图设计、微电子器件设计和MEMS设计。以能力培养为基础来设计，并考虑学生毕业后从事的职业，根据工作的要求对教学中的课程进行专项的能力和综合能力培养。在通识教育类课程中设置了高等数学、大学物理、物理实验、程序设计等。专业教育类课程中设置了信号与系统、数字电路与逻辑设计、模拟电子技术及电工电子实验等。这些是所有涉及到电类专业的学生都必须学习的课程。在微电子专业的专业课中安排了固体物理、半导体物理、半导体集成电路工艺、半导体器件物理、通信原理，这些课程都是基础理论课程，是为微电子专业的学生打下基本的专业基础。考虑到工程认证的需要，在集成电路与CAD的课程设置上，专门增加了16小时的实验，加强学生的实验和操作技能。在集成电路分析与设计的课程设置中，专门将模拟和数字分开，设置了各48小时的模拟集成电路分析与设计、数字集成电路分析与设计，这不同于其他院校的课程设置，应该也算是我专业的一个特色和优势。使学生掌握初步的集成电路设计知识，加强了学生的集成电路分析和设计的能力。除了已经设置的32小时的VLSI设计实验课和32小时的微电子专业实验，还增加了32小时的工艺实验，这也大大加强了实验和上机比例。具体来讲，已经在建设的ASIC设计实验室的基础上开展了ASIC设计实验课程的教学，并筹备建立了微电子专业实验室，拥有了一批工作站、计算机等硬件资源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等软件资源、学会一到两种EDA工具的使用方法。建设微电子器件和半导体物理专业实验课程，在广泛调研的基础上购置了必要的仪器设备、编写了实验教程、开展了半导体材料实验和晶体管测试实验；基于以上措施，建立一整套完备的、覆盖微电子产业前端和后端工序的微电子实验课程体系。开展了器件和工艺设计实验。掌握一定微电子实验能力是微电子专业本科生应当具备的基本素质。在微电子专业的专业选修课中设置了VLSI版图设计基础、片上系统设计、微电子器件设计、MEMS与微系统设计、新型微电子器件、通信集成电路等多门课程，涵盖了微电子方向的器件设计、电路设计、工艺设计等各个方面。更好地体现了应用型人才的培养方向和目标。再者，实践课程的内容上，由于微电子专业是一个实践性较强、实践内容多的专业，从集成电路的生成流程来看，其实践内容包括系统和电路设计、器件设计、工艺设计、版图设计、实际流片和测试。实践课程的设置对培养学生解决问题能力、判断能力和创新能力极为关键；需要工程认证的专业的实验实践课程必须要达到30%以上。因此，还拟通过建立微电子专业实验室，开设微电子和半导体测试实验课，在培养学生理论知识的同时，加强实践能力的培养，培养既有较深理论基础，又有一定动手能力的全面发展的学生。在实践型环节的课程设置中，通识基础课和学科基础课中安排了电类学科所必须的程序设计、电装实习、电子电路课程设计等。在专业基础课和专业课中，设置了软件设计、微电子课程设计等，尤其是微电子课程设计，将进行较大的改革，要求改革后设计内容都是与本专业紧密相关，全面运用到所学的专业知识。
3.师资队伍的建设。本专业现在拥有专业教师14名，完全满足本科的专业教学需要，但从事集成电路设计方向的老师比较缺乏。还有，学生的个性不同，使学生在学习的兴趣、主动性等方面差异很大；随着社会竞争的日益激烈和社会需求的不断变化，又使学生的未来发展面临很大挑战，学生的需求随之呈现多样化。因此，多元化的培养规格应当成为共识。将学生的具体情况和社会需求相结合，这就要求我们必须打破现有的统一模式，根据学生的实际和社会需求建立多样化的课程体系，实施分类教学，在保证打好扎实的专业基础的前提下，设立尽可能多的适应当今社会发展的方向性课程。建立既具有深厚扎实的理论知识功底，又具有精通实践、有很强的动手操作能力和解决生产实际问题能力的教师队伍迫在眉睫。近几年，我学院在引进高水平的师资力量方面进行了不懈的努力，微电子专业教师的队伍在不断扩大，教师的专业方向也在不断丰富，能够胜任并有选择性地担任各主要方向的专业课教学。但仍然缺乏学科带头人，缺乏一个凝聚人心的事业平台，学术梯队。这就要加速建设学科带头人、重点骨干教师和优秀青年教师4个层次的学术梯队。通过培养和引进，形成一批整体素质高、学术实力强、结构合理、具有团结协作精神的学术梯队，使其在学科建设中发挥突出作用。鼓励教师积极申报各类项目，积累一定的设计、实验和操作经验。鼓励教师与公司、研究所合作，鼓励教师到国内外高校去做访问学者，积极参加国内外举办的国际会议，从而了解专业的最新发展、前沿问题，开阔眼界。
三、小结
总的来说，微电子学是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。培养方案是高等学校实现人才培养目标、根据我校教育教学改革的实际，及时总结人才培养经验，以“本科教学工程”建设工作为抓手，积极参与教育部“卓越工程师教育培养计划”及“工程教育专业认证”，进一步更新教育观念，深化教育教学改革，提高本科教育质量，迫在眉睫。其中需明确我校的特点和优势，以通信集成电路设计为主要方向，同时兼顾工艺设计与器件设计。相信通过培养方案、课程设置、师资等各方面的建设，一定会培养出高质量的微电子学领域人才，为我国的微电子工业做出贡献。
参考文献：
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2007年7月4日，今天早上九点我们微电子04级全体同学在首钢nec门口集合，在姜老师和鞠老师的带领下跟随首钢nec工作人员开始了我们的参观实习。虽然天气炎热，但是同学们秩序井然，而且大家参观的热情高涨，充满了兴奋与好奇。
在工作人员的陪同下，我们来到了首钢nec的小礼堂，进行了简单的欢迎仪式后，由工作人员向我们讲解了集成电路半导体材料、半导体集成电路制造工艺、集成电路设计、集成电路技术与应用前景和首钢nec有限公司概况，其中先后具体介绍了器件的发展史、集成电路的发展史、半导体行业的特点、工艺流程、设计流程，以及sgnec的定位与相关生产规模等情况。
ic产业是基础产业，是其他高技术产业的基础，具有核心的作用，而且应用广泛，同时它也是高投入、高风险，高产出、规模化，具有战略性地位的高科技产业，越来越重视高度分工与共赢协作的精神。近些年来，ic产业遵从摩尔定律高速发展，越来越多的国家都在鼓励和扶持集成电路产业的发展，在这种背景下，首钢总公司和nec电子株式会社于1991年12月31日合资兴建了首钢日电电子有限公司（sgnec），从事大规模和超大规模集成电路的设计、开发、生产、销售的半导体企业，致力于半导体集成电路制造（包括完整的生产线――晶圆制造和ic封装）和销售的生产厂商，是首钢新技术产业的支柱产业。公司总投资580.5亿日元，注册资金207.5亿日元，首钢总公司和nec电子株式会社分别拥有49.7％和50.3％的股份。目前，sgnec的扩散生产线工艺技术水平是6英寸、0.35um，生产能力为月投135000片，组装线生产能力为年产8000万块集成电路，其主要产品有线性电路、遥控电路、微处理器、显示驱动电路、通用lic等，广泛应用于计算机、程控和家电等相关领域，同时可接受客户的foundry产品委托加工业务。公司以“协力·敬业·创新·领先，振兴中国集成电路产业”为宗旨，以一贯生产、服务客户为特色，是我国集成电路产业中生产体系最完整、技术水平最先进、生产规模最大的企业之一，也是我国半导体产业的标志性企业之一。
通过工作人员的详细讲解，我们一方面回顾了集成电路相关的基础理论知识，同时也对首钢日电的生产规模、企业文化有了一个全面而深入的了解和认识。随后我们在工作人员的陪同下第一次亲身参观了sgnec的后序工艺生产车间，以往只是在上课期间通过视频观看了集成电路的生产过程，这次的实践参观使我们心中的兴奋溢于言表。
由于ic的集成度和性能的要求越来越高，生产工艺对生产环境的要求也越来越高，大规模和超大规模集成电路生产中的前后各道工序对生产环境要求更加苛刻，其温度、湿度、空气洁净度、气压、静电防护各种情况均有严格的控制。
为了减少尘土颗粒被带入车间，在正式踏入后序工艺生产车间前，我们都穿上了专门的鞋套胶袋。透过走道窗户首先映入眼帘的是干净的厂房和身着“兔子服”的工人，在密闭的工作间，大多数ic后序工艺的生产都是靠机械手完成，工作人员只是起到辅助操作和监控的作用。每间工作间门口都有严格的净化和除静电设施，防止把污染源带入生产线，以及静电对器件的瞬间击穿，保证产品的质量、性能，提高器件产品成品率。接着，我们看到了封装生产线，主要是树脂材料的封装。环氧树脂的包裹，一方面起到防尘、防潮、防光线直射的作用，另一方面使芯片抗机械碰撞能力增强，同时封装把内部引线引出到外部管脚，便于连接和应用。
在sgnec后序工艺生产车间，给我印象最深的是一张引人注目的的海报“一目了然”，通过向工作人员的询问，我们才明白其中的奥秘：在集成电路版图的设计中，最忌讳的是“一目了然”版图的出现，一方面是为了保护自己产品的专利不被模仿和抄袭；另一方面，由于集成电路是高新技术产业，毫无意义的模仿和抄袭只会限制集成电路的发展，只有以创新的理念融入到研发的产品中，才能促进集成电路快速健康发展。
在整个参观过程中，我们都能看到整洁干净的车间、纤尘不染的设备、认真负责的工人，自始至终都能感受到企业的特色文化，细致严谨的工作气氛、一丝不苟的工作态度、科学认真的工作作风。不可否认，我们大家都应该向他们学习，用他们的工作的态度与作风于我们专业基础知识的学习中，使我们能够适应目前集成电路人才的需求。
这次参观，由于集成电路生产自身的限制，我们只能通过远距离的参观，不能进一步向技术工人请教和学习而感到遗憾，总的来说，这次活动十分圆满。
通过本次微电子校外认识参观实习，进一步加深了我们对微电子专业的认知和理解，回顾了基础理论知识，激发了我们大家对微电子专业的兴趣，促进了大家学习专业知识的自主能动性。同时，通过参观学习，我们对ic芯片制造工艺的过程，有关原理以及设备有了一个感性的认识，真正做到了理论结合实际，并且对目前微电子的发展现状和前景以及专业需求有了一定的了解，有助于我们树立正确的学习态度和明确的学习目标，对我们今后的学习和就业具有重要的指导意义。
关键词：数字电路；教学内容；教学手段；考核方式
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0084-02
数字电路是电子信息类专业的一门重要的专业基础课，学生通过对该课程的学习，应能正确掌握数字电路的基本理论和设计方法，并具备一定的实践应用能力。数字电路课程内容较丰富，但学时却在不断减少，使得学生在课堂上没有过多的时间去理解所学知识，难以跟上教师的节奏，导致他们失去了学习的兴趣。而且，随着电子技术的迅猛发展和电子行业对人才的需求，高校数字电路课程传统的教学内容和模式已远远不能满足社会的需要，因此，有必要在教学内容、教学方法和考核方式等方面做些改革和研究，探索以培养学生创新意识和创新能力为目标的教学新理念、新模式和新手段，以获得更好的教学效果。
一、课程教学内容的改革
数字电路课程理论体系非常丰富，内容较多，在教学中存在的问题主要有两方面。问题一是部分教师过分强调理论教学，对集成芯片的内部原理分析过于烦琐，以至于忽视了芯片的外部应用和数字电路设计中不断出现的新技术，导致学生疲于芯片电路原理的学习，疲于应付考试，而缺少时效性，不能将所学知识与实际应用相结合，毕业后不能适应企业的发展需求。问题二是部分教师教学体系安排不合理，过分强调开发工具的使用，而忽视基础理论的教学，这样使得学生对开发工具的应用操作能力较强，但不具备完整的知识体系，一旦遇到问题不能举一反三。因此，在实际教学中应体现课程的基础性、系统性和先进性，能够与时俱进，在教学内容的安排上，既要重视基础知识，又要紧跟时代的发展介绍开发工具的应用。在基础理论教学上，应该以集成电路为主线，对逻辑代数基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路和脉冲电路六大模块加以介绍，以小规模集成电路为基础，引入中、大、超大规模集成电路，逐步学习各类集成电路的芯片，教学中要着重强调各类电路的逻辑功能及应用。另外，要将基础理论与EDA技术相结合，使学生熟练掌握VHDL语言，熟练使用Quartus II软件，能够应用EDA技术设计数字电路，以培养学生的创新能力。
二、采用启发式教学
在传统的课堂教学中，往往都是课堂上教师讲授，课后学生做练习，课堂教学的信息量较大，学生难以接受，因此如何调动学生的学习积极性至关重要。而启发式教学，就是以教师为主导，在教学中不断引入实例，增强课堂上与学生的互动性，充分调动学生的主动性和创造性，引导学生能够举一反三，培养学生的自学能力和创新能力。
三、采用对比法介绍相关内容
在数字电路中，很多知识模块是相关的。例如，在介绍时序电路的设计时，可与组合电路的设计做对比。时序电路是在组合电路的基础上增加了记忆元件-触发器，因此两者的设计在步骤上是相近的。首先定义输入、输出变量是共同点，不同之处在于时序电路还需要定义不同的逻辑状态；其次要列写关于输出与输入变量的真值表，而时序电路还要表示出输出与输入变量、次态与初态之间的关系，因此对应的表称为状态转换表；然后需要写出关于输出与输入变量的逻辑函数式并化简，而时序电路要通过卡诺图化简写出状态方程、输出方程及驱动方程；最后都要画出逻辑电路图，但时序电路还要验证能否能自启动。
四、借助于网络，优化教学手段
目前，数字电路的课堂教学多采用课件，这样能够大大减轻教师板书的工作量，增加信息量，但是部分教师过分依赖于课件，不再写板书，这样虽然教学速度变快，但是学生难以与教师保持同步，很难做到互动，无法提高教学质量。因此，在课堂教学中应以“翻转课堂”为核心，以学校的网络教学平台为依托，建设数字电路课程教学资源，包括课程介绍、教学大纲、教学课件、试题库、在线测试[1]、录制教学微视频等内容，完善课程教学资源网站，使得学生在课堂教学的基础上能够借助于网络和多媒体技术完成课程基础知识的学习。在课堂教学中，教师可以针对不同的内容采用不同的教学方式。对知识性较强的章节可采用课件教学，如用卡诺图化简逻辑函数；对内容浅显的章节可以通过老师的指导，及与同学之间的交流，协助其完成知识的内化，如门电路内容；对于一些难点，可采用板书与课件相结合的方式，如异步时序电路的分析与设计、脉冲电路的分析与设计。
五、加强与完善实践环节
数字电路作为一门电子技术课程，具有很强的实践性，必须有相应的实践环节配合，进而加深学生对理论知识的理解，并能具体应用到实际生活中。因此，实践教学是数字电路教学中必不可少的一个重要环节。在实验课教学中，实验电路题目的设置要与课堂理论知识相对应，实验课进度要配合理论课的教学，让学生做实验时能够有的放矢。首先以验证性实验为基础，让学生熟悉实验仪器的操作，加深对数字电路集成芯片的认识，掌握如何解决实际问题；然后侧重于综合设计性实验，包括用译码器及数据选择器设计任意形式的组合电路，用触发器设计同步及异步时序电路，用集成计数器芯片设计电子秒表，基于译码器和计数器设计八路彩灯控制器，基于A/D和D/A转换器设计简易的数据采集系统等。另外，学生可以选做部分实验，在开学初就发给学生每人一块面包板和一套实验用元器件，让他们可以在课后根据教学进度完成实验电路的设计、调试等工作。还有部分实验，学生需要在EDA实验箱上完成，这样大大增加了学生的兴趣，提高了学生学习的自主性。在课程设计环节，设置每人一题，在期中就安排课设题目。因为实验课教学往往是针对某一个或几个知识点，具有局限性，恰巧课程设计环节可以弥补这个不足。课程设计题目的选择应具有一定的应用背景，与实际生活紧密联系，例如设计电风扇控制电路、酒店客房控制电路、彩灯控制电路、音量控制电路、全自动洗衣机控制电路等。在课堂教学中不断启发学生如何设计相应电路，用仿真软件Multisim设计、调试电路，最终在面包板上实现电路的功能。在整个课设过程中，学生的兴趣在不断提升，同时也培养了学生在“工程”设计、制作和组织管理等方面的创新能力[2]。
六、改革考核方式，重视能力的培养
目前，数字电路课程的考核方式还局限于传统的应试教育模式，只是以期末考试成绩作为评定学生的依据，导致教师仅为了提高及格率安排教学，而不注重学生创新能力的培养；反过来，学生仅为了考试及格而学，而不注重自身能力的提高。这种考核方式严重背离了高等学校教学的目标，因此在实际考核时既要重视知识的考核又要重视能力的培养[3]，其中以期末试卷形式的知识考核着重考查学生对基础知识和电路原理及应用的掌握程度，期末试卷的成绩占总成绩的60%―70%，其他部分则是对能力的考核。能力考核包括日常小测验及综合能力的测试，例如在实践环节的教学中，首先在课堂上提出综合设计性实验和课程设计的题目，学生在课间可以自由组合，提出电路设计的思路，再由教师引导学生思考各方案的利弊及改进方法，给出综合能力测试的成绩，最后以实际教学证明这种方法能够大大调动学生的积极性，促使学生踊跃发言，开阔思路，提升能力。
七、与留学生交流，互通有无
数字电路课程的教学对象除了国内学生，还包括来自多个国家的留学生，这些留学生性格迥异，学习能力也不同。在课堂教学中应采用自愿的原则，国内学生及留学生可以到对方课堂上学习、交流。由于学校国内学生和留学生教学进度不一样，而且国内学生基础知识要扎实一些，因此教师可以安排部分优秀的国内学生作为助教，到留学生课堂听课、指导实验和课程设计。实践证明这种交互的教学方式非常有效，学生进一步掌握了数字电路课程的基本理论和应用，提高了英语水平，促进了不同国家间学生的文化交流。通过近几年的教学改革与实践，不断完善多种教学手段，改革教学内容和考核方式，使得课堂教学质量得到提高，学生的学习兴趣得到提升。在今后的教学中，还要与时俱进，紧随数字电路发展的潮流，紧跟科技发展的前沿，不断改革教学方法与手段，培养高素质的应用型创新人才。
参考文献：
[1]王维，许青林，韩改宁.计算机科学与技术专业数字电路教学改革研究[J].福建电脑，2012，（09）：33-34.
[2]严国红，赵文来，张水英.基于Multisim和FPGA的数字电路实验教学改革与研究[J].中国校外教育（中旬刊），2013，（z1）：227.
[3]王帅.数字电路设计课程教学改革研究[J].中国科技信息，2010，（19）：270-271.
Teaching Reform and Research of Digital Circuit Course
XU Jin-li，GE Wen
（Institute of Electronic and Information Engineering，Shenyang Aerospace University，
Shenyang，Liaoning 110136，China）
关键词：高职教育；项目化教学；形成性考核
作者简介：张丽（1981-），女，江苏南通人，南通农业职业技术学院机电系，讲师。（江苏 南通 226007）
中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）26-0051-02
“数字电路与逻辑设计”是机电专业中的一门专业基础课，它的特点是逻辑性、实践操作性强。它的先导课程有“电路分析”、“模拟电子技术”和“protel99SE”，后续课程有“单片机技术”、“家电原理”和“电子测量技术”，在整个学科体系中起着承前启后的重要作用。
一、“数字电路与逻辑设计”课程设计的理念
以职业能力培养为出发点，应遵循“手脑并用”、“做学合一”、“理论与实际并行”、“知识与技能并重”的教学原则，突出以“能力为本位”的课程模式，以应用和就业为导向，以培养职业技能为目的。以学生为主体，教师为主导，才能充分发挥学生的自主学习积极性。把握学生的认知过程和接受能力的规律，注重对学生创新意识和创新能力、综合意识与综合能力、实践意识与实践能力的培养。以理论联系实际为指导，重点提升学生运用知识的能力，使之养成良好的学习习惯，把握行为引导法促进学生能力提升的发展性教育理念。
二、高职教育及高职学生的特点
高职学生的特点是基础知识薄弱、理论学习困难、学习情绪化、对感兴趣的事物接受能力强。
高职教育的特点是面向岗位群，机电专业面向的岗位主要有：
生产现场操作及维修岗位：要求具有机电产品生产现场的工艺实施能力；机电工具设备的使用与操作能力；对机电产品进行装配、检测与调试的能力；要求仪表的使用、计算机测试、系统分析或产品故障分析的技术能力要强。
机电产品、设备安装及调试岗位：能够对机电设备进行安装、调试、运行管理与设备维护，并能对一般控制系统进行维护与改造。
机电产品、设备技术管理及服务岗位：要求技术管理人员具备看懂机械图纸和电气图纸的能力；具有机电一体化设备的使用、维护、管理能力，具有一定的生产管理、技术管理等知识。机电设备销售与售后服务技术人员具有机电设备的原理、装配工艺等知识，具有机电设备的检测与维修能力。
三、“数字电路与逻辑设计”项目化教学的必要性
传统的教学法是从知识点的掌握到电路的分析再到电路的设计，由局部到整体，自下而上。它以教师为中心，以课堂为中心，以教材为中心，忽视了学生积极性、主动性的发挥，实践以模仿为主，突出技能性训练，缺少设计性、创新性，教学效果不是很理想。
因此，必须根据不同的岗位职业能力要求，确定课程的职业能力目标：会用各种表示方法描述数字电路逻辑功能，会分析常用电路的功能；能完成数字电路的设计，能分析和排除电路中出现的故障；能通过对数字集成电路芯片资料的阅读，了解数字集成电路的逻辑功能和使用方法；能熟练掌握数字电路中常用仪器仪表的使用；能画出所设计的数字逻辑集成电路的电原理图，能列出所设计的电路的元器件清单，会撰写所设计电路的测试说明。
根据课程的职业能力要求确定课程的知识目标：掌握逻辑代数基础知识；了解集成逻辑门电路内部构造；掌握组合、时序逻辑电路的分析设计；理解触发器的工作特性；掌握脉冲波形的产生和整形；A/D及D/A转换。
在此基础上采用项目教学法，它是从实际问题出发来讲电路的构造、元器件的选择，再到知识的运用，由整体到局部，自上而下，宏观把握，以学生为中心，以项目为中心，以实际经验为中心，紧紧围绕工作任务完成的需要来选择和组织课程内容，突出工作任务与知识的联系，让学生在职业实践活动的基础上掌握知识，增强课程内容与岗位职业能力要求的相关性，大大提高了学生的就业能力。
四、“数字电路与逻辑设计”课程设计思路
为落实以培养学生职业能力为目标的课程实施，给出课程总体设计思路：坚持以高职教育培养目标为依据，遵循“以应用为目的，以必需、够用为度”的原则，以“掌握概念、强化应用、培养技能”为重点，力图做到“精选内容、降低理论、加强基础、突出应用”。
课程设计以电子产品的制作为载体，以便于与企业共同开发该课程：项目一，声光控制灯电路制作；项目二，竞赛抢答器制作；项目三，电子生日蜡烛制作；项目四，流水彩灯制作；项目五，31/2位直流数字电压表的制作。
项目的选择以课程标准中的教学内容为依据，既与数字电路知识紧密结合，又能够充分体现当前的工程实际情况，同时具有一定的创新空间，学生可以运用学过的知识进行创造发挥。
通过任务引领的项目活动将必备的知识、技能、行为、态度内化融合，使学生具备本专业的高素质劳动者和高级技术应用人才所必须的数字集成电路设计、制作与测试的基本知识和基本技能，同时培养学生爱岗敬业、团结协作的职业精神。
五、“数字电路与逻辑设计”教学内容的设计
该课程的总体目标：使学生具备本专业的高素质劳动者和高级技术应用型人才所必需的电子设计基本知识，具备灵活运用常用数字集成电路实现逻辑功能的基本技能；为学生全面掌握电子设计技术和技能，提高综合素质，增强职业变化的适应能力和继续学习能力打下一定基础；通过问题的解决，培养学生团结协作、敬业爱岗、吃苦耐劳的品德和良好的职业道德观。
1.内容的选取
以项目二竞赛抢答器的制作为例来说明：
根据总体目标确定该项目的知识目标、技能目标、素质目标。
知识目标：掌握编译码器知识、触发器知识、计数器知识、脉冲波形的产生和整形知识、单稳态触发器知识、复习逻辑代数知识。
技能目标：掌握编译码器、计数器功能、选择连接及使用；掌握555定时器的连接及使用；运用仿真软件画仿真图；具备查阅集成芯片产品手册的能力。
素质目标：培养耐心细致的工作态度，培养严谨扎实的工作作风，培养学生竞争与合作意识。
2.教学内容的序化
（1）任务下达。将项目分解为五个子任务：译码电路的设计与制作、抢答电路的设计与制作、倒计时电路的设计与制作、声响电路的设计与制作、控制电路的设计与制作。
以子任务抢答电路设计与制作为例。知识目标：学习掌握二进制编码器、二进制优先编码器、BCD编码器、BCD优先编码器。能力目标：掌握编码器功能、选择连接及使用、运用仿真软件画仿真图、具备查阅集成芯片产品手册的职业能力。素质目标：培养耐心细致的工作态度、严谨扎实的工作作风、竞争与合作的意识。
对该子任务进行分析：选手抢答情形即选手A首先按下按钮，显示屏上显示A抢答成功，其他选手再按按钮无效，选手A松开按钮后，显示屏上A抢答成功的状态保持不变，直到主持人清零，进行下一轮抢答。抢答电路的重要功能：锁存功能。既要能“锁”，也要能“存”。“锁”——其他选手，“存”——抢答成功的选手信息。通过类比的方式引入编码的概念，对该任务进行仿真后下达任务卡。
（2）资讯。让学生回顾以往解决相关问题的方法，给出用门电路实现的方法；让学生检索常用编码器的数据手册，通过手册了解芯片的功能和基本使用，掌握编码器的测试方法，通过测试加深对芯片的功能和使用方法的了解。
教学重点：二进制编码器与优先编码器的异同点。教学难点：编码器的使用。对芯片进行测试后进行芯片用法分析。
（3）计划决策。通过类似电路分析，启发学生思路；引导学生讨论该任务中编码器的选型，分析采用二进制编码器设计的缺陷；重点讨论如何解决优先编码器的硬件电路已经固定好的优先级；深入各小组听取学生决策意见；根据任务要求，各小组讨论出任务实施方案，设计出系统框图，指导老师确认方案的可行性。
（4）任务实施。任务的实施过程主要以学生为主体，学生三人一组，将学习能力较好、中等、较弱的学生合理分配到各组，教师指导、答疑。
（5）检查评估。根据各小组的演示给出综合评价（部分实现、全部实现、有创新功能）；抽取设计较佳和较差电路进行点评；教师给出优化电路，要求学生课后进行分析。
3.教学手段、方法
项目二的教学方法：基于问题教学法 （从实际问题抢答竞赛出发）；基于兴趣的教学法 （向学生进行任务的虚拟仿真flash演示）；理论实践二位一体教学法 （编码器功能知识的掌握与电路搭建）；可视化教学法（芯片功能的测试将传统测试方法与专用的数字芯片测试仪结合）；小组讨论法（3人分组）；启发式教学法（任务分析部分）；类比教学法（编码概念引入部分）；探究法（任务实施过程中）。
本门课程教学手段、方法：任务驱动法、行为导向项目教学法；工学结合，现场教学法（项目中每个任务的综合）；传统教学手段（讲解法、示范法、模仿法、练习法）；多媒体教学手段（PPT课件、flash仿真、网络教学及互动平台）。
六、“数字电路与逻辑设计”考核评价方式
建立终结性评价和过程性评价相结合的评价方式。终结性评价中知识考核占30%，综合考核占70%。过程性评价以项目为单位，其中教师评价占40%，学习档案占30%，小组评价和自我评价各占15%。
七、总结
以职业岗位活动调研为前提进行职业能力需求分析；以职业能力需求分析为导向确定课程职业能力目标；根据职业能力目标的需求确定知识目标；根据岗位工作过程和认识规律构建教学模块；以职业能力训练项目作为课程目标和教学内容的载体；以真实的职业活动实例作为训练素材；通过项目教学真正实现“教、学、做”三者的融合；建立以形成性考核为主的课程考核体系。
参考文献：
[1]胡锦.数字电路与逻辑设计[M].第2版.北京：高等教育出版社，2002.
关键词：数字电路教学方法教学目标教学要求
“数字电子技术”是高职高专电类专业的一门专业基础课程,是一门理论性和实践性都较强的课程。它的任务是通过学习数字电路的基本概念、基本原理和基本技能使学生在数字电路方面具有一定的理论水平和实践技能,它是《微机原理与应用》、《单片机原理与应用》和《PLC原理与应用》等主要专业课程必不可少的基础知识。该课程对于学好后继专业课程以及提高学生的工程实践能力都有着极其重要的作用。
1立足于教学目标，展开教学
1.1知识目标
熟悉布尔代数的基本定律，掌握卡诺图与公式化简法；掌握数字电路中常用的基本单元电路和典型电路构成、原理与应用；掌握常用的中小规模集成电路功能。
1.2能力目标
具有查阅集成电路器件手册，合理选用集成电路器件的能力。对集成芯片，重点分析电路的外特性和逻辑功，以一些典型集成电路为例介绍如何查阅集成电路手册、资料等，使学生学会在实际应用中正确选择和使用集成芯片。
具有识读和分析一般典型应用电路的能力。增强电路分析的内容，弱化电路设计。传统数字电路教学往往注重电路设计内容的教学，好像只有电路设计的能力，才能代表水平，而电路分析代表技能，是低技术的。不过技能却正符合了高职高专的教学目标，所以在教学过程中，应注重电路分析方法的教学，让学生学会分析较复杂电路，能修改已有电路服务于自己的设计目标。
具有逻辑分析问题与解决问题的方法。随着数字技术的广泛普及,数字化社会已经到来,大规模、超大规模数字集成电路以其低功耗、高速度等特点,应用越来越广泛。因此如何在有限的时间内使学生扎实掌握数字电路基础知识理论和基本操作技能,培养分析问题、解决问题的能力,是教师在教学过程中需要认真思考的问题。并使学生在传统的数字电路逻辑分析、逻辑设计思维训练的基础上进一步建立起现代数字电路的应用与设计思想，掌握现代电子技术的新技术和新器件，在专业学习中适应当代硬件技术与信息技术的发展，为走向实际工作岗位打下坚实的基础，为拓宽就业市场寻求一条全新之路。
1.3思想教育目标
（1）树立热爱科学、实事求是的学风和创新精神、创新意识。（2）具有一定的自学能力和获取新知识、新技术的基本素质。（3）提高逻辑思维能力、养成认真细致的工作作风。
总之，专科教学不同于本科教学,专科教学注重于学生能力和综合素质的培养，教学过程中突出培养学生应用知识,分析解决实际问题的能力,以学生为主体,以教师为主导,以教学为主线，树立能力培养目标为重中之重的思想。
2选择合适的教材，以教学要求分层、考核形式分类的方式评价教学
2.1教材的选择
目前我校选择的教材充分体现了高职高专教育的特点，以应用为宗旨，强调理论与实践相结合。编写原则遵循由浅入深，通俗易懂，便于自学，力争做到“讲，学，做”统一协调，重点和难点采取阐述与比喻相结合，例题与习题相结合，实例与实验相结合，针对数字电路课程实践性强的特点，增加了与教材相应的实践环节教学内容。
针对数字电路教学过程中存在教学内容与学时数的矛盾，根据国家教委课程指导委员会的提议:EDA技术是电子技术类课程教学改革的重要方向。我校及时修订课程大纲、调整教学内容。把EDA技术和PLD器件纳入教学计划。将教学内容分为数字逻辑基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、可编程逻辑器件和脉冲信号的产生与整形五大模块。
2.2教学要求分层
教学要求分为五个层次A．知道、了解。学生对教学内容有感性的、初步的认识或只要能识别它B．领会、理解。学生对概念、规律、基本操作等有理性的认识，即能自述、解释和举例说明，并在教师的指导下能顺利地完成基本操作C．掌握、运用。学生在理解教学内容后，通过练习，形成技能；运用概念、方法、规则进行常规运算求解、论述和简单运用、自主操作等D．熟练掌握、灵活运用。学生能综合运用某个知识解决问题，综合运用某项技能进行熟练操作或小规模技术设计等，从而形成某种能力E．思想素质的提高。如态度、意识、精神、毅力等的培养。
同时，采取了以创新能力的培养为核心的“四位一体”教学法,即旨在通过学生自学、讨论、答辩、考查四个阶段,培养学生的自学能力以及分析问题和解决问题的能力,彻底解决传统教法中“满堂灌”的现象。
2.3考核形式分类
考核形式分为五种：笔试：传统的拟卷考试；操作：通过学生动手操作来考核；答辩：教师出题或学生自拟题，经一段时间的实践，学生以报告形式完成答卷并根据需要答辩；社会化考核：参加由国家有权部门认定的考试考核机构或组织进行的考试考核；社会评判：由社会评定结果如实习鉴定等。
通过多种考核形式达到综合评价学生的效果。
3采取传统和现代化教学手段结合方式，运用实例灵活教学
3.1传统和现代化教学手段相结合
教学课件是教材内容的提升和精炼,是将教材中的概念、定律及应用内容转化为形象逼真的映像展示给学生。多媒体教学进入课堂是对传统教学方法的改革,它是教学过程的一个有力工具,但决不能成为课堂教学的主宰,过于详细的课件使学生上课注意力不集中,一些学生觉得课程内容包含在课件中,便在课堂上不记笔记、注意力分散、交头接耳、甚至逃课。可以想象,教学中教师盯着显示器,学生盯着大屏幕,这样的教学情景很难调动教学气氛、影响教师配以肢体语言等的热情发挥,更谈不上师生间的互动。只有将多媒体教学方法和传统教学方法有机的结合起来,相互补充,并在教学实践中不断完善,才能取得完美的效果。
EDA是电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation)的英文缩写,将EDA技术引入数字电路课程教学,可以使教师在讲述理论的同时,利用EDA技术软件进行仿真、演示,使学生消除“抽象感”,增加学习的兴趣。使课堂教学更生动、直观,使数字电路课程中一些基本理论和基本概念更加容易理解。
3.2运用实例灵活教学
数字电路的授课可以结合生活中的应用举例,如目前多媒体PC机里的显示卡、声卡是用数电中的数——模(D/A)转换实现图像显示和声音播放的;制造业中的数控机床,交通信号灯的转向时间显示,家电产品中的CD、VCD、DVD等也都应用了数电技术。通过这些实例的介绍,可以使学生真正了解数字电路课程的重要性,从而能更加主动的去掌握所学知识。
培养创新型人才,就要实施创新教育,重视实验教学,改变以教师为主导的教育模式,充分发挥实验教学的作用,使之成为引导学生从实践来获取和应用理论知识的主要渠道,在完成验证性实验的基础上，实验大纲中安排智力竞赛抢答器和电子秒表等一系列的综合性实验，使学生在由简到繁的设计过程中了解设计工作的思路、方法，通过让学生实际制作，使学生懂得如何进行理论和实践相结合，加深对知识点的理解。
关键词：半导体器件物理；教学改革；探索与实践
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0222-03
一、引言
随着全球信息化进程的加快，微电子产业得到了迅速的发展，作为向社会输送技能型人才的高职院校，培养微电子专业学生具备一定理论基础和较强的实践创新能力显得尤为重要。《半导体器件物理》是高职院校微电子专业的一门重要的专业基础课，主要讲授的是半导体特性、PN结原理以及双极型晶体管和MOS型晶体管的结构、工作原理、电学特性等内容，该课程教学的目的是让学生掌握微电子学专业所用的基本器件知识，为学习集成电路工艺和设计打下理论基础。
二、目前课程面临的问题
1.学生的知识基础的不足。要系统而深入地学习《半导体器件物理》课程，一般要求具备量子力学、固体物理及统计物理等前导课程的基础知识。高职院校的学生，虽然是高中起点，但其中有很多文科毕业生，物理、数学基础较差，缺乏现代物理学方面的基本概念和相关理论知识，面对《半导体器件物理》课程的学习，知识上难以顺利衔接。
2.缺乏适合高职学生的教材。高职院校的微电子专业通常起步较晚，目前适合高职教育的《半导体器件物理》教材很少，比较成熟的几乎全部都是本科教材，其基础知识起点较高、数学推导繁杂，内容覆盖太广，不能适应高职学生的需求[1]。
3.教学模式的限制。《半导体器件物理》这门课理论性很强，通常把它定位于纯理论课程，在教学模式上通常以板书为手段，以讲授为主。其实，这门课是一门理论性和实践性并重的专业基础课，要求学生在掌握知识的同时学会科学的思维方法、具备开放的研究能力。但是传统的教学模式对这些能力的培养是一个束缚。
4.教学资源的匮乏。在教学过程中为提高教学效率、增强学生兴趣，强调充分应用现代教育技术和手段。但本课程缺乏直观生动、富有动态变化，切实反映物理过程的辅助用PPT，另外，网络资源很少，学生无法通过现代信息技术手段来实现自主学习。
三、课程教学改革探索与实践
1.编写适合高职学生的教材。基于高职学生的特点和培养高技能应用型人才的目标，在教学内容的选择上应以必须、够用为度，突出基础性、实践性。例如在半导体材料特性这一部分，我们注意和高中物理的衔接，删去K空间、布里渊区等过于艰深内容，增加了原子物理的基本概念，顺利引出能带论。在讲双极和MOS器件时，我们将半导体器件版图的内容渗透到教学内容中，让学生形成基本概念，有利于和《半导体集成电路》、《集成电路版图设计》等课程的衔接；同时引入半导体器件工艺流程，为学习《半导体制造工艺》打下基础，课程的实践性也得以体现。另外，教学过程中的数学推导尽可能简洁或者略去，注重通过图例阐述物理过程，避免学生的畏难情绪。
本课程的内容按照知识内在的逻辑关系，可以分为三个模块。集成电路的设计与制造是围绕着半导体材料特性展开的，是微电子专业课程的基础；PN结原理是双极型晶体管的基础、半导体表面特性是MOS型晶体管的基础；我们把这三块内容确定为基础模块。常规的半导体器件不是双极性型的就是MOS型的，集成电路的基本单元也就是这两种类型的晶体管，这是后续课程学习的关键，也是岗位职业能力的基础。我们把这两块内容定为核心模块。功率器件、太阳能电池、LED属于新兴的产品，对他们的结构原理的介绍也是有必要的，归为拓展模块。教学过程中要夯实基础（模块），突出核心（模块），介绍拓展（模块）。以期打好后续课程的基础，全面培养学生的职业能力。基于上述教学内容选择及组织形式，在多年教学实践的基础上，我们编写了一本文字浅显易懂、图例直观明了、论述明白流畅、数学表达简洁、理论联系实际、内容够用即可的校本教材。通过试用学生反映较好，为教学工作带来极大的便利。目前，教材《半导体器件物理》[2]已由机械工业出版社正式出版。
2.推进理实一体化教学改革。以前，教师通常将这门课当成一门理论课来上，以教师讲课为主，实行的是填鸭式的灌输教育，大部分学生对这种教学模式不感兴趣。笔者以为，《半导体器件物理》这门课是理论性和实践性并重的一门课程。在教学改革中我们将半导体实验嵌入其中，作为理实一体化项目。把原来的验证性实验改变为探究性实验，让学生通过实验现象自行分析研究，发现规律、得出的结论，从而提高学习积极性，增强感性认识，最终达到切实掌握知识的目标。
以PN结的正向特性——肖克莱方程为例，肖克莱方程的引入是个难点，完整的推导至少需要一个课时，作为高职院的学生来说，能听懂的是少数。现在我们讲完正向导通的物理过程之后，运用半导体管特性图示仪测量出PN的正向特性曲线（如图2），然后直接引入肖克莱方程：
I=I■exp■-1
我们根据实测曲线给出理想曲线（如图3）并进行对照，通过对比发现差异，然后介绍阈值电压及其产生机理。这样既避开了烦琐的数学推导，又使得阈值电压的概念能够牢固的掌握。
目前课程运用的理实一体化项目有14个，如表1所示，占约占总课时的30%。
3.采用多元化教学方法。为了帮助克服学生学习“半导体器件物理”课程理论性较强和抽象难懂的困难，我们在实际的教学过程中，多采用启发式和讨论式教学，将理论学习和实践练有机结合起来，增强学生创新思维和参与意识。在课堂教学中，采用启发式教学，注重师生互动，改变以往的灌输教育，使学生真正参与进来，加强他们学习的主动性，提高教学效率。采用讨论式教学可以使学生在学习中由被动变为主动。在课堂上教师提出一些问题，让学生自己查阅相关文献寻找解决的办法。然后就该问题组织学生展开讨论。例如MOS管栅电极两边出现电场峰值，会降低击穿电压，应当怎么改善？在讨论过程中教师总结和点评时，要指出为什么对，为什么错[3]。在教学过程中，课程组设计完成一套多媒体课件，注重反映重要的概念与公式以突出基本概念和基本计算，展示器件等图例，既方便说明问题，又可以减少板书时间，将更多的时间留给学生交流讨论。PPT中还表现了物理现象的变化过程，将抽象理论知识动起来，大大激发了学生的学习热情，加深了学生对理论知识的深刻理解。
4.将版图设计软件引入教学。Cadence virtuoso是一款功能强大的版图设计软件，运用cadence配套的specture仿真工具，也可以对半导体器件进行仿真分析，在这方面cadence软件也有不俗的表现。下面采用该软件对mos特性曲线在不同器件参数下进行量化分析。
图1是标准NMOS器件的特性曲线仿真结果，宽长比为1μm∶1μm；改变其宽长比为1μm∶10μm，特性曲线仿真结果如图2。通过对比让学生理解半导体器件结构参数的改变将造成电学特性的变化，掌握如何合理选择参数的方法。在教学过程中利用版图设计软件来进行仿真，增强了学生的感性认识，有助于学生的对理论知识的理解。同时让学生初步接触专业软件，为后续的《集成电路版图设计技术》等课程打下基础。
5.建立课程网站。目前，课程已建立了网站，将课程信息、教学内容、多媒体课件、课外习题及答案等材料上网。课程网站的设立共享了教学内容，指导学生学习方法，方便学生自主学习。
四、总结与展望
在《半导体器件物理》课程改革的探索实践过程中，我们使用课程组编写的适合高职学生的教材，推进理实一体化的教学模式，在教学过程中恰当的运用启发、讨论等教学方法、制作直观、动态的PPT辅助教学，收到了良好的教学效果，学生在学习过程中的畏难情绪明显减少，主动性得到了显著提升，和往届相比，学习成绩获得一定的提高，后续课程的老师反映学生对基本概念的掌握更为扎实，教学改革获得了初步成效。
目前已建立了《半导体器件物理》课程网站，但是缺乏互动。下一步的设想是：利用学校的Kingosoft高校网络教学平台，创建了《半导体器件物理》教学网站，开展网络化教学。要设立多媒体课件、课程录像、网络资源、交流论坛、课程信息、课外习题、习题解答等栏目，积极拓展学生的学习空间，加强学生之间、教生之间的交流，以期方便不同理论基础的学生进行学习，提高学生的自主学习能力，进一步调动了学习的主观能动性。
参考文献：
[1]陈国英.《半导体器件物理基础》课程教学的思考[J].常州：常州信息职业技术学院学报，2007，（6）.
[2]徐振邦.半导体器件物理[M].北京：机械工业出版社，2013.
[3]李琦，赵秋明，段吉海.“半导体器件物理”的教学探讨[J].南京：电子电气教学学报，2011，（2）.
关键词：技能训练；教与学；实践
中图分类号：G648 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2013）10-0274-01
1.实践技能训练
电工电子课程体系最突出的特点是它的操作性，实验性和应用性。针对这一特点，我们电类专业的教师不断研讨改革实训教学内容，在教学中及时引用新设备，新工艺，新技术等知识内容。设制合理的实验课题，使学生通过实验课进一步熟悉课堂教学内容，通过作具体的实验内容，掌握相关的技能，让学生全面学习和掌握各种实验技术和测试技术，掌握电工电子技术中较成熟的，较前沿的在工程实践中较为广泛应用的各种器件的基本功能和使用方法，通过实验课程，使学生具备借助于各种设备仪器进行综合实验，测试和设计的能力。
对于实验内容教材已正式出版。在新系列教材中，舍弃了过时陈旧的内容，如模拟电路中过多的分立元件电路实验，数字电路中过多的小规模集成电路实验；引入新的内容，如集成运放的各种应用、电流型运算放大器和跨导型运算放大器的应用、复杂的大规模集成可编程逻辑器件CPLD和FPGA的应用等。增加了电子线路软件仿真的内容，使硬件软件相结合，丰富了实验手段。新教材还增加了大量的简单设计性和综合设计性实验内容，并注意教学内容的多样性，满足不同程度学生学习的需要。我们也不再是传统实验中手把手教，而是在电路理论课程结束后对电路综合实验独立设课，学生经过电路课程的学习和电路课内的基本实验已掌握了比较完整的电路理论知识和初步具备了一定的动手能力，而且拥有了一定分析问题和解决问题的能力，就有可能综合运用学过的知识个性化地做出一些有创意的测量方法来完成我们提出的实验任务，而不再是传统的按照指定实验线路 。因此在电路综合实验中，我们只提实验目的，内容和要求。实验线路主要由学生课外根据已掌握的知识去寻找参考资料自主完成。教师的主要职责是指引学生合理选取、择优组合已掌握的理论知识，指导，启发学生把注意集中于解决问题上， 培养学生独立分析问题解决问题的能力。这样也扩展了课堂的教学时间，保证在有限的时间内，多学专业知识和技能！体现教育的职业性和岗位性。对此我们还删减了语文数学基础科目的课时，至于在专业课中需要用到的基础知识！则是现用现补。打破知识体系，以必须够用为度，体现了数学是为电子专业课的服务。专业上需要什么数学中就教什么，压缩了基础理论知识。
2.注重实践技能训练
电工电子课程体系最突出的特点是它的操作性，实验性和应用性。针对这一特点，我们电类专业的教师不断研讨改革实训教学内容，在教学中及时引用新设备，新工艺，新技术等知识内容。设制合理的实验课题，使学生通过实验课进一步熟悉课堂教学内容，通过作具体的实验内容，掌握相关的技能，让学生全面学习和掌握各种实验技术和测试技术，掌握电工电子技术中较成熟的，较前沿的在工程实践中较为广泛应用的各种器件的基本功能和使用方法，通过实验课程，使学生具备借助于各种设备仪器进行综合实验，测试和设计的能力。
对于实验内容教材已正式出版。在新系列教材中，舍弃了过时陈旧的内容，如模拟电路中过多的分立元件电路实验，数字电路中过多的小规模集成电路实验；引入新的内容，如集成运放的各种应用、电流型运算放大器和跨导型运算放大器的应用、复杂的大规模集成可编程逻辑器件CPLD和FPGA的应用等。增加了电子线路软件仿真的内容，使硬件软件相结合，丰富了实验手段。新教材还增加了大量的简单设计性和综合设计性实验内容，并注意教学内容的多样性，满足不同程度学生学习的需要。我们也不再是传统实验中手把手教，而是在电路理论课程结束后对电路综合实验独立设课，学生经过电路课程的学习和电路课内的基本实验已掌握了比较完整的电路理论知识和初步具备了一定的动手能力，而且拥有了一定分析问题和解决问题的能力，就有可能综合运用学过的知识个性化地做出一些有创意的测量方法来完成我们提出的实验任务，而不再是传统的按照指定实验线路"依葫芦画瓢"。因此在电路综合实验中，我们只提实验目的，内容和要求。实验线路主要由学生课外根据已掌握的知识去寻找参考资料自主完成。教师的主要职责是指引学生合理选取、择优组合已掌握的理论知识，指导，启发学生把注意集中于解决问题上， 培养学生独立分析问题解决问题的能力。这样也扩展了课堂的教学时间，保证在有限的时间内，多学专业知识和技能！体现中专教育的职业性和岗位性。对此我们还删减了语文数学基础科目的课时，至于在专业课中需要用到的基础知识！则是现用现补。打破知识体系，以必须够用为度，体现了数学是为电子专业课的服务。专业上需要什么数学中就教什么，压缩了基础理论知识。
总之，本着突出中职教育特色、电子专业特色，使电工电子教学尽量跟得上电子技术的迅速发展，多给学生创造观察、实践、分析、猜想、归纳的机会。能为社会提供真正用得上的应用型技术人才，我们将在电工电子教学实践的路上继续探索。
参考文献
[1] 周洋，.论电工技术模块化教学趋势，四川
[2] 杨 佳，刘 欣.模块化教学的应用设计与实践，山东工业大学学报社会科学版.
[3] 汪小城.电工学课程模块化教学方案的建设与实施，华南理工大学电子与信息学院，广州 .
[关键词]计算机工程 集成电路 无线网络
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0298-01
随着现代科学技术的日益发展，越来越多的项目都需依靠计算机工程来开发、运用和完成。在飞速发展的21世纪，计算机工程所研究的内容包罗万象，其专业学科更是相当广泛。因此，计算机工程专业没有一个完全限定的范围。就目前而言，计算机工程专业主要包括：软件工程、编程原理、数据结构与算法、网络编程、微处理器和接口、软件技术与工具开发、算法设计与分析、软件系统架构。另外，计算机工程和电子工程密不可分，所以部分的电子工程专业也纳入计算机工程学的研究范围。
电子计算机工程是一个主要以电机工程学和计算机科学的部分交叉领域为内容的工程学，它的主要任务是设计及实现计算机系统的处理。计算机工程师通常受过专业的电子工程（或其他与计算机工程有关的电机工程学分支）、软件设计和软硬件集成综合技能的培训。工程师的主要课程有电学、系统分析、统计、模拟和数字电路、电子计算机辅助作图（CAD）、微处理机和微控制器、微波技术、光学技术、机械加工、数据通讯、计算机网络和技术报告写作等。基础知识包括数学、物理、计算机，逻辑思维、创造性思维、人际交流能力等。
计算机工程师的工作涉及很多计算机的硬件和软件方面的内容，其关注范围包括微处理器、个人电脑、超级计算机和电路设计（特别是集成电路的设计）等。计算机工程并不仅仅关注计算机系统本身的工作，还致力于多个计算机组成更大规模的分布式系统。涉及计算机工程的常见工作包括为嵌入式系统、微控制器、超大规模集成电路的编写设计软件代码和固件，此外还常常结合模拟的传感器、混合信号集成电路的设计，以及参与操作系统的设计。计算机工程和机器人的研究和设计也有一定的关联，特别是那些大量依靠数字系统来进行电动机、电脑辅助沟通、传感器相关系统监视、控制的机器人系统。
根据不同的研究、应用侧重，计算机工程可以分为下面这些专业领域。
一、软件代码、密码学和信息安全
主条目：信息安全
从事这一分支领域的工程师的工作包括信息的编码、解码，设计开发密码技术、网络安全、知识产权保护等。随着信息化的到来，计算机系统和互联网的安全成为一个关系到国家安全的问题，许多国家设立了专门的机构进行这一分支学科的研究。在民用领域，移动电话通信的保密也是这领域计算机工程师的工作重心之一。
二、通信和无线网络
主条目：无线网络
这一分支是电子学、通信技术和计算机科学的交叉领域，主要关注无线网络的通信质量和效率。高质量的无线网络对于军事上的远程控制至关重要，同时对于扩展民用便携设备的功能也至关重要。这一领域的工作人员需要研究信号的调制、解调，高清信号的压缩，可容错系统，以及降低信号在传输过程中出错的几率的方法。他们的研究涵盖了从基础的信号理论到实际的通信产品的广大范围。
三、计算机编译器和操作系统
主条目：编译器和操作系统
这一领域主要包括计算机编译器和操作系统的设计和开发。研究人员会设计更新的操作系统体系结构、更有的程序分析技术和提高程序可靠性。
计算科学与工程
计算科学与工程是一个较新的分支领域，和数学学科交叉较多。这一领域的工程技术人员主要考虑更优的计算方法、建模方法。他们的理论在超大规模集成电路的设计验证、半导体器件制造参数的确定、雷达系统的分析方面有着重要的应用。
四、计算机网络、移动计算和分布式系统
主条目：计算机网络和分布式计算
这个分支学科重点研究由多个计算机构成一个整体，并通过合理的方式来提高其共同工作时的效率。现代的科学技术研究、日常生活常常涉及大量数据的处理，这时，基于计算机网络的计算机集成系统（计算机集群）就能发挥其高超的计算能力，这在气象监测预报、生物科学探索等情况应用广泛。
五、计算机系统：体系结构、并行计算和可靠性
主条目：计算机体系结构和并行计算
这一领域的工程技术人员主要致力于研究提高计算机系统可靠程度、安全性和运算性能的方法。他们的工作可能包括设计用于多线程任务的微处理器等。他们也从事新的基础理论、算法和计算机工具的设计开发工作。
六、计算机视觉和机器人学
主条目：计算机视觉
通过机器“观察”外部信号的改变，并做出合适的处理，可以进一步提高计算机的能力。这一技术的前提是开发出高效的视觉传感软硬件，即能够快速捕捉周围环境的信息，并在短时间内用合适的信号来指代这些信息，然后还需要在计算机系统内部进行处理，最后让类似机器人的设备做出反应。这是人们一直希望能够实现的。当然，要研制出高性能的机器人，还需要强大的人类行为建模、图像处理以及人机界面等等。
七、嵌入式系统
主条目：嵌入式系统
这一专业领域内的工程师主要从事嵌入式系统的设计，致力于提高其速度、可靠性和工作特能。嵌入式系统存在于许多日常产品，从小型的收音机到大型的航天器中都可看到它的身影。现代的移动设备功能日渐强大，离不开高性能的网络技术和嵌入式系统。
八、集成电路设计、测试和计算机辅助设计
主条目：集成电路、超大规模集成电路和集成电路设计
计算机工程的集成电路分支主要包括电子学和电子系统的相关知识。这一领域主要致力于提高下一代超大规模集成电路及相关电子系统的速度、可靠性以及能源效率。 工程师利用有关的软件算法、硬件架构技术可以实现集成电路的低功耗设计。
九、信号、图像和语音处理
主条目：信号处理和图像处理
计算机工程的信号分支主要研究、开发与人机交互相关的内容，包括语音识别和生成、医学科技图像、通信系统等。这一领域的其他工作还包括计算机视觉开发，例如人类的脸部特征识别。
现如今的电子信息社会，计算机技术已经普及到了各行各业，人们的日常生活和办公已经离不开它了。我们要充分利用电子计算机技术，让计算机技术更好地服务于我们的生活。
参考文献
[1] 百度维基.
关键词：3D虚拟；教学设计；氧化工艺流程
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）51-0233-02
微电子技术专业是我院最早成立的专业之一，为我国的微电子产业培养了大批优秀的人才。目前，本专业是省重点专业群核心专业，建成了中央财政支持的微电子技术综合实训基地，该实训基地占地面积约2000平方米，总投资近700万元，为技术技能型人才的培养奠定基础。但是，在《集成电路制造工艺》这门专业核心课程的理实一体化改革过程中，我们仍然遇到了一些的问题：一是氧化、光刻、刻蚀等核心工序设备每台都要50万以上，所以实训设备台套数较少，学生操作训练不足；二是集成电路制造设备存在高温、高压、有毒气体等危险因素，用电、耗材成本也很高。针对上述情况，我们自主开发了“集成电路制造3D虚拟车间”。这个软件利用3D虚拟仿真技术完全再现了生产车间的设备和环境，学生可以通过键盘和鼠标控制虚拟员工完成全部集成电路制造核心工序的工艺操作，相当于一个RPG游戏，课程知识融入到这个游戏中，学生玩游戏的过程就是学习的过程。通过这个工艺软件可以帮助学生体验生产车间的环境，熟悉核心工序的工艺流程，掌握工艺操作的具体规范。本文以氧化工艺流程的教学设计为例介绍这个软件在教学中的应用情况。
一、教学分析
1.教学内容分析。《集成电路制造工艺》这门课是微电子技术专业的核心课程，是融工艺原理和操作技能为一体的理实一体化课程，本课程的内容主要包括：氧化、光刻、刻蚀、掺杂、薄膜五大工序，每个工序又分为：工艺原理、工艺流程、工艺实训三个教学模块。本次课是氧化工序的工艺流程模块，设置为2课时。
2.学情分析。授课对象是微电子技术专业高职二年级学生，他们在知识基础、能力状态、学习心理特征、可能存在困难等方面的情况如下：（1）知识基础：已经具备了一定的集成电路制造基础知识，学过氧化原理和工艺概述，对设备的系统构成有一定了解。但还未接触实际工艺流程，需要进一步学习。（2）能力状态：对公式、流程、原理等理论内容学习起来比较吃力，但实践操作能力较强。（3）心理特征：对学习对象有很大的选择性，对于自己感兴趣的学习内容能够认真投入，对不感兴趣的东西则“不想听”。（4）存在困难：从往届学生的反映看，对着文字和图片来学习氧化工艺操作和设备运行知识，他们觉得抽象、烦琐、枯燥，教学效果差。结果导致后面的现场实训不敢动手，工艺流程操作的一次成功率较低。另外，设备内部的运行情况就算在企业现场也无法观察，这是教学上的一个难点。
3.教学目标。根据教学内容和学情分析，参照国家半导体芯片制造工职业资格标准，设定本课题的知识、技能、素质三维教学目标：（1）知识目标-学生能熟记氧化工艺流程和操作方法，了解氧化设备运行情况；（2）技能目标-学生能选择正确的氧化工艺流程并完成操作；（3）素质目标：学生具有严格遵守净化室规章制度和工艺规范的意识。本次课的教学重点是：能正确完成氧化工艺操作。教学难点是：了解氧化设备运行情况。
二、策略选择
1.项目教学法。本次课采用项目教学法，设置创设情境、确定任务、实施任务、考核评价、拓展提高五个教学环节，充分体现学生在学习过程中的主体地位，教师应当成为学习活动的引导者、帮助者。
2.信息化教学。为了克服传统教学中工艺操作方法和设备运行情况不够直观、信息量太过丰富不易掌握等制约因素，我们紧紧围绕具有自主知识产权的集成电路制造3D虚拟车间开展教学，在每个教学环节充分运用信息化教室、课程网站等信息化环境和多媒体课件、动画、视频等数字化资源，优化教学过程。
三、实施过程
课前回顾和预习：通知学生课前登陆《集成电路制造工艺》课程网站进行理论知识回顾，通过查看多媒体课件和化学反应动画，知识的复习显得快速高效。要求学生上网查阅相关资料，整理氧化工艺的详细工艺流程，通过课程网站发给老师。教师网上检查学生作业的递交情况。
1.创设情境。新课的第一个环节是创设情境，利用信息化教室功能，学生登陆课程网站观看氧化环节的视频，初步了解更衣室、风淋室和净化车间的情况，配合教师的提问，激发学生的学习兴趣。然后教师进行集成电路制造3D虚拟车间的演示，教师通过广播系统演示软件操作方法，介绍更衣室规范要求和净化车间工作环境和设备，引出工艺操作这一学习主题。
2.确定任务。教师总结点评学生上传的作业，整理出正确的氧化工艺流程，明确学习任务。
3.实施任务。氧化工艺的全部流程可以分为“更衣室”、“清洗”、“氧化”、“测试‘四个环节。每个环节又包含多个工艺操作步骤。以氧化环节为例介绍学习的流程：氧化环节包含输入系统、货架取片、上料、下料四个工艺操作步骤，学生利用集成电路制造3D虚拟车间来完成学习任务，登陆软件选择教学模式，经过更衣室环节后，进入净化车间，选择氧化区域进行练习。在练习过程中，教师指导单个工艺操作的学习方法：（1）查看主菜单里面的工艺文件，了解工艺规范；（2）观看企业视频，学习操作要领；（3）进行虚拟操作，完成技能训练；（4）如果做错会有信息反馈，学生重新练习。氧化环节的货架取片、上料下料等操作也是用这样的方法学习的，其余工艺环节的所有操作训练均可在虚拟车间完成。在练习过程中，学生可以相互讨论，教师巡回指导，完成一个环节之后，学生总结操作要领，教师进行点评。这种学习方式教学内容呈现生动有趣，真正寓教于乐，学生学习的积极性和专注度明显提高。3D虚拟车间里面还整合了很多的数字化资源：比如清洗机构、氧化传片、测试传片的动画，克服了设备内部运行情况在企业现场也难以观察的困难，实现了对难点的突破。
4.考核评价。最后一个教学环节是考核评价，学生选择考核模式进入，完成全套工艺流程。在考核模式中系统会有相关问题提出，学生作答。如果答错则会扣分，并会将正确答案显示在左下方。在工艺流程中如果选错流程，那么也会显示’步骤错误”并做正确提示。学生完成考核之后，可以即时看到得分和用时；通过软件统计分析，教师可以看到学生整体的掌握情况和每个知识点的正确率，获得及时的信息反馈，最后做总结点评。
5.拓展提高。在前面实施任务过程中，学生可能把注意力集中在技能训练上了，要求他们关注车间墙壁上的工艺规范、员工守则、管理条例甚至急救方法等信息，在虚拟车间中实现环境育人，有利于学生职业素养的养成。
四、效果特色
1.教学效果。通过课堂教学调查问卷发现，采用信息化教学的12级学生在“学会知识”、“掌握技能”、“激发兴趣”三个方面的正面评价比例远高于采用传统教学的11级学生。本次课之后的实训环节的一次成功率也得到了明显的提高。
