电子信息科学课程群的建立

作者：陈明 吴正平 张清河 单位：三峡大学理学院

电子信息科学与技术专业的现状

电子信息科学与技术专业基本设置在理科或与物理相关的院系,这与各院校授予理、工学士学位基本是相匹配的。但大多数院校,尤其是原重点综合性和重点理工院校的这个专业是从专业目录调整前的相关专业演变而来,从课程设置来看,相当大部分院校此专业与电子技术或电子信息工程或电子科学技术,甚至与计算机应用与通信等专业差别不大。电子信息产业是一项新兴的高科技产业。该产业的长足发展,直接推动了电子信息类毕业生的就业工作。电子信息科学与技术专业通常是一所大学中比较热门的专业,是不少优秀考生的首选。同时,电子信息科学与技术专业毕业生在理论基础方面比较扎实,按理说也应当是用人单位的首选。但是不少用人单位反映,该专业毕业生虽然了解的知识很多,但是许多毕业生存在动手能力差、对工具和方法的应用不熟、经验不足、缺乏独立解决问题的能力、缺乏实现抽象模型和软件系统方面的能力等问题。而且由于电子信息科学与技术专业的专业特征不明显,因而缺乏竞争力。我院是有近50年历史的地方理科院系,在教学、科研方面都有着良好的基础,基础设施也有一定的规模。如何结合我院良好的理科教育基础,建设特色鲜明的电子信息科学与技术专业,是同类型理科院校面临的共同问题。在专业建设中，主要存在的问题为：一是,专业范围不容易界定,电子信息涵盖的范围极其广泛,并且处于不断发展和扩充之中,使得该专业的建设方面表现出了一定的不适应性或盲目性[3]。尤其,我校还有相近的电子信息工程专业。本专业的课程体系、发展方向、专业特色等是影响学科建设和学生就业的严重问题。二是,缺乏有着本专业系统教育背景的教师。三是,实践实习的校外基地建设与社会支持力度难以满足教学要求。四是,教学方法及思路的更新要求。因此,从目前本专业的现状来看,有很多方面与现阶段的培养目标是不相应的,特别是在专业课程设置与实验室建设两个方面,这就无法为人才培养体系创造和谐的环境条件,也就无法培养合格的人才。

磁电子方向课程群的构建

针对上述问题,通过这几年广泛深入地调查、分析和研究,我们明确了电子信息科学与技术的发展方向；明确了地方经济发展规划方向,特别是电子行业的主流方向；明确了湖北省对电子技术人才的需求；了解了湖北省各高校特点和专业设置现状。结合我校特点与我院师资优势,我们逐渐探索出一条适合我院电子信息科学与技术特色专业建设的路子,逐步形成了以磁电子器件应用和磁电子信号处理为专业发展方向,以数理类、磁电子技术类和信息处理类为主要课程体系,以磁电子器件应用实验室、磁电子信息处理实验室、EDA与嵌入式系统实验室的建设为支撑,以校外实习和创新基地为补充的一个本专业人才培养体系。

1磁电子技术微电子材料与器件是二十世纪人类最伟大的创造之一，但是没有利用电子自旋特性。随着科学技术的发展，半导体组件的尺寸缩小到纳米级后，许多原有宏观特性将丧失，必须采用电子的自旋特性来解决半导体的尺寸效应问题。自旋电子学正是在这样的背景产生的。自旋电子学是一门以研究纳米尺度范围内电子的自旋特性为主要内容的一门交叉学科。自旋电子学，亦称磁电子学，它是磁学与微电子学相结合的产物。采用磁电子材料制造全新的或者高性能的器件，与传统半导体器件相比，具有大幅度降低能量消耗、增加集成密度和提高数据处理速度等优点。磁电子器件广泛应用于磁场感应、高速信号耦合和数据存贮等领域。磁电子材料及器件是目前国际学术界的一个热门研究领域。根据巨磁阻(GMR)效应[4-5]和自旋隧道(MTJ)效应[6]制成的各类先进磁敏器件迅速走向商品化。磁电子器件包括磁性传感器、磁性隔离耦合器和磁性存储器的市场前景巨大,未来年销售额估计将高达1000亿美元[7]。在2008年11月湖北召开的第十三届全国磁学和磁性材料会议上,磁电子材料和器件的研究被认为是事关中国能否赶上世界第四次科技发展浪潮的一个关键。目前，由东方微磁公司在湖北宜昌投资兴建的磁电产业园第一条磁电子芯片生产线已经建成，预计在未来几年，对具有磁电子技术背景的毕业生的需求呈上升趋势。

2磁电子方向课程设置磁电子方向课程群由微电子电路基础、固体物理导论、磁电子学与传感器与检测技术等四门课程组成。该方向培养的总目标是夯实专业基础,加强实验技能,强化工程意识,拓宽专业口径,突出磁电子应用特色。

(一)理论教学环节

微电子技术课程：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,其教学内容非常丰富,并要求学生有良好的数学、物理、材料等学科基础。教学目的是给学生打好基础,为后续课程提供基本知识。本课程课堂教学主要做法为:(1)突出基本概念、注重器件原理和模型。简化复杂的数学推导和理论分析,强调对基本原理和规律的理解和掌握。(2)以应用能力培养为导向,强调实用性和简明性。在讲清模型的简化条件和物理意义的基础上,重点介绍模型的应用方法和技巧。固体物理导论主要教学内容是从晶体结构、晶格振动和电子运动的理论出发，通过引入各种元激发的模型、概念，为学生系统介绍了固体的热学性质、光学性质、电学性质、磁学性质及力学性质。是磁电子学的先修课程。磁电子学课程:根据我校本专业的发展方向和培养目标,所确定的主要教学内容包括磁电子学的基本概念、巨磁电阻(GMR)效应、自旋隧道(MTJ)效应、和磁电子学的应用等。由于学生相关物理基础相对薄弱，讲授本课程的主要做法是:(1)加强巨磁电阻(GMR)效应与隧道巨磁电阻内容的讲述,简要介绍典型的巨磁电阻传感器的工作原理。(2)磁电子学的应用是本课程的讲授重点,讲授内容包括磁电传感的应用、磁记录读出磁头、磁电阻随机存取存储器、自旋晶体管和量子计算机等,以培养应用能力为主要目标。传感器与检测技术课程：该课程在教学内容的选取上，以“必需、够用”为度，舍弃繁杂的理论分析，突出基础理论知识和实际操作技能。同时，注重吸收传感器与检测技术领域的新知识、新技术，并将磁电传感器单独设置为项目，便于教师根据科研项目的实际情况选择教授。

(二)实验教学环节

表1中给出了该专业方向所开设的实验情况,这些实验项目有许多来源于教师的科研课题，主要以设计性、综合性和研究性实验为主,鼓励学生自己设计、自己动手制作和开发研究,同时还鼓励学生积极参与导师的科研工作和科技创新大赛,指导学生撰写和发表研究论文。该实验教学环节体现了教学与科研的有机结合，不仅有利于师资水平的提高、教学内容的更新、传统专业的改造以及新专业的增建,更有利于新学科、交叉学科的形成与发展。