江先阳 黄启俊 常胜

[摘 要]人类进入万物互联的智能化时代，微电子是具有战略资源和国际特征的基础行业，对涉及自主知识产权的科技进步、国民经济的发展，有着至关重要的作用，其科技水平和产业规模已成为衡量一个国家总体实力的重要指标。因此，培养微电子人才，发展集成电路产业可以加速我国国民经济结构性调整的步伐，提升我国科技和经济的竞争力。2015年武汉大学通过“本科教育改革大讨论”确立了本科教育的基本理念：人才是培养的根本，本科教育是根;以成“人”教育统领成才教育。2016年，“武大通识3.0”课程改革开始启动。作为武汉大学通识课程建设的一部分，“微电子与智能社会”课程于2018年底获批建设，其主要内容也与我国科技经济发展的战略需求相契合，因此，如何建设好这门课程，成为课程团队的重点任务之一。

[关键词]通识课程;课程建设;教学改革

[基金项目]2019年国家自然科学基金面上项目“可裁剪的心血管疾病检测智能方法研究”（81971702）;2011年国家自然科学基金项目“面向非规则计算算法的FPGA逻辑映射优化”（61072135）;2017年教育部中央高校基本科研业务费专项“基于脉冲神经网络的运动模式认知及其应用”（2042017gf0052）

[作者简介]江先阳（1974—），湖北大悟人，博士，武汉大学物理科学与技术学院副教授（通信作者），主要从事大规模集成电路设计研究;黄启俊（1965—），广西桂林人，博士，武汉大学物理科学与技术学院教授，博士生导师，主要从事微电子系统设计、人工智能、信号处理算法等研究。

[中图分类号] G642[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）45-0-03[收稿日期] 2020-05-09

一、引言

人类已经进入万物互联的智能化、系统嵌入式小型化时代，其基础是集成微电子科技的电子元器件，因此微电子是具有战略资源和国际特征的基础行业，对涉及自主知识产权的科技进步、国民经济的发展，有着至关重要的作用，其科技水平和产业规模已成为衡量一个国家总体实力的重要指标。因此培养微电子人才，发展集成电路產业将加速我国国民经济结构性调整的步伐，提升我国科技和经济的竞争力。2015年，武汉大学通过“本科教育改革大讨论”确立了本科教育的基本理念：人才是培养的根本，本科教育是根;以成“人”教育统领成才教育。2016年，“武大通识3.0”开始启动，“微电子与智能社会”课程于2018年获批成为该体系中的一门重要课程，并纳入学校的创新创业课程。如何建设好通识课程，是世界范围内值得探索的课题[1，2]。目前，课程组已经在相关课程基础和团队成员多种教学中进行了多样探索，包括教学内容设计、依托专业竞赛教学模式、依托国产AI芯片系统的实训练习、通识教学方法的改进等，希望将这门课程建设成为“武大通识3.0”课程改革的亮点。

二、教学内容和素材的准备

课程建设团队包含5位长期专注于微电子教学的老师。在教学内容和素材的准备中，根据微电子学科领域的范畴，依据其知识体系的框架，结合各位老师的学术背景进行分工合作，课程建设的模块划分和课程内容结构如表1所示。

在内容和素材准备上，课程组不仅围绕通识课程的基本理念来建设，也考虑到微电子的特色和深度。因此，在内容上既讲究全面，也讲究深度，使学生能够在完整掌握微电子领域的基本规律和基础知识情况上，认识其在智能社会中的地位、影响和应用。课程讲授脱离只讲理论的窠臼，大量引入实践范例分析和思辨环节，与时俱进地将微电子领域的最新进展，包括物联网、智能手机、人工智能、自动驾驶、航空航天等纳入讲授和分析，开拓了学生的视野，提高了同学们的兴趣，丰富了学生的知识体系，有效地提升了学生理论结合实际的思维能力。

三、课程建设探索

（一）依托专业竞赛的探索

为了带动学生对课程学习的积极性，团队将本通识课程和目前的专业竞赛结合起来，让其中一部分有闯劲、基础扎实的学生可以脱颖而出，提前感受智能社会的魅力。当前，各个学科领域的竞赛层出不穷，其参与度非常火爆，全国性的竞赛参与度有的达到几千人，小的竞赛也有好几百人，各校也会组织一些有预赛，学生参与度很高。然而，从学生角度来看存在若干问题：（1）学生本来课业负担就很重，很多学科竞赛需要占用课外时间，还不能计入学分，所以参与积极性不高;（2）部分竞赛本科生和研究生不分，对本科生形成挤兑效应，打击了一些本科生的积极性;（3）部分参与的学生止步于预赛，投入的精力没有明显的回报，导致部分“现实”的学生不参与。从教师的角度看也存在若干问题，在研究型大学以科研为主导的情况下，老师们如果指导本科生参与竞赛需要投入很多精力，包括组织、指导和带队参加比赛，还要面向本科生做很多引导工作，而这些基本上是“义务劳动”，如果指导的学生不能够以积极的态度来准备比赛，或者竞赛成绩不理想，对于老师也会形成相当大的压力。更何况部分老师为了组织这样的竞赛，从相关部门拿到一定的资助用于学生参赛，由于目前指挥棒的存在，相关部门也会给拿到资助的教师相当大的压力。综合起来看，就形成了竞赛的需求和参与之间一定的差距。为了填补这一差距，课题组正好结合本门通识课程进行了一定的探索，希望通过这些探索形成多赢的局面，也就是学生乐学、教师愿意教、竞赛有成绩的局面。

结合本课程的建设，以今年华中赛区大学生集成电路创新创业竞赛为例，武汉大学争取到华中赛区的承办权。最后参赛和全国赛事的对比情况如表2所示，可以看到，从获奖比例来看，武汉大学的情况和参赛队伍和人数的数量是匹配的，与武汉大学微电子专业的地位基本对应。

（二）依托国产AI芯片的系统应用探索

为了探索本通识课程的内涵式发展，课题组和寒武纪科技公司合作，借助实践实训操作，在基于寒武纪的芯片上进行工具链的训练，讲授如何利用国产芯片以及相应的工具实现对图像的处理，例如进行经典画风转变处理。

作為本通识课程的探索之一，老师们在课程上讲授智能计算系统的发展、国产AI芯片的架构和优势、一个基于Athena 520开发板的画风转换实例。参与学生有39人，课程涵盖了理论讲授，实验操作和实验报告论文。

（三）校企合作纳入课程

课程建设还注重理论和实践相结合，结合湖北省和武汉市的科技和经济特色，联系业界翘楚包括长江存储有限公司、武汉敏芯半导体股份有限公司等，将企业的课题和部分芯片设计流程引入课堂，后续还将与这些企业建立实习实训基地等。

（四）促进学生进行通识课程学习的方法探索

除了上述课程框架的设计以外，在学习方法上主要改进如下。

1.从机制层面形成更灵活的方式，例如将通识课程和竞赛、部分实践结合起来。对学生来说，只要认真准备和参与（例如认真准备和撰写实验报告、小论文等），就可以获得相应课程的学分。使学生既可以选择比较灵活的时间去修一门课程，也能够获得原来课程规定的内容之外的知识，从机制上让学生成为学习的主人，提高了学习积极性。

2.从教师角度注意引导学生，为将来进入职场或者深造提供需要知识体系。实际上，大多数学生对于未来职业和深造充满憧憬，但是因为微电子信息的复杂性和综合性，同学们对未来又很茫然。借助本门通识课程，将理工科的课程与社会的需求、将科学家的探索与创造过程结合起来，以满足学生对未来社会的需求。

3.课程尽量采用小班讨论的方式[3]，形成与理论课程互补的模式，让学生在实际操作后形成问题，然后再在小班讨论中集思广益，形成解决方案。

四、取得的效果

教学内容和教学方法的探索是一个长期的过程。在本门通识课程的建设中，通过前期的探索，我们能够感受到明显的变化是，本课程获得了电信学院、电气学院、动机学院、遥感学院等学院学生的关注，学生也愿意动手参与实践过程，形成了有别于理论课程的学习趋势。

另外，在本课程中引入的国产芯片的工具链训练，同学们也惊奇地表明“原来我们国家的芯片可以做得这么好了”，“真是神奇，算法可以变成芯片。”这些反馈表明，提升学生对我国科技水平发展的信心，为学生以后走向社会、服务社会打下了坚实的自信基础。从这里可以看出本课程建设的必要性和重要性。

五、结语

在当前通识课程风起云涌的环境下，建设“微电子与智能社会”这门课程，既从内容上追求内涵，也非常注重课程的“社会性”，将同学们的学习和实践紧密地结合起来，将学校课程与社会结合起来，有效地提升了同学们的兴趣、关注度、投入度和被接受程度。课程采取的“实践性”内容建设和“引导性”的方法探索，促进了学生自我学习的积极性，达到了提升教育质量的目的。这些探索将为我们进一步建设好这门课程提供坚实的基础。

致谢：感谢武汉大学物理科学与技术学院孙尽尧，武汉大学物理科学与技术学院王豪两位老师对本文作者给予班级建设和学生管理方面的指导。本文工作得到武汉大学“武大通识3.0”课程、武汉大学教学改革项目“微电子科学与工程类教学改革探索”（2016023）、武汉大学2019年规划教材建设项目—电子线路（201926）和寒武纪科技有限公司的支持，特别感谢。

参考文献

[1]李楠，周建华，LiNan，等.中美大学通识教育课程建设比较与启示[J].科技进步与对策，2011，28（14）：147-151.

[2]赵红昆，杨恩翠.混合式教学应用于校通识课的探索与实践—以“奇妙的化学世界”为例[J].化学教育（中英文），2018 （2）：13-17.

[3]冯清.在化学类通识教育课程中开展“课堂辩论”对大学生能力培养的探索与实践[J].University Chemistry，2018，33（11）.

Exploration on the Construction of the General Education Course in

"Microelectronics and Intelligent Society"

JIANG Xian-yang1，2，3， HUANG Qi-jun1，2，3， CHANG Sheng1，2，3

（1. National Demonstration Center for Experimental Physics Education， Wuhan， Hubei 430072， China;

2. National Teaching Base for Electrical and Electronic Engineers， Wuhan， Hubei 430072， China;

3. School of Physics and Technology， Wuhan University， Wuhan， Hubei 430072， China）

Abstract： In the intelligent era of interconnection of all things， microelectronics is a basic industry with strategic resources and international characteristics. It plays an important role in the progress of science and technology involving independent intellectual property rights and the development of national economy. Its scientific and technological level and industrial scale have become important indicators to measure the overall strength of a country. Therefore， the cultivation of talents in the microelectronics field and the development of integrated circuit industry can accelerate the pace of structural adjustment of China's national economy and enhance the competitiveness of science and technology and economy. In 2015， Wuhan University established the basic concepts of undergraduate education through the "Broad Discussion on Undergraduate Education Reform" as the follows： talents are the core of cultivation， undergraduate education is the root and adult education is the guidance of talent education. In 2016， the curriculum reform of "General Course 3.0 of Wuhan University" started. As a part of the general course construction of Wuhan University， the course of Microelectronics and Intelligent Society was approved at the end of 2018， and its main content is also in line with the strategic needs of China's science and technology and economic development. Therefore， how to build this course well has become one of the key tasks of the course development team.

Key words： general education course; course construction; teaching reform