中美微电子专业高等工程教育比较研究

　　从“通才”教育、前沿技术课程和校企合作三方面进行中美微电子产业工程师培养教育比较研究，为“卓越工程师培养计划”提供借鉴。

　　微电子技术是电子信息产业的核心技术，是推动国民经济和社会信息化的关键技术，关系到国家产业竞争力和国家信息安全，对国民经济的发展有着战略性作用。美国半导体咨询委员会在给奥巴马总统的国情咨文中称其为“生死攸关的工业”，韩国称其为“工业粮食”。近年来，随着我国电子信息产业的崛起，我国市场对微电子产品的需求持续增加，国家已经意识到发展微电子产业的迫切性和重要性，开始加大对微电子产业，尤其是集成电路行业的支持力度。截至2009年，国家教育部、科技部确定了20个国家级集成电路人才培养基地;选定了清华大学、复旦大学、浙江大学、北京工业大学等作为集成电路设计人才培养基地，为我国集成电路设计与制造进入世界第一方阵提供高素质人才保证[1,2]，这就对微电子专业人才的培养提出了更高的要求，即学生应具有更扎实的专业基础，更宽阔的专业口径，更强的实践能力和创新能力[3]。但是，我国微电子专业人才的培养目前正面临着人才总量严重不足、供需矛盾突出、人才层次结构不合理、地区分布不平衡等问题。教学中暴露出课程跟不上微电子技术发展，学生理论与实践严重脱节等一系列问题。

　　毋庸置疑，美国在世界微电子技术领域摇摇领先，与微电子相关的理论和技术几乎全部由美国学者提出或发明，如微电子领域的两个诺贝尔奖：1956年晶体管的发明，发明者肖克利(ley)、巴丁(John Bardeen)和布拉担(in)都来自美国;2000年集成电路的发明，发明者杰克?基尔比(Jack S. Kilby)也来自美国。在半个世纪的微电子工程教育发展过程中，美国以其独具特色的培养理念和培养模式，在世界范围内树立了成功的典范，引领了世界工程教育的发展方向。我国教育部于2009年推出“卓越工程师培养计划”，国内61所高校被批准为首批“卓越工程师教育培养计划”实施高校，这是一项重大的教育改革试点项目，旨在培养工科专业本科、硕士和博士层次学生，提出其应达到知识、能力与素质的专业要求。

　　进行中美微电子产业工程师培养教育比较研究，可以从中借鉴一些符合我国国情的成功经验，这将有利于改革和完善现今高校的培养体制，有利于培养出更多适合时代发展的高素质工程师，同时对促进我国科技发展，提高国际竞争力具有巨大作用。笔者通过三个方面的比较研究，指出我国微电子产业工程师培养教育中存在的不足，使其对“卓越工程师培养计划”有所启示。

　　第一，高等工程教育应打破原有院系限制，鼓励多学科交叉的“通才”工程师教育。美国是一个移民国家，多种文化互相碰撞和融合，灵活的工程师培养理念也在这样的沃土中茁壮成长[4]。所以，美国的工程师培养重视跨院系、跨专业和跨学科的人才培养，学院甚至整个学校范围内拆除壁垒，进行广泛的合作，开设交叉专业，安排综合课程，不同专业教师合作教学，跨学科的教育机制已经建立。如哈佛大学，课程体系分为：核心课、专业课及选修课3个部分。核心课属于专业课之外的通识教育范畴，内容包括文化、历史、文学艺术、伦理道德、自然科学等六大学术领域。攻读工程专业学士学位的学生必须保证在六大领域内各有一门核心课程，否则不准毕业，可见学科交融对高素质创新型人才培养的重要性[5]。麻省理工学院和斯坦福大学，在专业设置方面也在朝着综合化方向发展，其电气与计算机学院的本科生可以自由选择管理学、经济学、数学甚至艺术学的课程，目的是培养出一批知识面宽、综合素质强的工程人才，这也符合当今科技产业发展的趋势，即成功的科技产品是艺术与科学的嫁接，成功的企业模式是管理与科学的融合。苹果公司前CEO乔布斯经常指出，苹果和其他所有计算机公司的最大区别在于苹果设法集成艺术与科学，iPhone和iPad的设计团队拥有人类学、艺术、历史和诗歌等学科的教育背景。所以美国微电子专业本科生的教育是学科交叉的“通才”工程师教育。而我国高校的专业课程和教育教学过程按照统一计划运行，大多数高校的教学是以课堂教学、教师和课本为中心，课程、教材、教学大纲、考试严格统一。学校教学灵活性不足，学生个性发展不充分。而我们的学生将来所要面对的是以知识为中心的经济社会，而知识经济的发展必将引起人才需求结构的巨大变化。社会所需要的不再是缺乏个性的标准化人才，而是具有个性的、知识面宽、综合素质强的复合型人才。打破学科限制，是“卓越工程师培养计划”的要求，也是社会经济发展的需要[6]。

　　第二，开设与当今技术发展紧密联系的前沿技术课程。美国大学教育非常注重前沿技术课程的讲授，由于任课教师大都从事一线科研，他们对当前科技研究及发展方向有深刻理解，而前沿技术本身在整个国家人才类型需求与人才培养之间扮演着纽带角色，前沿技术课程不仅有教书育人的功能，还培养了学生的科研能力、前瞻意识，从而使美国大学始终保持科技先锋作用[7,8]。如斯坦福大学电子工程系开设的iPhone设计课程和布法罗大学电子工程系开设的Smartphone课程，紧密联系当今发展迅速、深入人们生活的智能手机设计领域，课程内容包括软硬件设计方法、嵌入式操作系统等，不仅高校学生对这类课程倍加喜爱，就连业内资深工程师也经常旁听课程。很多此类课程视频已被新浪网等门户网站引进为网络课程，点击率达百万次之多，可见课程的受欢迎程度。而我国的大学教育，一味照本宣科，知识严重陈旧。从事一线科研的教师，由于课本的束缚无法施展手脚来讲解最前沿技术。更有一些教师由于学校考核要求宽松，对本专业的前沿不关注，所以此类教师的专业课程与当今的技术发展步调不一，学生越学离实际越远，学习没有兴趣。教师授课缺乏更新，严重影响了知识的与时俱进，造成了理论和实际的脱节，不利于学生的就业，更不利于学生的科研，这也是我国高校专业课程授课中的通病。而且在“卓越工程师教育培养计划”中，强调面向未来的卓越工程师，所以，我国高等工程教育应该改进现有授课内容，开设前沿技术课程来切合“卓越工程师教育培养计划”的宗旨。

　　第三，建立具有中国特色的校企合作机制，培养面向工业界的高校微电子人才。在美国，高校与企业广泛合作培养高素质工程人才，这不仅有利于提升学生的实践能力，同时也有利于技术转化[4,9]。因此，各高校与企业展开紧密合作，如罗切斯特大学与柯达和博士伦等世界500强公司紧密合作，在光学研究中发展迅速，已成为美国独树一帜的光学科研中心，而两大公司也借助罗切斯特大学的科研成果引领业界，罗切斯特大学Ching W. Tang教授发明的OLED，使两大光学公司在显示系统领域独领风骚，公司业绩不断攀升，而教授本人也几次被提名诺贝尔奖。我国的高等工程院校也在不断发展与改革，校企合作的实际成效却不大。虽然我国高校也效仿美国的部分做法，但是大都照搬照抄。如美国大学微电子专业的学生在集成电路设计课程的实验中，大多采用Cadence公司提供的免费EDA软件，进行正向的定制或半定制设计。我国很多高校，尤其是知名高校也加入了Cadence公司的大学计划，进行校企合作，免费应用其EDA软件，这一合作使学校和企业互惠互利，无可厚非。但是，我们也应当清醒地看到，我国大部分集成电路设计公司，尤其是模拟集成电路设计公司大部分是刚刚起步的中小公司，这些公司采用的绝大部分是逆向设计的方法，那么我们的高校在应用Cadence公司的EDA工具开设正向设计实验的同时，是否应该考虑我国的实情，考虑我国与美国等发达国家集成电路设计产业的不同特点?[10]另外，集成电路设计公司的特点是种类繁多，需要的人才类型也不一而同。如有些公司只做前端设计，从业人员要掌握熟练Verilog和VHDL代码的编写，公司不涉及物理设计;有些公司只做系统和算法级的设计;而一些国际性的设计公司在国内的研发中心只进行验证;另外一些设计公司却只负责版图设计，即集成电路的后端物理设计[11]。我国大多数高校对集成电路人才的培养处在探索阶段，师资不足，经验不够，与其追求大而全，不如针对集成电路设计公司的特点，着重特色，针对集成电路设计的某一环节开展教学，如有的学校计算机学科较强，可以强调前端设计，有的学校工艺基础雄厚，可以重点加强学生的后端物理设计等。总之，要建立具有中国特色的校企合作机制。在“卓越工程师教育培养计划”中，也提出了面向工业界的要求，所以，我们的校企合作要有特色[12,13]。

　　微电子产业关系国家的经济命脉和信息安全，是生死攸关的产业，微电子人才的培养关系国家的前途命运。“卓越工程师教育培养计划”的宗旨是培养卓越工程师后备人才，因此，要坚持面向工业界、面向世界、面向未来的指导思想。在这一宗旨的指导下，借鉴美国高等工程教育经验，根据自身条件、制度环境和历史沿革的特点，政府主导、高校落实、社会支持三位一体探索具有中国特色的卓越微电子产业工程师培养之路，利国利民，意义重大。

　　作者：汪金辉 耿淑琴等 来源：中国现代教育装备·高教 2012年9期