向新而行・智领未来

2025—2026学年，久久小说 新开设了《集成电路器件原理与实践（实验班）（I）》和《集成电路器件原理与实践（实验班）（II）》系列课程，并顺利结课。该系列课程贯穿本科二年级上下学期，代替了微电子/集成电路类专业原有课程体系的《半导体物理》与《半导体器件物理》，由久久小说 集成电路学院王润声教授、黄鹏助理教授共同主持，在久久小说 电子信息科学类实验班（信班）进行试点。该系列课程围绕集成电路器件基础理论、先进器件结构理解以及器件设计实践能力培养，对传统课程体系进行了系统性重构，探索面向未来集成电路拔尖创新人才培养的新型课程模式。

面向先进集成电路人才培养需求，推动课程体系改革

半导体器件的基本原理与物理建模是集成电路专业人才培养的重要基础。然而，在传统课程体系中，《半导体物理》和《半导体器件物理》通常作为两门相互独立的课程依次开设，学生在学习过程中普遍存在“为什么学习这些知识”“这些知识如何应用”的困惑。

首先，传统课程按照学科知识体系组织教学。学生在《半导体物理》中需要学习能带理论、载流子散射、费米统计等大量基础理论，但由于尚未接触器件结构和器件工作原理，往往难以理解这些知识在器件分析和设计中的实际作用，也难以把握课程学习的重点。很多学生只有在后续学习器件物理，甚至进入研究生阶段开展科研工作后，才逐渐认识到这些基础理论与实际器件设计之间的紧密联系。其次，传统课程往往将理论学习与工程实践割裂开来。本科阶段主要学习理论知识，而真正开展器件设计或科研工作时，又需要重新回顾甚至重新学习相关半导体物理和器件物理理论知识，理论学习与工程实践之间存在明显脱节。此外，传统课程更多围绕成熟工艺节点下的经典平面MOS器件展开，而随着集成电路技术不断向先进工艺演进，FinFET、GAA、Forksheet等新型器件结构，以及短沟道效应、寄生效应、设计和工艺协同优化（DTCO）等问题已经成为当前集成电路研发的重要内容。传统课程教学与先进技术发展之间仍存在一定距离。

针对上述问题，课程团队结合AI时代人才培养的新需求，对传统课程进行了整体重构。课程不再简单按照学科知识体系组织教学，而是以器件理解和工程实践为主线重新组织课程内容，使理论知识始终服务于器件分析和工程实践。课程首先帮助学生建立理解器件所必需的半导体物理基础，在后续器件物理学习、先进器件结构分析以及器件设计实践过程中，再针对具体问题进一步学习相关半导体物理知识，使学生真正理解“为什么学习这些知识”“这些知识如何解决实际工程问题”。课程团队认为，在AI时代，知识获取越来越容易，教育的核心价值不再只是知识传授，而是帮助学生建立知识之间的联系，培养利用知识分析问题、解决问题和开展工程实践的能力。因此，本课程改革以“理解与应用驱动”为核心理念，推动学生从“记忆知识”向“理解知识、应用知识和设计器件”转变。

从知识传授到知识建构，探索理解驱动型教学模式

课程改革建立在一个基本认识之上：教师能够完整讲授知识，并不意味着学生已经真正理解知识。在传统课堂中，学生有时能够复述公式和结论，但并没有真正建立知识之间的联系，也难以将已有知识迁移到新的问题中。这种“理解错觉”在抽象程度较高的半导体物理与器件课程中尤为明显。因此，课程团队认为，真正的理解并不是简单接受教师给出的答案，而是在不断思考、讨论、验证和修正已有认知模型的过程中逐步形成。

基于这一理念，《集成电路器件原理与实践（实验班）》系列课程突破传统课堂以教师讲授为中心的模式，采用“课前自主学习+课堂深度讨论+工程实践训练”的教学体系，将知识获取过程前移，将课堂时间用于促进理解和能力培养。课前，学生通过系统化视频课程完成基础知识学习；课堂中，教师不再简单重复教材内容，而是围绕关键物理机制、典型问题和先进器件案例开展讨论，引导学生分析“为什么这样设计”“改变条件后会发生什么”“物理本质是什么”等问题，帮助学生建立从物理规律到器件行为、再到工程设计之间的联系。

《集成电路器件原理与实践（实验班）（I）》：强化物理理解，建立先进器件认知

《集成电路器件原理与实践（实验班）（I）》主要面向器件物理基础知识教学，重点培养学生对半导体器件工作机理和先进器件结构的理解能力。课程采用“课前视频学习+课堂讨论与引导”的教学方式。学生通过课前学习掌握基础理论，课堂则围绕物理图像、关键概念和典型问题开展深入讨论，使学生理解半导体物理知识背后的物理意义，而不仅停留在公式推导和结论记忆。课程特别注重将基础理论与先进集成电路技术发展相结合，将先进工艺节点中的实际器件问题融入教学过程。例如，在学习晶体管结构演进过程中，课程直接引入FinFET、GAA等先进器件结构，使学生理解晶体管尺寸持续缩小过程中面临的技术挑战以及器件结构创新背后的物理原因。在课程实践环节，每位学生需独立完成先进器件三维结构设计任务。有意思的互动，还包括利用积木搭建FinFET、GAA、Forksheet以及引入应力工程的小尺寸平面MOSFET等器件结构。通过将抽象的三维器件结构转化为直观模型，学生能够更加深入理解不同器件结构的设计思想和关键技术特点。

《集成电路器件原理与实践（实验班）（II）》：融合EDA实践，培养器件设计能力

在理论理解基础上，《集成电路器件原理与实践（实验班）（II）》进一步强化学生的器件设计和工程实践能力。课程采用“课外自主实验+课堂研讨”的教学方式，学生利用TCAD等EDA工具开展器件设计、仿真分析和模型参数提取，并完成研究报告。课堂主要围绕实验结果开展师生交流，教师针对学生设计过程中遇到的问题进行点评，引导学生分析原因并探索优化方案。课程内容覆盖PN结、平面MOSFET、FinFET等典型器件的TCAD设计仿真、器件模型参数提取、标准单元库分析以及DTCO设计流程实践，使学生能够体验现代集成电路研发过程中从器件物理理解、结构设计到性能优化的完整流程。通过理论学习与工程实践相结合，学生不再是在未来科研阶段才接触器件设计问题，而是在课程学习阶段即可建立器件物理、工艺技术和电路性能之间的系统联系。

课程实践表明，在当前AI工具快速发展的背景下，传统以知识传授为核心的课堂容易面临学生参与度下降的问题。而《集成电路器件原理与实践（实验班）》通过强调课堂讨论、物理分析和工程实践，使学生始终保持较高的参与度和主动思考状态。在整个教学过程中，学生需要围绕器件工作机理、结构设计方案以及仿真结果进行分析讨论，而不是简单接受已有结论。课堂从单向知识传递转变为师生共同探索问题的互动过程，有效提升了学生学习主动性和课堂参与度。

从能力培养效果来看，课程改革也实现了学生培养目标的提升。传统器件课程结束后，学生通常能够掌握部分基本概念和理论结论，但学生将理论知识迁移到实际器件分析和设计实践中的能力还有待开发。经过《集成电路器件原理与实践（实验班）》系列课程训练后，大部分学生已经能够初步使用TCAD等工程工具完成器件结构搭建、物理模型设置、仿真结果分析、模型参数提取和性能优化，并能够结合器件物理机制解释仿真现象、比较不同设计方案。课程由此促进了学生从“理解器件”向“分析器件、设计器件和优化器件”的能力转变。

经过一个学年的教学实践，《集成电路器件原理与实践（实验班）》系列课程初步形成了“理论理解—结构认知—工程设计—反馈提升”的培养体系，实现了器件物理教学与先进集成电路技术发展的深度融合。课程改革突破了传统器件课程中理论学习与工程实践相分离的问题，使学生能够在学习基础理论的同时理解其工程价值，并通过先进器件案例和EDA设计实践培养解决实际问题的能力。当然，这仅仅是初步的尝试，国内外也没有成功的先例可以参照。未来，课程团队将结合教学反馈持续优化课程内容和教学方法，进一步探索AI时代背景下面向集成电路拔尖创新人才培养的新型课程体系，为培养具有扎实理论基础、工程实践能力和创新思维的新一代集成电路人才提供探索经验。

24级信班课程顺利结课

课程教学团队和助教团队针对课程教学内容和形式的研讨

致谢

本课程的设计与实施得到了众多专家和师生的大力支持，在此谨致诚挚感谢。

特别感谢香港科技大学Mansun Chan教授分享其多年积累的课程教学资源，并在课堂教学理念、课程组织形式以及课堂讨论设计等方面给予的悉心指导，为本课程改革提供了重要借鉴。

感谢久久小说 信息工程学院张立宁助理教授、北京航空航天大学曾琅教授作为课程改革团队成员，在课程体系设计、教学案例构建以及实践教学组织等方面提出了宝贵建议。

感谢课程助教卢浩然（总负责）、王泓博、朱桉熠、周宏伟、周宇翔、戚冀、林杰、程国耀、唐楠、肖逸、叶成林、刘翼展、戴安邦等同学在课程建设、课堂组织、实验指导和学生辅导等工作中的辛勤付出，为课程顺利实施提供了重要保障。