新工科和交叉学科背景下集成电路教材建设的思考

新工科和交叉学科背景下集成电路教材建设的思考

王晓庆游陆

电子工业出版社有限公司  北京  100036

摘要：在新工科和交叉学科设置的背景下，“集成电路科学与工程”一级学科的设立为亟需人才的培养奠定了良好的基础。针对当前集成电路教材建设具有明显的高度依赖引进版教材、科研成果转化速度慢、与教学的匹配度欠缺、产教融合度低等不足，围绕新工科和交叉学科背景下的教材建设总体要求，提出了集成电路教材建设的相关思考与实践，以促进我国集成电路教学与人才培养。

关键词：新工科；集成电路；教材建设

近几十年来，我国高等教育水平取得了长足的发展，经过“211”“985”工程和“双一流”建设计划，一批大学和一大批学科已经跻身世界先进水平，中国高等教育整体水平进入世界第一方阵。其中，新工科教育旨在通过深化工科教育内涵，加速工程技术能力建设，推进高等教育创新体系建设，成为我国高等教育改革的重点项目之一。在此背景下，新工科教材将发挥重要的桥梁作用，构成国家需求与人才培养的上下游链接，并体现和反馈高等教育全过程中的发展与改革。

一、新工科和交叉学科背景下的教材建设总体要求

2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”， 新工科研究和实践的开展围绕工程教育改革的新理念、新结构、新模式、新质量、新体系，对服务和支撑我国经济转型升级意义重大。

2020年12月30日，国务院学位委员会、教育部发布了设置“交叉学科”门类、“集成电路科学与工程”一级学科的通知[1]。交叉学科和一级学科的设置，目的是实现关键核心技术的突破，服务国家重大战略需求。要实现重要科学问题和关键核心技术的革命性突破，学科之间的深度交叉融合势不可当。

在新工科和交叉学科的建设背景下，教材作为教育改革成果和知识传播的纽带，具有举足轻重的作用。在教材建设过程中，应始终坚持新工科的要求，发挥媒介、把关、精选、规范、呈现、传播等重要作用。

（一）服务教学，助力我国的高等教育课程体系建设和高水平人才培养

在教材建设过程中，应紧跟国家相关教育政策调整，立足工业信息化领域，突出交叉学科在新工科建设中的核心地位，围绕相关课程体系设置与改革，基于课程这一教学基本单元，建设适应创新型、复合型、应用型人才培养需要的一流教材，实现不同类型高校一流本科课程建设全覆盖；重点打造一批高水平课程配套教材，为卓越拔尖人才培养提供有力支撑，服务高等教育课程体系建设和高水平人才培养。

（二）立足科技，服务我国高水平科技自立自强

重点围绕工程技术领域国家战略需求，推动社会优质资源向育人资源转化，缩短集成电路产业与教学过程的“距离差”，反映高等院校教学改革优质成果并固化为优质出版物，共同推进“中国芯”人才培养建设，从而为将高水平人才转化为科技力量做支撑，进一步推动我国高水平科技自立自强，助力我国信息化建设在核心技术与环节上实现自主可控，把科技的命脉牢牢掌握在自己手中。

（三）精品意识，推动教育出版行业高质量发展

完整准确全面贯彻新发展理念，以传播工业和信息化知识为目标，以推出更多优秀出版物为核心，引导精品出版和质量提升，持续提供优质科教产品，推进教育出版行业高质量发展。

二、“集成电路科学与工程”一级学科专业设置及教材现状

在新工科背景下，“集成电路科学与工程”一级学科的设置为从根本上为解决制约我国集成电路产业发展的“卡脖子”问题提供强有力的系统支撑。据不完全统计，近几年高等院校“集成电路科学与工程”一级学科新增专业高校数量日益增多，尤以“集成电路设计与集成系统”专业为主，见表1。

表1  “集成电路科学与工程”一级学科新增专业高校数量

由此可见，近些年集成电路相关专业开设学校仍会呈现不断上涨的趋势，且随着学科交叉不断推进、技术融合逐步发展的现状与趋势，在传统的电气类、电子信息类、自动化类、测控类、计算机类、机械类专业院系也陆续开设相关课程[2]。

与此同时，我国现有的集成电路教材具有明显的不足：（1）高度依赖引进版教材，本土著作权很少；（2）科研成果转化速度慢，教材产出率低；（3）与教学的匹配度欠缺，教材的系统性不完整；（4）产教融合度低，教材的内容先进性有待提高等，可见，集成电路教材建设工作任重道远。

三、教材建设的相关思考

在集成电路教材建设工作中，应始终围绕新工科相关要求，把握交叉学科的发展趋势，紧密结合课程建设，注重融合产业实践，探究教材建设发展规律。

（一）教材建设制度保障

完善教材建设管理体制，要整体规划教材建设、整合教材管理权力、创生校本教材制度[3]。在集成电路教学中高度依赖引进版教材、教材产出率低的情形下，通过制度建设调动学校教材建设积极性、推动产学研融合及出版物成果转化、缩小出版物与行业前沿技术差距，推进集成电路领域实践应用在教材出版中的成果转化。

（二）围绕专业课程模块，体现教学改革成果

在教材体系搭建过程中，以“物理与器件”“工艺与系统”“设计与设计方法学”“EDA实验与实践”为四大专业课程模块，注重课程之间的接续性，注重学科交叉与专业适用度，体现一流大学、一流学科、一流课程建设成果，将其转化为一系列体现教学改革形式与内容的精品教材。

例如，“半导体物理与器件”内容涵盖量子力学、固体物理、半导体物理和半导体器件等，从物理与器件的角度讲述半导体物理的基础知识和典型器件的工作原理、工作特性，适用于电子科学与技术、电子信息科学与技术、光电信息科学与工程等专业。“模拟集成电路设计”基于现代CMOS工艺，从元器件出发详细分析典型模拟COMS电路的原理与设计方法，并引用大量工程设计实例，具有较好的学术和工程应用价值，作为集成电路设计的核心课程之一发挥着基石作用，适用于集成电路设计与集成系统、电子科学与技术等专业。“微电子技术基础”涵盖物理、器件、工艺、基础设计几大模块，可满足二三本院校和职业本科院校对于导论类课程的教学需求，适用于非微电子专业的电子信息科学类和电气信息类的相关专业。

（三）注重学科交叉，融合产业实践

集成电路的交叉学科属性，决定了在人才培养过程中多学科知识的融合特性，以产业需求为导向，融入产业实践中的学科交叉属性，产教融合，突出实践与理论的紧密结合。

例如，“芯片安全防护概论”基于芯片硬件安全，围绕芯片的全生命周期及供应链安全，系统介绍针对芯片的攻击及安全防护技术，包括新兴器件、新兴工艺及人工智能技术对芯片安全防护的影响分析等内容，以期培养更多适应芯片安全防护技术发展的综合性人才。“敏捷硬件开发语言Chisel与数字系统设计”针对数字集成电路设计中目前流行的硬件描述语言Verilog HDL/VHDL开发效率低下的问题，引入新型硬件描述语言Chisel。对于日益庞大的SoC系统（片上系统），结合企业应用案例，为提高数字集成电路设计开发效率提供敏捷化方案。 “半导体材料”结合全国重点实验室的科研与教学引领作用，立足于材料基础，重点介绍半导体硅材料的制备、结构和性质，阐述化合物半导体的制备技术和基本性质，为半导体材料精英人才培养提供教学支撑。

（四）突出融合出版创新

通过充分利用现代数字和信息技术，整合、完善教学资源，包括课件、章节知识解构图谱、重难点分析、帮助学生对难点问题理解的动画、课后问题要点分析、微课教学视频等，并在纸质教材中以二维码的形式体现，实现纸质教材与新媒体等影像信息技术的有机契合、多样呈现。

通过纸质教材与网络教学平台的结合，提供线上知识服务平台和课程教育服务，在承载教学资源、实现知识单向传播的同时具有一定的交互性，并可以为教学提供全方位的过程监测数据。

利用既有信息技术手段创新教材形式，打造样式独特、别具风格的数字教材，开发具有专业术语可搜索性的搜索引擎功能，以及具有互动性的习题模块、具有课后答疑功能的论坛模块，并将课程相关工具软件贯穿数字教材始终，从而建设立体化、全方位的学习环境，提高学生的学习兴趣，强化学生的实践能力。

（五）坚持精品出版，铸就“高原”“高峰”

集成电路类教材的专业性非常强、复杂度高、编校难度大，须严格遵循图书编校质量差错判定和计算方法，保障出版质量。教材建设过程中应体现精品意识，坚守专业特色，突出专业优势，围绕国家级、省部级规划教材立项及相关出版基金立项，筑就“高原”，培育“高峰”，打造精品力作，努力实现良好的社会效益。

四、小结

近年来，我国对集成电路学科建设高度重视，而目前行业人才缺口极大，在人才培养周期中教材建设发挥着非常重要的作用，基于新工科和交叉学科门类设置，围绕教材建设总体要求，提出了集成电路教材建设相关思考与实践，以教材建设实践促进教学发展与改革，促进集成电路教材的出版在社会效益和经济效益方面实现双向促进、和谐统一，最终实现教育出版高质量发展。

参考文献

[1] 关于设置“交叉学科”门类、“集成电路科学与工程”和“国家安全学”一级学科的通知[EB/OL].（2020-12-30）. http://www.moe.gov.cn/srcsite/A22/yjss_xwgl/xwgl_xwsy/202101/t20210113_509633.html.

[2] 许怀镕. 对集成电路科学与工程专业教材选题策划的思考[J] .科技资讯，2021（17）：179-181.

[3] 张振，刘学智.教材制度建设的困境与超越：国家治理视角[J].中国教育学刊，2020（10）：53-57.