提高應用型本科院校半導體物理教學質量的方法研究

江錫順

（滁州學院機械與電子工程學院，安徽滁州 239000）

提高應用型本科院校半導體物理教學質量的方法研究

江錫順

（滁州學院機械與電子工程學院，安徽滁州 239000）

半導體物理課程理論性、邏輯性和工程性較強，在新建應用型本科院校開設此課程，教學內(nèi)容的整合和課程講授都存在一定難度。本文根據(jù)應用型本科院校專業(yè)培養(yǎng)方案，提出改革現(xiàn)有教學模式，將理論和實驗教學融為一體，培養(yǎng)學生主動探索精神和創(chuàng)新意識，提高半導體物理教學質量。

應用型；半導體物理；教學質量

半導體物理是研究半導體原子狀態(tài)和電子狀態(tài)以及各種半導體器件內(nèi)部電子過程的學科，是固體物理學的一個重要分支。研究半導體中的原子狀態(tài)是以晶體結構學和點陣動力學為基礎，主要研究半導體的晶體結構、晶體生長，以及晶體中的雜質和各種類型的缺陷。研究半導體中的電子狀態(tài)是以固體電子論和能帶理論為基礎，主要研究半導體的電子狀態(tài)，即能帶結構、雜質和缺陷的影響、電子在外電場和外磁場作用下的輸運過程、半導體的光電和熱電效應、半導體的表面結構和性質、半導體與金屬或不同類型半導體接觸時界面的性質和所發(fā)生的過程、各種半導體器件的作用機理和制造工藝等［1－3］。半導體物理學的發(fā)展不僅使人們對半導體有了深入的了解，而且由此而產(chǎn)生的各種半導體器件、集成電路和半導體激光器等已得到廣泛的應用。它的開設為學生以后學習其它課程和從事半導體產(chǎn)業(yè)工作提供了必要的半導體基本理論知識。但是，對于應用型本科院校的學生來說，他們的專業(yè)基礎相對薄弱，而且要求有較扎實的高等數(shù)學知識和固體物理以及量子力學基礎，這樣勢必會增加學生的心理負擔，出現(xiàn)課堂出勤較低和教師積極性不高等現(xiàn)象，使半導體物理教學很難達到預期效果［4］。為了講授這門課程，讓學生對半導體物理知識的理解和掌握達到教學目的的要求，就成為教研室和授課教師必須經(jīng)常研究和探討的問題。筆者結合本校學生的實際情況，針對在半導體物理課程教學實踐中發(fā)現(xiàn)的問題淺談自己的看法。

1 半導體物理教學的現(xiàn)狀

1.1 重知識傾向的課程目標，致學生興趣不高

學習半導體物理課程必須要有較強的高等數(shù)學和量子力學以及固體物理基礎知識，而不少同學在以前課程學習中基礎就比較薄弱，使得這門課程的學習變得更加難以理解和把握。也有不少同學在學習過程中積極性不高，僅僅是為了通過期末考試，對課堂教學中出現(xiàn)的問題很少加以思考。

1.2 教學資源欠缺

教學資源主要包括師資隊伍和實驗條件等。但隨著近幾年學校的大發(fā)展，專業(yè)數(shù)和學生數(shù)都在逐年大幅度增加，而師資相對來說非常緊缺，教師工作量繁重［4］。往往一門課就一直由某位教師講授，這就使得教研室活動內(nèi)容沉悶，教師間的交流學習不多。半導體物理實驗作為一門專業(yè)實驗，旨在對半導體材料一些重要參數(shù)和特性進行測試，讓學生能將課堂理論知識和實際應用結合起來，為以后的學習和工作打好扎實的基礎。而對一些新建應用型本科院校來說，半導體物理實驗課程開設情況不佳，甚至沒有開設，就使得學生課堂學習覺得枯燥無味，教師講授中也遇到很多問題。

1.3 現(xiàn)有教學模式的欠缺

現(xiàn)有的半導體物理教學基本上以“教師講解學生聽課”的模式為主，教學內(nèi)容較多而且抽象枯燥；由于很多內(nèi)容涉及到固體物理知識的準備，很多同學以前學習固體物理時基本知識不牢，造成學習中缺乏信心，普遍感覺到內(nèi)容很難理解。在學習完整門課程以后，學生很難系統(tǒng)的掌握各章節(jié)的主要內(nèi)容，更談不上所學知識的綜合運用能力了。

以上種種問題，直接的結果就是課程教學質量較低，教學效果不好，學生學習普遍被動。因此，在教學實踐環(huán)節(jié)中，修訂新的教學大綱，探求新的教學方法，采用新的教學手段，保證和提高課堂教學效果刻不容緩。

2 提高課程教學的有效性研究

2.1 修訂教學大綱，選擇適合學生特點的教材

教學大綱是落實培養(yǎng)目標和教學計劃最基本的文件，是選定教材、組織課堂教學并對學生進行考核的依據(jù)，也是檢查和評估教學質量的標準［5］。本課程教學應圍繞“教師方便教，學生容易學”的中心，樹立夯實基礎，重在實踐的思想。因此授課教師應根據(jù)學科發(fā)展的去向、教學改革和實踐的變化等情況，定期修訂教學大綱。目前的半導體物理教材一般都以詳細的理論分析為主，數(shù)學推導較多，學生學習起來感覺吃力。經(jīng)過分析比較現(xiàn)有眾多半導體物理教材后，我們選用了劉恩科等編寫的《半導體物理學》（第7版）。該教材較全面地論述了半導體物理的基礎知識，內(nèi)容豐富，覆蓋面廣，具有全新的體系結構，體現(xiàn)突出物理概念，強調基本分析方法，可讀性強，便于自學。并且每章后面的參考文獻讓讀者可以了解到自己所需要的知識細節(jié)，是目前使用較好的教材。但對新建應用型本科院校學生來說，該教材仍然存在部分內(nèi)容過于深奧的問題，因此教師在授課時不能照本宣科。筆者在授課時根據(jù)學生以后可能的就業(yè)方向，將某些側重于繁瑣數(shù)學推導的問題簡化，而對教材實驗實踐環(huán)節(jié)進行補充，形成了適合本校學生實際的專業(yè)教材。

2.2 運用類比學習法，做到舉一反三

所謂“類比”，是指根據(jù)兩個（或兩類）對象在某些方面的相同或相似從而推出他們在其他方面也可能相同或相似的一種邏輯思維［6］。半導體物理中的不少物理概念和方法存在著很大的類同性，可以根據(jù)這一點在教學中指導學生使用類比法進行自主學習。筆者在這教學過程中發(fā)現(xiàn)，指導學生使用類比法進行自主學習，可以達到事半功倍的效果。比如在討論n型半導體載流子濃度和費米能級與溫度的關系以后，就可以讓學生運用類比學習法，探究p型半導體中上述關系。這樣能讓學生在教師的指導下主動學習，做到較快的掌握教材中給出的很多結論，能夠起到良好的學習的效果。

2.3 合理使用現(xiàn)代化教學手段

在教育現(xiàn)代化、信息化的今天，多媒體技術以圖文并茂、聲像俱佳、動靜皆宜的表現(xiàn)形式走進課堂。多媒體技術綜合了聲、光、電、圖等大量的信息，同時還可以對大小、速度和形狀進行人為控制，所以運用多媒體技術教學可以很好地對解決常規(guī)課堂教學中難以解決的難點［7］。但在半導體物理教學中，如果一味地使用多媒體課件，用電腦代替教師，忽略了教師在課堂中的主導作用，這必然違背了教學規(guī)律。針對課程的重點和難點，筆者在課堂教學中先啟發(fā)學生的思維，在學生的求知欲被激發(fā)后，適時地運用多媒體技術將教學中的重點和難點傳授給學生。在講解載流子擴散運動內(nèi)容時，先引導學生回憶大學物理課程中熱學部分有關氣體分子的擴散現(xiàn)象知識，激發(fā)學生對半導體中載流子擴散運動的研究興趣。在學生興趣被激發(fā)以后，通過多媒體課件展示進入課堂教學，這樣學生更容易接受相關理論的精髓。只有將教師在課堂中的主導作用與多媒體技術的輔助作用結合起來，才能獲得良好的教學效果。

2.4 激發(fā)學生的科研興趣，培養(yǎng)學生的科研素質

創(chuàng)新是民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達不竭的動力，思考教育問題就不能離開這個重大的課題［8－9］。通過對學生施以教育和影響，使他們作為一個獨立的個體，能夠善于發(fā)現(xiàn)和認識有意義的新知識、新思想、新事物、新方法，掌握其中蘊含的基本規(guī)律，并具備相應的能力，為將來成為創(chuàng)新型人才奠定全面的素質基礎。在對半導體物理知識點的講解和分析過程中，不能單純講解理論知識，而是要結合教師和學生的科研實踐對理論知識進行深入的解析，這樣有助于培養(yǎng)學生的科研思維。將教學與科研相結合，不僅可以豐富知識內(nèi)容，而且讓學生了解半導體物理學科的研究前沿。筆者在講解半導體中載流子的輸運現(xiàn)象時，結合自己主持的半導體材料相關科研項目，向學生介紹這部分內(nèi)容在研究半導體導電機理中的重要性，從而也能激發(fā)學生的科研能力。另外，筆者所在學校為提高大學生的科研能力，促進學生素質的全面提高，近兩年都開展了大學生科研項目申報工作，鼓勵部分基礎扎實，動手能力強的同學積極申報，涌現(xiàn)出一些科研素質較高的學生科研人員，為學生以后從事科研工作打下一定的基礎。

2.5 加強實驗教學

加強實驗教學是應用性人才培養(yǎng)的重要保證［10］。半導體物理實驗是半導體課程的重要組成部分，通過實驗教學，使學生加深和鞏固學生對現(xiàn)代半導體物理的基本理論和基本知識的理解，培養(yǎng)學生樹立理論聯(lián)系實際的學風和良好的科學工作作風，提高學生綜合分析解決問題的能力。在實際教學過程中，筆者結合課程特點，按照由簡單到綜合，由驗證到創(chuàng)新的思路，確定實驗教學的內(nèi)容，編制切實可行的實驗教學計劃和大綱。在教學內(nèi)容上，減少單一的驗證性實驗，適當增加了綜合性、設計性和創(chuàng)新性實驗，這樣可以調動學生的學習積極性，推進學生的自主實驗和合作實驗。例如在學習半導體的光學吸收內(nèi)容時，結合實驗中測得的薄膜透射曲線，引導學生通過對透射曲線的分析計算確定薄膜的光學常數(shù)和厚度，這樣極大的提高學生的學習興趣，達到了較好的實驗效果。另外，在教學手段上，筆者計劃開發(fā)、引進和使用計算機輔助實驗教學軟件，運用虛擬、仿真等實驗技術手段，促進虛擬、仿真環(huán)境下的實驗與真實環(huán)境下的實驗有機結合，進一步提高學生的實際操作能力，進而達到良好的實驗教學效果。

3 結束語

應用型本科院校是在原有的地方?？圃盒；A上升格成為多科型和區(qū)域型的高等院校。而半導體物理作為電子科學與技術和應用物理專業(yè)重要的專業(yè)基礎課，通過教學內(nèi)容的整合，教學方法和教學手段的改進，可以逐漸形成適應應用型本科院校辦學定位的新的教學模式［11］。

［1］沈偉東，劉 旭，朱 勇，等.用透過率測試曲線確定半導體薄膜的光學常數(shù)和厚度［J］.半導體學報，2005，（02）：335－340.

［2］唐 瑩，孫一翎.MATLAB在半導體課程教學中的應用［J］.長春理工大學學報（高教版），2009，（10）：123－124.

［3］孫連亮，李樹深，張 榮，等.半導體物理研究新進展［J］.半導體學報，2003，（10）：1115－1119.

［4］劉恩峰，劉曉彥，韓汝琦.半導體器件模擬技術的研究［J］.微電子學，2002，（03）：206－209.

［5］夏 君，吳 金，楊廉峰，等.半導體器件模擬中的一種三角網(wǎng)格生成方法［J］.固體電子學研究與進展，2000（04）：371－377.

［6］王 悅.數(shù)學物理方法在半導體PN結分析中的初探［J］.湖北教育學院學報，2006，（02）：10－11.

［7］張玉薇，鄧 珂.半導體器件計算機模擬技術探索［J］.廣西工學院學報，2006，（12）：23－26.

［8］劉世清，牟海維，王立剛，等.第二類歐拉積分在半導體物理中的應用［J］.大慶石油學院學報，2006，（04）：134－136.

［9］王印月，趙 猛.改革半導體課程教學 融入研究性學習思想［J］.高等理科教育，2003，（01）：69－71.

［10］陳 平，韓 靜，黃明文.半導體物理實驗探索的模式與實踐［J］.中山大學學報論叢，2002，（01）：37－38.

［11］陳國英.《半導體器件物理基礎》課程教學的思考［J］.常州信息職業(yè)技術學院學報，2007，（06）：56－58.

G642

A

1673－1794（2011）05－0110－02

江錫順（1980－），男，講師，研究方向：功能薄膜材料。

滁州學院教學研究項目（2009jyy033）

2011－03－23