“微電子學(xué)概論”課程的教學(xué)改革探析

劉培生 ，王金蘭 ，蔣娟娟

（1.南通大學(xué) 杏林學(xué)院，江蘇 南通 226000；2.南通大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南通 226000；3.南通大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院，江蘇 南通 226000；4.江蘇省集成電路設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南通 226000）

0 引言

“微電子學(xué)概論”課程可以引導(dǎo)微電子類專業(yè)的學(xué)生正確認(rèn)識微電子專業(yè)在社會發(fā)展中的作用，是一門專業(yè)基礎(chǔ)課。同時微電子學(xué)研究的內(nèi)容十分廣泛，涉及到許多學(xué)科。所以，為了促進(jìn)專業(yè)之間的融合，“微電子學(xué)概論”又可以作為選修課面向全校其他專業(yè)的學(xué)生，從而加深他們對本專業(yè)的認(rèn)識，理解本專業(yè)與其他專業(yè)的關(guān)系。

1 現(xiàn)階段教學(xué)中存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容陳舊，課程設(shè)置不合理

傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容主要是教材，由于教材的滯后性、科技發(fā)展的前沿性以及教材的專業(yè)性過強(qiáng)，這就使得學(xué)生在課堂上學(xué)到的內(nèi)容無法有效地與實(shí)際生活相結(jié)合，造成理論與實(shí)踐的分離，不利于學(xué)生的全面發(fā)展。例如在微電子領(lǐng)域有許多新興的研究方向，像微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）發(fā)展相當(dāng)迅速。在國外，有許多先進(jìn)的MEMS產(chǎn)品，如MEMS麥克風(fēng)的科研已經(jīng)向CMOS-MEMS技術(shù)方向發(fā)展。[1]在國內(nèi)，中國電子科技集團(tuán)公司第13研究所由微納米研究中心和國家高密度封裝工業(yè)性試驗(yàn)基地相結(jié)合，MEMS器件和封裝發(fā)展比較快，已開發(fā)出一些新產(chǎn)品。這些新產(chǎn)品一旦應(yīng)用到日常生活，將會對我們的生活產(chǎn)生極大的影響。然而這些內(nèi)容在課本上我們都是學(xué)不到的。所以，單靠教材里的內(nèi)容來進(jìn)行微電子學(xué)的教學(xué)，無法使學(xué)生獲得最新的科技成果方面的知識，也就很難拓寬他們的知識面。

“微電子學(xué)概論”是一門實(shí)驗(yàn)性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是該門課程的重要組成部分?？墒牵㈦娮訉W(xué)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)過程中也存在一些問題。例如，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過多，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中積極性不高。因此，為了培養(yǎng)順應(yīng)時代發(fā)展的適用型人才，必須同時對微電子學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革。

1.2 教學(xué)模式落后，教學(xué)方式單一

當(dāng)前微電子專業(yè)的教學(xué)還停留在以“教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)模式之上，這種教學(xué)模式往往采用單一的文本教學(xué)方式，很難使學(xué)生掌握抽象的理論知識。[2]比如，在講解PN結(jié)形成過程時，一味的講理論，學(xué)生會很難理解。但如果能夠使用flash影視技術(shù)，將PN結(jié)形成過程使用動畫表現(xiàn)出來，學(xué)生就容易接受了。并且在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生只能被動地接受知識，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，無法調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的提高。所以，需要打破“教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)模式和單一文本教學(xué)的方式，探索新的教學(xué)方式。

1.3 考核方式單一，教學(xué)評價(jià)不科學(xué)

考核是對教師的教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)成果的檢驗(yàn)，起著促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和指導(dǎo)學(xué)生尋找高效學(xué)習(xí)方式的作用，合理的考核方式會提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。傳統(tǒng)的評價(jià)基本上是一種總結(jié)性學(xué)習(xí)終端評價(jià)，它以甄別學(xué)生對知識掌握的水平與選拔優(yōu)秀學(xué)生為導(dǎo)向，是一種由教師、教育主管部門、考試機(jī)構(gòu)等自上而下的對學(xué)生“定性”的評價(jià)。這種評價(jià)只注重學(xué)生最終對知識的掌握程度，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)單一。由于總結(jié)性評價(jià)只考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果而不考慮學(xué)習(xí)過程，所以容易造成學(xué)生平時學(xué)習(xí)不用功，考前突擊學(xué)習(xí)的情況。因此，必須優(yōu)化考核方式，引導(dǎo)學(xué)生正確學(xué)習(xí)。

2 “微電子學(xué)概論”課程的改革方案

利用有限的教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)方式，促使教學(xué)效果達(dá)到最佳，是每個教育者都應(yīng)遵循的原則，“微電子學(xué)概論”課程的改革也不例外。本課程教學(xué)質(zhì)量的提高關(guān)鍵在于三點(diǎn)：一是如何有效拓展他們的知識范圍以促進(jìn)學(xué)習(xí)與實(shí)際生活的結(jié)合；二是如何提高他們的學(xué)習(xí)興趣以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性；三是如何豐富考核方式以提高教學(xué)評價(jià)的科學(xué)性，具體教學(xué)改革流程如圖1所示。

圖1 微電子學(xué)概論課程的教學(xué)流程

2.1 拓展教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程設(shè)置

當(dāng)代科技領(lǐng)域都是多學(xué)科、多技術(shù)互相交叉、相互滲透的。微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合后誕生出了MEMS，微電子技術(shù)與生物工程技術(shù)結(jié)合誕生出了DNA（脫氧核糖核酸）生物芯片，微電子機(jī)械系統(tǒng)幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、光學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容由于教材的滯后性，在某種程度上往往導(dǎo)致教學(xué)跟不上實(shí)際科技發(fā)展的步伐，但是教學(xué)的傳授者即教師，是一本活的可以不斷更新的“教材”。因此，在文本教材落后的的情況下，教師要充分發(fā)揮自身角色的靈活與智慧，拓寬學(xué)生的知識面。

（1）在課題研究中拓寬知識。一般來說，課題在不同的程度上總是帶有一定的綜合性。在研究課題的過程當(dāng)中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)一些問題涉及到的某方面的知識還未掌握，那么他們就會在這方面的知識上進(jìn)一步學(xué)習(xí)。[3]當(dāng)他們將這方面的知識掌握之后，知識面就得到了拓展，這時課題的學(xué)習(xí)研究也就可以繼續(xù)往下深入。為了能夠順利完成課題，學(xué)生從確定課題開始直至課題完成期間，他們需要廣泛地閱讀相關(guān)的專業(yè)資料，當(dāng)課題完成之后學(xué)生的知識面自然拓寬了。對于“微電子學(xué)概論”這門課而言，教師可以通過論文的形式來進(jìn)行課程最終的考查。為了使學(xué)生有足夠的時間去查閱大量的資料，課題可以在課程開設(shè)后的第二、第三個星期確定，課題的內(nèi)容可以由老師確定，也可由學(xué)生自己選擇。

（2）在互助合作中拓展知識。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，學(xué)科的相互交叉越來越來復(fù)雜，與此相比，個人的能力越來越顯得有限。對于個人而言，知識面不可能無限地進(jìn)行拓展，可以尋求研究不同方向的合作者，在相互合作的過程之中也可以拓展自身的知識面。[4]例如，對于上述所提到以課題研究的方式拓寬知識面這一方法，老師可以將班級同學(xué)分成若干組，每組的課題不一樣，每組6-7人，每組確定一個課題帶頭人，由課題帶頭人來協(xié)調(diào)、分配每個人在本課題中的研究內(nèi)容，以此完成課題，最后在小組內(nèi)部實(shí)現(xiàn)知識的共享。

（3）在學(xué)術(shù)研討中延伸知識。認(rèn)真組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)術(shù)交流，對微電子不同領(lǐng)域進(jìn)行研討，這是拓寬學(xué)生知識面的一個重要手段。學(xué)生在完成課題的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行知識的提取、歸納，寫出課題報(bào)告，然后在班上作報(bào)告和討論。這樣，既有利于開拓學(xué)生的眼界，延伸他們的知識范圍，活躍了他們的學(xué)術(shù)思想，又能相互啟迪、互相受益。[5]在“微電子學(xué)概論”這門課程中，可以利用最后一周的課程，安排每個課題組的帶頭人到講臺介紹課題研究的內(nèi)容，介紹形式可以采用PPT或者現(xiàn)場直接用軟件進(jìn)行相關(guān)的仿真，對仿真結(jié)果進(jìn)行講解。當(dāng)所有課題組介紹完畢之后，安排各個課題組之間進(jìn)行自由學(xué)術(shù)研討，以此來拓寬學(xué)生的知識面。

2.2 更新教學(xué)模式，拓寬教學(xué)方式

“微電子學(xué)概論”課程的教學(xué)目前還停留在“以教師為中心”的教學(xué)模式和單一的文本教學(xué)方式上，這種單調(diào)的教學(xué)方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于現(xiàn)代化的教學(xué)要求。學(xué)生被動的接受書本知識，不僅打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，而且嚴(yán)重脫離社會實(shí)踐生活，使得學(xué)習(xí)的理論無法解決實(shí)踐問題，因此很難培養(yǎng)出實(shí)踐性、應(yīng)用性人才。針對傳統(tǒng)的教學(xué)模式和單一的教學(xué)方式所帶來的問題，我們可以從以下兩點(diǎn)以培養(yǎng)學(xué)生的興趣和增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

（1）采用興趣教學(xué)法。興趣教學(xué)法就是以興趣為本來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、學(xué)習(xí)效率的教學(xué)方法。針對學(xué)生存在缺乏學(xué)習(xí)興趣的現(xiàn)象，我們可以從培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣入手，將每節(jié)課變成興趣課，為課堂注入活力，為學(xué)習(xí)添加動力。[6]

首先，導(dǎo)入實(shí)際問題，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。微電子領(lǐng)域的科技成果，充斥著人們的生活，學(xué)生在日常生活中會遇到與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的問題，老師應(yīng)該抓住這一點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生將這些問題提出來，與學(xué)生們一起討論、分析，并針對性地給予解答。[7]例如，在講到半導(dǎo)體材料特性的時候，老師可以問學(xué)生一些和實(shí)際生活有關(guān)的問題。比如說，“神舟十號”的外殼是用什么材料做的，能經(jīng)受這么高的溫度；“蛟龍?zhí)枴钡耐鈿な怯檬裁床牧献龅模芙?jīng)受這么大的壓力。通過這些實(shí)際的問題，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，所以老師要抓緊課堂時間與學(xué)生一起探討，甚至讓出課堂時間讓同學(xué)自行討論。這樣不但老師與同學(xué)之間實(shí)現(xiàn)了互動交流，也極大地增強(qiáng)了這門課對學(xué)生的吸引力，能夠很好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

其次，互換師生角色，調(diào)動學(xué)習(xí)興趣。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師是主要的知識傳授者，學(xué)生是被動的知識接受者，這屬于單向的教學(xué)模式。師生角色互換即由學(xué)生走上講臺并組織教學(xué)活動，而教師則走下講臺充當(dāng)一個好學(xué)上進(jìn)、不懂就問的學(xué)生。采用這種教學(xué)模式，能夠給學(xué)生一個全新的感覺，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性，活躍學(xué)生的創(chuàng)新力，提高他們的學(xué)習(xí)興趣。[8]例如，對于微電子學(xué)的發(fā)展、現(xiàn)狀及未來這方面的知識完全可以由學(xué)生自己收集資料后以老師的身份站在講臺上講授出來，老師這時應(yīng)該認(rèn)真做好聽、記、評等工作，思考和分析學(xué)生在授課過程中是如何講解的，教學(xué)效果怎么樣，有哪些優(yōu)點(diǎn)和不足，并作適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容補(bǔ)充。

最后，注重學(xué)習(xí)投入，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。學(xué)習(xí)投入指的是一種與學(xué)習(xí)活動相關(guān)積極、完滿的情緒與認(rèn)知狀態(tài)，具有持久性和彌散性特點(diǎn)。[8]它的表現(xiàn)是學(xué)生將自己的時間與精力投入到學(xué)習(xí)當(dāng)中。根據(jù)認(rèn)知失調(diào)理論，迫使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣產(chǎn)生變化的壓力既不能太大也不能太小。一方面，壓力能夠使學(xué)生產(chǎn)生與興趣不一致的行為；另一方面，壓力要能夠使學(xué)生感受到認(rèn)知失調(diào)，假如學(xué)生體驗(yàn)不到認(rèn)知失調(diào)度，那么他就不會有興趣的轉(zhuǎn)變。[9]

（2）增設(shè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)踐是提高學(xué)生素質(zhì)的根本途徑，是啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維、引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新活動、培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作和創(chuàng)新的意識、思維和能力的需要。[10]讓學(xué)生大量地接觸實(shí)際，感受所學(xué)知識的實(shí)際應(yīng)用，這樣會極大地激發(fā)學(xué)生運(yùn)用知識的積極性，從而實(shí)現(xiàn)從感性到理性的飛躍。具體的可以結(jié)合實(shí)際的教學(xué)，比如說，講到外延生長時可組織學(xué)生到清華同方有限公司等企業(yè)參觀，講到集成電路封裝時可以去南通富士通等微電子企業(yè)參觀。學(xué)生親自實(shí)踐之后，他們會發(fā)現(xiàn)自己所學(xué)知識太少，在實(shí)踐中不夠用，從而會主動找資料，尋求解決問題的方法，有效地調(diào)動起學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力，從而增強(qiáng)他們學(xué)習(xí)的興趣。

2.3 豐富考核方式，注重過程評價(jià)

為真實(shí)地評價(jià)學(xué)生，提供學(xué)生發(fā)展全方位信息，提高其在真實(shí)的作業(yè)情境中思維能力、反思能力、合作能力、信息搜集能力、處理能力和創(chuàng)造能力，本文提出了考核方式改革方案。采用終結(jié)性評價(jià)和形成性評價(jià)相結(jié)合的考核方式，讓學(xué)生重視平時的學(xué)習(xí)過程，克服以前考試“臨時抱佛腳”的不良習(xí)慣。

（1）采用課前預(yù)習(xí)、課堂討論、實(shí)驗(yàn)課及課外活動表現(xiàn)情況以及撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告相結(jié)合的方法，綜合評價(jià)學(xué)生微電子知識的學(xué)習(xí)情況。課前預(yù)習(xí)包括了課前的問題和預(yù)習(xí)報(bào)告，課堂討論考核了學(xué)生分析問題和解決問題的能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫考核了學(xué)生的語言表達(dá)能力和數(shù)據(jù)分析能力。

（2）考核方式采用閉卷考試和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方式。在學(xué)期末，可以讓學(xué)生操作一項(xiàng)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，只給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃O(shè)計(jì)要求和提供的儀器、設(shè)備等。要求學(xué)生自己預(yù)先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)路線、數(shù)據(jù)記錄表格，選擇實(shí)驗(yàn)器材等，使學(xué)生真正成為實(shí)驗(yàn)的主角，提高學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)、獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

3 結(jié)束語

教學(xué)改革是一個長期的實(shí)踐過程，筆者在結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了一些新的方式和方法，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在未來“微電子學(xué)概論”的教學(xué)實(shí)踐過程中，需要我們廣大教育工作者不斷探索，積極面對教學(xué)問題，認(rèn)真總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，努力完善教學(xué)方式，推進(jìn)教學(xué)改革的步伐。

[1]Chiang Cheng-Ta,Wang Chih-Hsien,and Wu Chia-Yu.A CMOS MEMS Audio Transducer Implemented by Silicon Condenser Microphone With Analog Front-End of Audio Codec[J].IEEE Transactions on very large scal integration systems,2012(9):1656-1667.

[2]修春波,李紅利,陳亦梅.概論性課程改革的新思路[J].教育探索,2007(4):30-31.

[3]Cheng Xien,Yilai Zhang,Jingying Xiong.Task Driven Learning Model and Application on Teaching[J].IEEE International Conference on Education Technology and Computer,2010(2):226-228.

[4]高抒,張紅霞.研究生應(yīng)在研究中拓寬知識面[J].學(xué)位與研究生教育,1998(1):54-55.

[5]徐忠勤,強(qiáng)文鑫,李言俊.拓寬博士生知識面淺議[J].學(xué)位與研究生教育,1995(5):22-24.

[6]王聰麗.談?wù)勁d趣教學(xué)法[J].山西高等學(xué)校社會科學(xué)學(xué)報(bào),2004(4):72-73.

[7]郭昕.高校班級自主管理中的自主學(xué)習(xí)[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào),2010(8):31-32.

[8]Jia Dai-yong,Geng Shi-bin,Han Xu.Teaching Reform on Professional Foundation Courses for Undergraduate Students under the Background of Quality Education[J].IEEE International conference on Digital Object Identifier,2011(4):1-4.

[9]何旭明,陳向明.學(xué)生的學(xué)習(xí)投入對學(xué)習(xí)興趣的影響研究[J].全球教育展望,2008(3):46-51.

[10]WU Ming,XIONG Guang-jing,Study on Competence-oriented Engineering Education Reform[J].Journal of Higher Education in Science&Technology,2010(3):54-59.