AI赋能集成电路教育数字化发展白皮书1.0

AI赋能集成电路教育数字化发展白皮书（1.0版） 北京邮电大学 二〇二四年七月 前言 教育、科技、人才是中国式现代化的基础性、战略性支撑。当前，人工智能（AI）将重塑教育范式已成为共识，教育领域正站在变革的十字路口，面临前所未有的挑战和机遇。集成电路是信息技术产业的核心，是汇聚卓越人才的高地，集成电路产业与数字教育、智慧教育的深度融合以及对数智化技术的深刻运用，成为推动产业升级和社会进步的重要趋势。 《AI赋能集成电路教育数字化发展白皮书》包括以数字化开辟集成电路教育发展新赛道、以智能化破解集成电路人才培养新挑战、以集成化赋能集成电路智慧教育新范式、以国际化形成集成电路融合开放新格局四部分内容，分析了智能时代集成电路教育变革面临的新问题与新挑战，探讨了AI赋能集成电路教育数字化发展的作用与路径。 本白皮书由北京邮电大学集成电路学院联合教务处、研究生院、国家卓越工程师学院、叶培大创新创业学院、人工智能学院共同撰写。衷心感谢中国信息通信研究院、中国移动研究院、中国联通研究院、中国电信研究院、清华大学、北京大学、北京航空航天大学、北京理工大学等单位给予撰写工作的支持和帮助。诚挚邀请行业人士关注本白皮书，共同探索集成电路教育数字化转型与智能化演进方向，促进AI融入集成电路教育教学和人才培养过程，携手推动我国集成电路产业的高质量发展。 目录 一、以数字化开辟集成电路教育发展新赛道1 （一）建设教育强国，推进教育数字化是重要突破口1 （二）拥抱智能时代，探索教育数字化“聚智强芯之举”3 1、人才需求和课程体系高度匹配4 2、教育平台的高度数字化和智能化5 3、先进的“工程贯穿式”培养理念5 （三）加快数字变革，引领集成电路教育高质量发展6 1、加快数字化变革的必要性6 2、加快数字化变革的创新要素7 二、以智能化破解集成电路人才培养新挑战11 （一）集成电路人才培养“四个特点”12 1、集成电路人才缺口明显，人才结构失衡13 2、集成电路人才培养体系不完整14 3、集成电路人才培养难度大，瓶颈突出15 4、集成电路产业发展迅速，技术迭代更新快16 （二）集成电路人才培养“三个聚焦”17 1、聚焦集成电路全生态链人才供给17 2、聚焦集成电路卡脖子技术等急需刚需18 3、聚焦产教融合人才培养机制创新18 （三）集成电路人才培养“三个下功夫”18 1、在“筑牢培养根基”上下功夫18 2、在“构建培养格局”上下功夫19 3、在“完善培养模式”上下功夫20 （四）集成电路人才培养“四个举措”20 1、智能教育推进人才培养新模式20 2、加强师资队伍数智化教学水平建设22 3、完善集成电路人才数智化培养机制23 4、落实产教融合新思路23 三、以集成化赋能集成电路智慧教育新范式28 （一）AI赋能的集成化创新平台建设策略30 1、适合用于集成电路人才培养的人工智能大模型特性30 2、AI赋能平台与生态的建设31 3、AI赋能新平台下的学生创新模式37 （二）理论知识的集成化重构37 1、基于知识切片进行重构38 2、利用虚实结合手段深化重构40 3、开发线上微课和微实验助力重构42 4、开展项目实践夯实重构效果43 5、实现产学研相融合的绿色便捷通道45 （三）实验体系的数智化集成46 1、实验内容和方法的革新47 2、教学资源的数智化集成48 3、教学过程的智能化集成49 4、数字孪生技术助力数智化集成50 5、评价体系的系统集成与完善52 （四）教学实施模式创新：“教-学-用”集成53 1、集成电路教学内容的集成化54 2、集成电路授课过程的集成化55 3、集成电路师生互动的集成化56 四、以国际化形成集成电路融合开放新格局57 （一）技术创新国际化58 1、集成电路产业技术创新国际化的背景58 2、集成电路产业技术创新国际化的现状59 3、集成电路产业技术创新国际化的影响59 4、集成电路产业技术创新国际化面临的挑战60 （二）产业链协同国际化61 1、集成电路产业链协同国际化的重要性61 2、集成电路产业链协同国际化的现状62 3、集成电路产业链协同国际化的发展趋势62 4、集成电路产业链协同国际化面临的挑战63 （三）市场拓展国际化64 1、集成电路产业市场拓展国际化的重要意义64 2、集成电路产业市场拓展国际化面临的挑战65 3、集成电路产业市场拓展国际化的发展趋势67 （四）人才交流国际化69 1、集成电路产业人才交流国际化的重要意义69 2、集成电路产业人才交流国际化的现状70 3、集成电路产业人才交流国际化面临的挑战71 （五）政策支持国际化72 1、集成电路产业政策支持国际化的重要性72 2、集成电路产业国际经验借鉴73 3、集成电路产业国内政策举措74 4、集成电路产业政策支持国际化面临的挑战75 五、未来展望76 （一）教育技术与人才培养深度融合76 （二）虚拟技术促进教育优质资源普惠共享77 （三）智能技术赋能个性化教育新范式79 （四）人工智能指引教育内容新方向80 一、以数字化开辟集成电路教育发展新赛道 （一）建设教育强国，推进教育数字化是重要突破口 信息革命时代潮流加速向经济社会各领域广泛渗透，在全球网络与智能技术深入演进的大背景下，推进教育数字化成为普遍共识。各国纷纷将数字化作为创新教育、提升综合国力的重要途径，积极谋划教育数字化转型战略方案。如欧盟《数字教育行动计划（2021-2027）》、德国《数字教育倡议》，法国“教育数字领地”项目等，不断推动数字教育资源完善、教育设施改进、师生素养提升、教育理念升级。 党的二十届三中全会提出，教育、科技、人才是中国式现代化的基础性、战略性支撑。必须深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略。要深化教育综合改革，深化科技体制改革，深化人才发展体制机制改革。教育数字化是办好人民满意的教育的应有之义，是抢占科技竞争和未来发展制高点的关键之举，是建设教育强国实现中国式现代化的重要先手棋。 2022年全国教育工作会议上明确提出实施国家教育数字化战略行动，2023年全国教育工作会议上进一步提出要纵深推进教育数字化战略行动。2024年全国教育工作会议上提出要强化高等教育龙头作用。不断开辟教育数字化新赛道。坚持应用为王走集成化道路，以智能化赋能教育治理，拓展国际化新空间，引领教育变革创新。 2024年世界数字教育大会上教育部部长怀进鹏强调，我国教育数字化战略行动要从“联结为先、内容为本、合作为要”的“3C”走向“集成化、智能化、国际化”的“3I”，并突出应用服务导向，扩大优质资源共享，推动教育变革创新。将中国数字教育打造为落实全球发展倡议、全球安全倡议、全球文明倡议的实践平台，为世界数字教育发展提供了有效选择，为教育数字化全局性变革指明了发展方向。 教育数字化不仅是教育领域的一场技术革命，更是实现教育公平、提高教育质量和推动教育创新的战略途径。数字化能力可打破时间和空间的限制及地域和经济条件的制约，让人人都获得优质教育资源。数字化手段使教学过程更加生动和互动，有助于激发学习兴趣和主动性。数字化技术可以实现个性化教学，制定专属学习方案，提升学习效果。数字化应用还为教育管理和评估提供科学的数据支持，促进教育决策的科学化和精准化。 顺应信息技术的发展，我国不断深化教育变革创新，将教育数字化视为开辟教育发展新赛道和塑造教育发展新优势的重要突破口。近年来，我国教育数字化发展水平稳步提升，建设成效显著，开始进入高质量发展阶段，但面临从局部转型到全面转型乃至全局变革的新问题和新挑战。需要牢牢把握历史机遇，打造以学习者为中心，更加公平、更加包容、更加开放、更高质量、更有韧性的教育新生态，实现教育数字化跨越式发展，支撑引领教育强国和中国式现代化建设。 （二）拥抱智能时代，探索教育数字化“聚智强芯之举” 集成电路是国家战略重点领域之一，夯实人才培养的“四梁八柱”对产业发展具有重要意义。《国家集成电路产业发展推进纲要》明确提出加强集成电路领域的人才培养与引进，鼓励高校和科研机构设置相关专业和课程。“十四五”规划也特别指出要加大集成电路等关键领域的人才储备和培养力度。新型基础设施建设更是为集成电路人才培养提供了坚实的物质基础和广阔的发展空间。我国正加速培养一批高素质、创新型的集成电路专业人才，以满足产业升级和科技创新的紧迫需求。 探索教育数字化“聚智强芯之举”，是抓住智能时代AI红利发展高质量集成电路教育体系的关键所在。芯片技术迭代快、创新需求高、跨学科融合深，集成电路教育“产教脱节”“知识老化”“实践断层”等问题层出不穷。AI带来全新机遇的同时，也引入了更大挑战。如何运用人工智能、大数据、云网络等新一代信息技术，先“聚智”再“强芯”，打造理论实践有机结合、教育教学资源丰富的集成电路教育体系，具有现实意义。 探索教育数字化“聚智强芯之举”，还是加快培养集成电路卓越拔尖创新人才的必然趋势。由于知识的传播方式和人际交往方式发生了变化，针对传统教育模式的不足，集成电路数字教育突出在人才培养过程中发挥数据这一新质生产要素的核心作用，强化智能技术运用在全面提升人才培养质量上的关键地位，成为实现学习革命、质量革命和高质量发展的战略选择。 如图1所示，与传统集成电路教育模式相比，教育数字化的“聚智强芯之举”具有以下特点： 图1教育数字化“聚智强芯之举” 1、人才需求和课程体系高度匹配 深入调研集成电路行业和教育需求，与产业内企业合作，分析当前技术发展趋势和行业对人才的具体需求。同时，评估高校在集成电路领域的教学现状和学生技能水平，确定教育改革的方向。通过这一步骤，明确当前集成电路人才培养的困境和痛点，确立数智化创新教育模式的目标和路线方案。精心设计课程体系和工程实践环节，弥合学生当前学情和产业人才需求的巨大鸿沟，深入评估集成电路人才实践能力培养的有效性和教育质量，持续优化课程内容、教学方法和实践项目，确保人才需求与课程体系高度匹配，不断提高人才培养的质量和效率。 2、教育平台的高度数字化和智能化 通过建立数字化教学资源平台，提供丰富的在线课程、电子教材、视频讲解、互动课件和虚拟实验。这种教学资源的数字化，打破时空界限，不仅使得学习内容更为灵活，还能确保教学内容及时更新，与最新技术同步。同时，平台利用大数据和人工智能技术，分析学生的学习数据，提供个性化的学习路径和建议。通过对学生学习进度、理解能力和兴趣点的分析，智能系统能够自动调整教学内容和难度，实现因材施教，提高学习效果。此外，虚拟仿真实验室通过虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术，构建逼真的虚拟实验环境。学生可以在虚拟实验室中进行各种实验操作，反复练习，积累实践经验，提升动手能力和工程素养。这种虚拟实验不仅安全高效，还能弥补现实实验中设备和资源的不足。智能化教学管理系统也是该平台的重要组成部分。该系统可以自动安排课程、跟踪学生学习进度、评估学习效果，并提供实时反馈。与传统模式相比，数智化教育模式大大提高了教学管理的效率，优化了资源配置，使教学过程更加高效和有序。 3、先进的“工程贯穿式”培养理念 集成电路人才注重实践能力和工程经验的培养，这是目前高校教育最欠缺的。为解决这一问题，数智化教育模式引入“工程贯穿式”培养理念，以真实的产业工程项目为牵引，将原本分散的课程知识点串联成完整的课程体系，通过理论学习和项目实践提升教学质量。搭建全方位的校企合作框架和协同人才培养模式， 5 聘请企业专家担任课业导师，依托产业实际工程项目，建设产教融合工程师技术中心，推动校企资源双向流动，联合开展课程教学、实训实践、创新创业等多维度校企合作，充分整合、贯通集成电路创新实践育人资源，实现芯片设计、流片、封装和测试全产业链培养闭环，解决学生无流片经验这一“老大难”问题，打造高质量集成电路人才培养生态系统。 （三）加快数字变革，引领集成电路教育高质量发展 中国共产党第二十次全国代表大会首次明确提出，推进教育数字化，建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国。我们将深化实施教育数字化战略行动，一体推进资源数字化