導(dǎo)語(yǔ)：微電子半導(dǎo)體物理課程教學(xué)改革初探一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：半導(dǎo)體物理學(xué)為電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的基礎(chǔ)理論課程，具有內(nèi)容抽象、教學(xué)模式單一、學(xué)生參與度不高等特征，本論文系統(tǒng)分析了半導(dǎo)體物理課程教學(xué)中存在的一些典型問(wèn)題，并以微電子專(zhuān)業(yè)為例，結(jié)合其專(zhuān)業(yè)特色，提出了在教學(xué)中引入前沿?zé)狳c(diǎn)案例分析、互動(dòng)教學(xué)、雙語(yǔ)教學(xué)等相應(yīng)改革措施，為高校特色專(zhuān)業(yè)建設(shè)提供了一條新思路。

關(guān)鍵詞：微電子專(zhuān)業(yè)；半導(dǎo)體物理；課程教學(xué)改革

“半導(dǎo)體物理學(xué)”是電子科學(xué)與技術(shù)、微電子科學(xué)與工程、集成電路設(shè)計(jì)等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生今后從事光伏、LED、鋰電池等先進(jìn)電子材料及器件領(lǐng)域以及集成電路設(shè)計(jì)及制造等相關(guān)領(lǐng)域的研究及工作具有重要意義[1,2]。作為微電子專(zhuān)業(yè)最重要的課程之一，雖然不少高校充分認(rèn)識(shí)到了“半導(dǎo)體物理學(xué)”對(duì)于相關(guān)學(xué)科發(fā)展以及學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的重要性[3,4]，但由于這門(mén)課程存在內(nèi)容抽象、教學(xué)模式單一、學(xué)生參與度不高等特點(diǎn)，導(dǎo)致其實(shí)際教學(xué)效果往往并不理想。因此，本論文系統(tǒng)分析了半導(dǎo)體物理課程教學(xué)中存在的一些典型問(wèn)題，并以微電子專(zhuān)業(yè)為例，結(jié)合其專(zhuān)業(yè)特色，提出了在教學(xué)中引入前沿?zé)狳c(diǎn)案例分析、互動(dòng)教學(xué)等相應(yīng)改革措施，希望為高校特色專(zhuān)業(yè)建設(shè)提供一條新思路。

一“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程教學(xué)中存在的若干典型性問(wèn)題

重慶郵電大學(xué)“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程所用教材為劉恩科、朱秉升、羅晉生等人編著的《半導(dǎo)體物理學(xué)（第七版）》（電子工業(yè)出版社，2011年3月第2版），該教材屬于普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，電子科學(xué)與技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)精品教材。結(jié)合該教材的內(nèi)容設(shè)置以及本人所在微電子系部教研室的相關(guān)教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)該門(mén)課程存在以下典型問(wèn)題：（一）內(nèi)容抽象。根據(jù)重慶郵電大學(xué)微電子系的教學(xué)大綱，“半導(dǎo)體物理學(xué)”可分為兩大部分[5]，其中第一部分主要介紹半導(dǎo)體的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，包括半導(dǎo)體中的載流子狀態(tài)及能帶結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)及缺陷能級(jí)、載流子的統(tǒng)計(jì)分布、半導(dǎo)體的導(dǎo)電性及非平衡載流子。第二部分主要介紹與半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)相關(guān)的界面效應(yīng)，包括pn結(jié)、金屬和半導(dǎo)體的接觸、MIS結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)等。該課程教學(xué)過(guò)程中涉及知識(shí)面廣，需要學(xué)生在選修該門(mén)課程之前具有扎實(shí)的高等數(shù)學(xué)、固體物理、量子力學(xué)等課程基礎(chǔ)，單純依賴教師的講解無(wú)法在規(guī)定學(xué)時(shí)內(nèi)達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果。同時(shí)，本門(mén)課程物理概念多、易混淆知識(shí)點(diǎn)多、物理模型推導(dǎo)過(guò)程繁瑣，因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常感到內(nèi)容抽象、知識(shí)點(diǎn)銜接困難，進(jìn)而失去學(xué)習(xí)動(dòng)力。另外，本門(mén)課程為基礎(chǔ)理論課，較難通過(guò)實(shí)物演示讓學(xué)生明白其中的物理過(guò)程，這也給不少學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)帶來(lái)了困難。（二）教學(xué)模式單一。與大部分高校類(lèi)似，重慶郵電大學(xué)“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程的講授方式也是課堂板書(shū)加多媒體技術(shù)的教學(xué)方式。這種單一的教學(xué)模式一方面會(huì)使得教師無(wú)法合理規(guī)劃教學(xué)進(jìn)度。由于這種傳統(tǒng)授課模式主要依賴于教師的講解，而本門(mén)課程的內(nèi)容較多，難度較大，但僅設(shè)置了64學(xué)時(shí)，使得不少教師的授課重點(diǎn)集中于概念的講解及相關(guān)模型公式的推導(dǎo)，而極少有時(shí)間詳細(xì)講解相關(guān)概念及模型的來(lái)龍去脈、相互關(guān)聯(lián)以及應(yīng)用實(shí)例，這樣使得教師雖然付出了大量的心血，但實(shí)際教學(xué)效果并不理想。另一方面，單一的教學(xué)模式會(huì)讓學(xué)生感覺(jué)內(nèi)容枯燥，缺乏學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而導(dǎo)致其對(duì)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)理解不夠透徹，逐漸對(duì)課程學(xué)習(xí)感到吃力，以至于出現(xiàn)厭學(xué)的情況。（三）學(xué)生參與度不高。根據(jù)我們多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，不少大學(xué)生對(duì)“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程的參與度比較低，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）認(rèn)知方面：大部分學(xué)生課后不會(huì)對(duì)所學(xué)知識(shí)加以歸納，沒(méi)有課前預(yù)習(xí)課后復(fù)習(xí)的習(xí)慣，不會(huì)利用圖書(shū)館的資源學(xué)習(xí)，課后作業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，在課程考試前夕只能通過(guò)傳統(tǒng)方式進(jìn)行死記硬背，造成學(xué)習(xí)效率低下，并且對(duì)知識(shí)的理解與運(yùn)用不夠。（2）興趣方面：在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)校過(guò)于注重學(xué)生的卷面成績(jī)，忽視了學(xué)生的興趣培養(yǎng)，從而導(dǎo)致在教學(xué)過(guò)程中，十分注重知識(shí)點(diǎn)的記憶，這樣一來(lái)，課堂必然缺乏活躍氛圍，長(zhǎng)此以往，學(xué)生將會(huì)對(duì)“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸心理。（3）行為方面：雖然出于提高學(xué)生注意力的考慮，不少大學(xué)已經(jīng)禁止學(xué)生在課堂上使用電子產(chǎn)品，但不少學(xué)生在課堂上仍然表現(xiàn)得非常沉默，不愿與教師交流，沒(méi)有自己的想法，同時(shí)在課外很少主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，尤其是實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力較弱。

二“半導(dǎo)體物理學(xué)”教學(xué)改革探索

微電子專(zhuān)業(yè)為重慶郵電大學(xué)重點(diǎn)發(fā)展學(xué)科之一，擁有重慶市微電子工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中央與地方共建的微電子工程中心、“微電子專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)中心”重慶市高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心等多個(gè)教學(xué)及科研基地。微電子專(zhuān)業(yè)采取國(guó)際化的辦學(xué)思路，力求培養(yǎng)具有國(guó)際視野、面向工程應(yīng)用、面向市場(chǎng)需求，致力培養(yǎng)涵蓋微電子器件研發(fā)、集成電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成電路工藝研發(fā)、芯片封裝測(cè)試等高端理論研究和實(shí)踐應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)人才。為實(shí)施教育教學(xué)改革和人才培養(yǎng)創(chuàng)新辦學(xué)模式，該專(zhuān)業(yè)采用與國(guó)際接軌的先進(jìn)教學(xué)理念和“1+2+1”培養(yǎng)模式培育學(xué)生，即第1年以外教為主強(qiáng)化英語(yǔ)教學(xué)，培養(yǎng)國(guó)際化基礎(chǔ)能力；第2-3年聘請(qǐng)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者到校教學(xué)，著重學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和技能培養(yǎng)；第4年為學(xué)生提供到境內(nèi)外知名集成電路企業(yè)實(shí)習(xí)、到境內(nèi)外知名大學(xué)學(xué)習(xí)及攻讀碩士學(xué)位等個(gè)性化培養(yǎng)方案。針對(duì)第一部分提到的若干典型問(wèn)題，我們以重慶郵電大學(xué)微電子專(zhuān)業(yè)為例，結(jié)合其面向工程應(yīng)用、面向市場(chǎng)需求、國(guó)際化教學(xué)等專(zhuān)業(yè)特色，提出了在教學(xué)中引入前沿?zé)狳c(diǎn)案例分析、互動(dòng)教學(xué)、雙語(yǔ)教學(xué)等一系列改革措施，希望為高校特色專(zhuān)業(yè)建設(shè)提供一條新思路。（一）前沿?zé)狳c(diǎn)案例分析。由于“半導(dǎo)體物理學(xué)”的內(nèi)容抽象，長(zhǎng)時(shí)間的理論講解會(huì)使學(xué)生感到枯燥乏味，因此我們有必要結(jié)合當(dāng)前的熱點(diǎn)科技問(wèn)題講解本門(mén)課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)在生產(chǎn)實(shí)踐中的具體應(yīng)用，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)提高學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。當(dāng)今微電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，與材料科學(xué)與工程、自動(dòng)化、機(jī)械工程、生物工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的交叉及滲透越來(lái)越強(qiáng)，不斷涌現(xiàn)出許多新問(wèn)題、新概念、新理論及新方法[6-8]。這些前沿科技成果的理論基礎(chǔ)正是“半導(dǎo)體物理學(xué)”，對(duì)相關(guān)前沿?zé)狳c(diǎn)進(jìn)行案例分析，是該門(mén)課程教學(xué)改革的突破口。在保持課程知識(shí)結(jié)構(gòu)的完整性與系統(tǒng)性的同時(shí)，合理安排教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)中適當(dāng)增加新的知識(shí)，并簡(jiǎn)要介紹微電子行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，有利于提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)及創(chuàng)新思維能力。例如，我們?cè)谥v授二極管、三極管相關(guān)內(nèi)容時(shí)，除了講解傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，還可以結(jié)合量子力學(xué)的最近成果，簡(jiǎn)要介紹自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管、單電子晶體管等新概念器件。還可以結(jié)合手機(jī)發(fā)展史，說(shuō)明每一代半導(dǎo)體材料及電子元器件對(duì)通訊技術(shù)變革的深刻影響。通過(guò)對(duì)這些前沿?zé)狳c(diǎn)進(jìn)行案例分析，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情以及參加相關(guān)科技活動(dòng)的積極性，同時(shí)也會(huì)使學(xué)生意識(shí)到“半導(dǎo)體物理學(xué)”既有趣又有用，不僅對(duì)他們后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)有裨益，也對(duì)其今后的學(xué)習(xí)深造及工作影響深遠(yuǎn)。（二）互動(dòng)教學(xué)。由于每個(gè)學(xué)生的基礎(chǔ)并不一樣，因此在教學(xué)過(guò)程中要注意因材施教，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，化被動(dòng)為主動(dòng)，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并嘗試解決問(wèn)題。這種模式需要學(xué)生與教師在課堂中有充分的互動(dòng)交流，而不僅僅是教師的獨(dú)角戲，這樣會(huì)有利于學(xué)生后期的國(guó)際化培養(yǎng)。這種互動(dòng)教學(xué)模式一般分為三個(gè)步驟：首先是確定教學(xué)目標(biāo)。教師在每節(jié)課程結(jié)束時(shí)通過(guò)相關(guān)問(wèn)題引出下次課的教學(xué)目標(biāo)及主要內(nèi)容，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去預(yù)習(xí)。例如在講解電子有效質(zhì)量的概念時(shí)，可以先讓學(xué)生思考如何描述半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？運(yùn)動(dòng)的電子與自由電子有什么不一樣？如何處理半導(dǎo)體晶格中原子及其他電子的影響?這樣學(xué)生需要復(fù)習(xí)固體物理中與自由電子模型相關(guān)的內(nèi)容，再結(jié)合對(duì)教材相關(guān)章節(jié)的預(yù)習(xí)，學(xué)生就會(huì)對(duì)電子有效質(zhì)量有更深刻的認(rèn)識(shí)。然后是頭腦風(fēng)暴。在新課之前，給學(xué)生一些時(shí)間對(duì)上次提出的問(wèn)題進(jìn)行小范圍的討論，最后教師對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，這樣可以促使學(xué)生參與課堂學(xué)習(xí)，避免一些學(xué)生因?yàn)槁?tīng)不懂問(wèn)題而逐漸對(duì)本課程失去興趣，同時(shí)也可以加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解。最后是分組討論。教師在講解新內(nèi)容時(shí)可以通過(guò)提問(wèn)-討論-分析-總結(jié)的方法讓學(xué)生全程參與互動(dòng)學(xué)習(xí)。這樣學(xué)生不僅能夠掌握新的知識(shí)，還能鍛煉其思維能力及表達(dá)能力，增進(jìn)課堂學(xué)習(xí)氛圍。同時(shí)這種互動(dòng)教學(xué)模式也可以提高參與討論學(xué)生的成就感，改變他們對(duì)“半導(dǎo)體物理學(xué)”的固有觀念，提高自我學(xué)習(xí)能力。（三）雙語(yǔ)教學(xué)。為支撐本專(zhuān)業(yè)學(xué)生的國(guó)際化培養(yǎng)，我們與必要在講授“半導(dǎo)體物理學(xué)”時(shí)，對(duì)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，這樣才能提升學(xué)生的國(guó)際化視野。目前，許多學(xué)生在閱讀英文科技文獻(xiàn)時(shí)最大的障礙是專(zhuān)業(yè)詞匯貧乏。其實(shí)，不少專(zhuān)業(yè)詞匯學(xué)生們并不陌生，只是不了解其不同語(yǔ)境中的含義以及用法，例如“空穴”用英文表達(dá)為hole，“載流子”用英文表達(dá)為carrier，其含義與“孔洞”、“運(yùn)輸工具”等常見(jiàn)意義相去甚遠(yuǎn)，教師在課堂上結(jié)合相關(guān)知識(shí)點(diǎn)予以說(shuō)明后學(xué)生便非常容易掌握和記憶。我們?cè)趯?shí)際教學(xué)中，除了在講述相關(guān)重要的概念時(shí)會(huì)進(jìn)行英文注釋?zhuān)€會(huì)在每個(gè)章節(jié)的開(kāi)頭及小結(jié)部分介紹知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖時(shí)用中英文說(shuō)明，而在講解某些技術(shù)前沿進(jìn)展時(shí)，我們也會(huì)采用英文課件。通過(guò)這樣長(zhǎng)期的熏陶，學(xué)生會(huì)逐漸習(xí)慣相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的英文表達(dá)方式，這對(duì)學(xué)生后期的國(guó)際化培養(yǎng)至關(guān)重要。

三“半導(dǎo)體物理學(xué)”教學(xué)改革實(shí)踐效果

在我校進(jìn)行新工科建設(shè)、微電子特色專(zhuān)業(yè)建設(shè)以及工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的背景下，我們?cè)?016級(jí)及2018級(jí)微電子專(zhuān)業(yè)本科實(shí)驗(yàn)班中對(duì)“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程進(jìn)行了試點(diǎn)教學(xué)改革，取得了良好的教學(xué)效果。通過(guò)引入前沿?zé)狳c(diǎn)案例分析、互動(dòng)教學(xué)等相應(yīng)改革措施，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及自我學(xué)習(xí)能力得到了極大提高，許多學(xué)生在課后也愿意在課后到圖書(shū)館搜集資料，獨(dú)立思考并解決相關(guān)學(xué)習(xí)問(wèn)題，同時(shí)與其他班級(jí)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，試點(diǎn)班級(jí)學(xué)生的卷面成績(jī)要比對(duì)照班級(jí)平均高20%。由此可見(jiàn)，教學(xué)模式的改變能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)造性。學(xué)生也樂(lè)于運(yùn)用“半導(dǎo)體物理學(xué)”去解決一些實(shí)際問(wèn)題，參加相關(guān)的科技活動(dòng)，提升自己的綜合能力。

四結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，作者一直在高校從事“半導(dǎo)體物理學(xué)”的教學(xué)工作，實(shí)踐表明，半導(dǎo)體物理學(xué)為電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的基礎(chǔ)理論課程，具有內(nèi)容抽象、教學(xué)模式單一、學(xué)生參與度不高等特征，從而導(dǎo)致教師往往付出了大量心血，但教學(xué)效果卻經(jīng)常不理想，針對(duì)這些問(wèn)題，我們提出了在教學(xué)中引入前沿?zé)狳c(diǎn)案例分析、互動(dòng)教學(xué)、雙語(yǔ)教學(xué)等相應(yīng)改革措施，激發(fā)了學(xué)生自我學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，并收獲了良好的教學(xué)效果。我們期待今后不斷發(fā)展和完善新的教學(xué)模式，為高校特色專(zhuān)業(yè)建設(shè)提供一條新思路。

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作者:尹康 周前能 張麗 馮世娟 戚飛 張文霞 單位:重慶郵電大學(xué)