項目教學(xué)法在微電子實驗課程中的應(yīng)用

李如春，王曉東

（浙江工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，浙江 杭州 310032）

項目教學(xué)法在微電子實驗課程中的應(yīng)用

李如春，王曉東

（浙江工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，浙江 杭州 310032）

項目教學(xué)法是基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的一種教和學(xué)的模式，它強調(diào)以學(xué)生為教學(xué)主體，突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，教師輔助，在預(yù)定的時間內(nèi)完成所設(shè)定的項目任務(wù)。基于微電子實驗課程涉及儀器眾多、使用重復(fù)率低的特點，將項目教學(xué)法應(yīng)用于其中，通過一個具體的項目，涵蓋各個基礎(chǔ)實驗的內(nèi)容，可以加深學(xué)生對實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容的理解，自主學(xué)習(xí)實驗儀器的使用，使實驗操作的內(nèi)容具體明確，大大改善教學(xué)效果。

項目教學(xué)法；微電子實驗課程；自主學(xué)習(xí)；教學(xué)效果

微電子實驗課程不同于普通實驗，實驗設(shè)備昂貴，一般每臺都在萬元以上，且同一設(shè)備可開設(shè)的實驗項目有限，所以在實驗授課時，往往是不同的學(xué)生所做的實驗項目不同，每個實驗所用的儀器也不同，這給教學(xué)工作帶來了困難和挑戰(zhàn)，也使得實驗教學(xué)效果較差。針對這一現(xiàn)狀，論文將項目教學(xué)法應(yīng)用于微電子實驗課程中，以期望改善教學(xué)效果。項目教學(xué)法（Project Based Learning，PBL），也稱為“基于項目活動的研究性學(xué)習(xí)”，是基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的一種教和學(xué)的模式[1，2]。瑞士著名心理學(xué)家皮亞杰認(rèn)為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學(xué)生在一定的情境下借助他人的幫助，并利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過建構(gòu)的方式而獲得的[3]。美國的項目管理專家約翰C·古德帕斯丘認(rèn)為“項目是在一定的時間里，在預(yù)算規(guī)定范圍內(nèi)需達(dá)到預(yù)定質(zhì)量水平的一項一次性任務(wù)?！盵4]項目教學(xué)法集中關(guān)注某一學(xué)科或技術(shù)的主要知識點，旨在把學(xué)習(xí)者融入到有意義的任務(wù)完成過程中，讓學(xué)生更積極、有目標(biāo)地自主學(xué)習(xí)。項目教學(xué)法具有以下顯著特征[5]：①在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生的理解在本質(zhì)上是與行動相關(guān)聯(lián)的，教育在此意義上是基于行動的過程。②對于客觀存在的世界，其被賦予的意義是由學(xué)生自行決定的。③學(xué)習(xí)的目標(biāo)具有明確的定向性，只有當(dāng)學(xué)生清晰地意識到自身的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并獲得與所期望的成果相應(yīng)的預(yù)期時，學(xué)習(xí)才是成功的。在項目法教學(xué)活動中，學(xué)生成為教學(xué)的主體，教師則是起輔助作用，提出項目的設(shè)計要求和目標(biāo)。師生在教學(xué)中充分互動，在積極探索、熱情洋溢的交流中獲取教學(xué)活動的成功。

一、具體實施方案

項目教學(xué)法是把客觀規(guī)律轉(zhuǎn)化為知識與技能的過程，教師不是將知識和理論灌輸給學(xué)生，而是引導(dǎo)他們一步步思索探究、自己實踐，在實踐中理解知識、掌握知識和運用知識。為貫徹項目教學(xué)法的上述中心思想，基于微電子實驗課程內(nèi)容的要求[6-8]，我們選取二極管即PN的制作和性能測試作為一個項目，具體包括七個小實驗：①硅材料層錯、位錯的觀測；②外延層電阻率的測試；③PN結(jié)的仿真制作；④PN結(jié)深的測試；⑤PN結(jié)電熱特性的測試；⑥PN結(jié)電容—電壓特性關(guān)系測試；⑦利用晶體管特性圖示儀測試二極管的特性。下面具體介紹各實驗選取的理由和具體內(nèi)容。器件的制作，首先必須考察制作材料的性能，所以我們從硅材料的性能研究開始。對于制作半導(dǎo)體器件的硅材料，最重要的是其缺陷情況，因此，利用金相顯微鏡觀測單晶硅片的層錯和位錯成為第一個實驗的內(nèi)容。半導(dǎo)體硅材料需通過雜質(zhì)的摻雜才能制作成有用的器件，電阻率的測試可以反映摻雜的程度，所以，利用四探針法測試外延層電阻率成為我們第二個實驗的內(nèi)容。半導(dǎo)體器件的制作涉及微電子工藝技術(shù)，實際工藝的制作受限于財力和場地，但可以通過仿真軟件TCAD[9，10]模擬制作過程，從而加深理解微電子工藝的各道工序，為此，第三個實驗利用計算機軟件仿真制作PN結(jié)。在器件制作過程中，影響二極管特性最重要的因素是PN結(jié)的結(jié)深，所以第四個實驗的內(nèi)容是了PN結(jié)深的測試。器件制作完成后，需對器件的特性進(jìn)行測試，所以第五到第七個實驗均是對PN結(jié)（二極管）外特性的測試，包括二極管正向電壓與溫度的關(guān)系、結(jié)電容與外加偏置電壓的關(guān)系、二極管伏安特性和反向擊穿特性等。上述內(nèi)容貫穿了PN結(jié)的制作材料、制造流程以及特性測試，組成了一個關(guān)于二極管器件的完整項目。在此，我們只是以二極管為例進(jìn)行了項目法在微電子實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用，當(dāng)然，實際操作時，也可以利用雙極型三極管或者場效應(yīng)管等為例建立項目。

二、實踐效果

通過項目教學(xué)法可以整合教學(xué)資源，打破課程之間的界限，將不同課程內(nèi)容組合在一起，從而教學(xué)活動設(shè)計成為學(xué)生和教師克服學(xué)科教學(xué)所造成的知識和技能條塊分割的過程。在實踐過程中，學(xué)生開展協(xié)作互動式的學(xué)習(xí)，獨立地、有評價性地思考問題，有助于學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作、創(chuàng)新能力等素質(zhì)的形成。將項目教學(xué)法應(yīng)用于微電子實驗教學(xué)中，是上述優(yōu)勢在實際應(yīng)用中的一個具體實現(xiàn)。我們在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2010級的微電子基礎(chǔ)實驗課程中，兩人一組，具體實施了上述提出的項目教學(xué)法，相比于傳統(tǒng)教學(xué)法，實踐效果的改善體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。在微電子實驗中，因為每組同學(xué)進(jìn)行的實驗內(nèi)容和儀器都是不同的，老師不可能在實際操作之前進(jìn)行講解，所以，在項目設(shè)計框架已經(jīng)給出的前提下，具體的實驗原理和儀器操作，均需學(xué)生自學(xué)了解，才能完成要求的實驗內(nèi)容，這體現(xiàn)了項目教學(xué)法以學(xué)生為主體、老師進(jìn)行輔助的特點。

2.實驗的意義和目的理解更深刻。因為在具體的實施方案中，將各個實驗以一個項目的流程為主線串連在一起，所有的實驗都是項目中的一個流程，這樣，每一個實驗的目的就很明確。

3.實驗內(nèi)容操作更簡單明確。實驗順序的安排，是根據(jù)項目實際流程的順序進(jìn)行的，上下兩個實驗之間存在一定的聯(lián)系，這有助于學(xué)生對實驗內(nèi)容的理解，操作更簡單明確。

三、實施過程中的注意事項

1.優(yōu)化項目設(shè)計。在微電子實驗課程中，需要所設(shè)計的項目能夠把涉及到的課程知識點和各種實驗儀器涵蓋在其中，這就要求要精心選定項目，以此項目貫穿整個教學(xué)過程，才能達(dá)到預(yù)定的教學(xué)效果。

2.教師需重視學(xué)生的需求。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，學(xué)生的需求差異性較小，共性的問題較多，教師可以在實際操作之前對需注意的問題一起進(jìn)行講解。在項目法教學(xué)中，各組學(xué)生同時進(jìn)行的內(nèi)容有差異，教師應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生的差異需求，及時對學(xué)生進(jìn)行解惑。

3.注重培養(yǎng)學(xué)生的獨立和創(chuàng)新能力。在項目法教學(xué)過程中，是以小組為單位進(jìn)行項目的實施，在團(tuán)隊合作的同時，每個成員還要獨立完成自己的項目任務(wù)，通過獨立思考、分析從而解決問題。

教學(xué)實踐證明，將項目教學(xué)法應(yīng)用于微電子實驗課程中，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，通過獨立完成項目，把理論與實踐有機地結(jié)合起來，掌握了各種微電子測試儀器的使用。相比于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，有助于提高學(xué)生對實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容的理解，自主學(xué)習(xí)實驗儀器的使用，使實驗操作更簡單具體，大大改善了教學(xué)效果。

[1]徐涵.項目教學(xué)的理論基礎(chǔ)、基礎(chǔ)特征即對教師的要求[J].職教論壇，2007，（6）：9-12．

[2]傅四保.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的項目教學(xué)法初探——以“教育技術(shù)學(xué)研究方法”課程教學(xué)為例[J].中國大學(xué)教育，2011，（2）：56-58.

[3]皮亞杰.結(jié)構(gòu)主義[M].倪連生，王琳，譯.北京：商務(wù)印書館，1984.

[4]約翰C·古德帕斯丘.項目價值管理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[5]張學(xué)林，陳齊超，段珊，等.項目教學(xué)法在C語言課程設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].實驗技術(shù)與管理，2011，28（2）：164-167.

[6]劉恩科，朱秉升，羅晉生.半導(dǎo)體物理學(xué)[M].第6版.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[7]關(guān)旭東.硅集成電路工藝基礎(chǔ)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2003.

[8]陳星弼，張慶中.晶體管原理與設(shè)計[M].第2版.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[9]阮剛.集成電路工藝和器件的計算機模擬——IC TCAD技術(shù)概論[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2007.

[10]SILVACO International，ATLAS User's Manual-DEVICE SIMULATION SOFTWARE[M].Santa Clara，CA 95054，September 2004.

G642.41

A

1674-9324（2014）04-0079-02

李如春（1968-），女，浙江青田人，博士，副教授，浙江工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院電子與通信系副主任，研究方向：半導(dǎo)體器件設(shè)計。