CDIO模式在《半導(dǎo)體照明材料與器件》課程中的應(yīng)用

【摘 要】《半導(dǎo)體照明材料與器件》是材料科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)課，是涉及固體物理的基本概念、材料的制備、器件的基本結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)等多學(xué)科的交叉課程。本文從培養(yǎng)應(yīng)用型材料科學(xué)與工程專業(yè)人才的要求出發(fā)，針對(duì)傳統(tǒng)的《半導(dǎo)體照明材料與器件》教學(xué)中存在的問題，基于CDIO教學(xué)模式，對(duì)本課程的教學(xué)方法進(jìn)行一系列有益的教學(xué)改革討論，并結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出了將CDIO工程教學(xué)理念應(yīng)用于《半導(dǎo)體照明材料與器件》教學(xué)改革的具體措施。

【關(guān)鍵詞】CDIO " "《半導(dǎo)體照明材料與器件》 " " 課程改革

半導(dǎo)體照明是指用全固態(tài)發(fā)光器件（發(fā)光二極管），作為光源的照明，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、易維護(hù)等顯著特點(diǎn)，是近年來全球最具發(fā)展前景的最新技術(shù)領(lǐng)域之一，是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一場(chǎng)照明光源的革命，半導(dǎo)體發(fā)光材料與器件有著巨大的市場(chǎng)與技術(shù)創(chuàng)新空間。因此，培養(yǎng)半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人才是材料科學(xué)與器件專業(yè)人才培養(yǎng)的一個(gè)新方向。《半導(dǎo)體照明材料與器件》更是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是涉及固體物理的基本概念、材料的制備、器件的基本結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)等多學(xué)科的交叉課程。本課程的主要目標(biāo)為培養(yǎng)學(xué)生了解常見的半導(dǎo)體發(fā)光材料的發(fā)光原理和制備方法，掌握半導(dǎo)體發(fā)光器件的工作原理、結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用，了解最新的發(fā)光材料和器件，為分析、研究和設(shè)計(jì)半導(dǎo)體光電器件打下基礎(chǔ)。為了適應(yīng)材料工程與科學(xué)專業(yè)高水平應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求，培養(yǎng)解決實(shí)際問題和創(chuàng)新的能力，我們需要探索本課程新型的教學(xué)方法。

CDIO工程教育模式，是近年來國(guó)際工程教育改革的最新成果，是由美國(guó)麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院、瑞典查爾摩斯工業(yè)大學(xué)和瑞典林雪平大學(xué)等四所大學(xué)共同創(chuàng)立的工程教育改革模式。CDIO的含義為構(gòu)思（conceive），設(shè)計(jì)（design），實(shí)現(xiàn)（implement）和運(yùn)作 （operate），它以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。

1.教學(xué)現(xiàn)狀及CDIO課程改革思路

在傳統(tǒng)的《半導(dǎo)體照明材料與器件》的教學(xué)中，主要是教師在課堂上按照課本的章節(jié)順序介紹本常見的半導(dǎo)體發(fā)光材料的發(fā)光原理和制備方法、半導(dǎo)體發(fā)光器件的工作原理和結(jié)構(gòu)、最新的發(fā)光材料和器件的應(yīng)用等內(nèi)容，并以期末考試或考查評(píng)估學(xué)生掌握的情況。這種教學(xué)方法偏重于理論知識(shí)的灌輸，割裂了教和學(xué)的互動(dòng)，忽視了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維過程能力的培養(yǎng)，教學(xué)結(jié)果也過于看重考試成績(jī)，缺少形象思維、構(gòu)思表達(dá)和創(chuàng)造設(shè)計(jì)這種綜合能力的訓(xùn)練。

課程改革的目標(biāo)就是在傳授給學(xué)生《半導(dǎo)體照明材料與器件》相關(guān)的理論知識(shí)的同時(shí)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力。使學(xué)生在接觸工程教育的那一天起，就摒棄中學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)方法和觀念，只有這樣才能真正構(gòu)建完整的CDIO工程教學(xué)體系。筆者在本課程的教學(xué)過程中，深刻體會(huì)到進(jìn)行教學(xué)改革的必要性，積極探索以CDIO理論為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、教師從旁引導(dǎo)的新型教學(xué)方式，以期令教師教學(xué)與學(xué)生實(shí)踐融為一體。

2.基于CDIO理念的課程改革措施

基于CDIO的教育理念，我們?cè)凇栋雽?dǎo)體照明材料與器件》課程的教學(xué)中，采用了以項(xiàng)目推動(dòng)教學(xué)的新型課程改革。具體內(nèi)容如下：

1）把課程章節(jié)按照半導(dǎo)體照明器件制造的整個(gè)生命周期分成四個(gè)部分：半導(dǎo)體照明材料生長(zhǎng)，半導(dǎo)體照明器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體照明器件制造和封裝，半導(dǎo)體照明器件的驅(qū)動(dòng)、控制及檢測(cè)。

2）讓學(xué)生圍繞以上四個(gè)內(nèi)容調(diào)研，列出為了制造一個(gè)半導(dǎo)體照明器件，需要學(xué)習(xí)哪些基本理論知識(shí)。此部分為本課程的核心部分，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生求知的積極性。具體實(shí)施的時(shí)候可以將學(xué)生分成若干小組，分塊進(jìn)行調(diào)研。

3）教師根據(jù)學(xué)生的調(diào)研，進(jìn)行總結(jié)和補(bǔ)充，按照教學(xué)大綱要求制訂需要課程講授的知識(shí)點(diǎn)。此過程與學(xué)生進(jìn)行溝通，明確哪些知識(shí)點(diǎn)的講授可以解決學(xué)生對(duì)特定模塊所提出的問題。每次課堂授課后，與學(xué)生溝通確認(rèn)是否解決了他們對(duì)半導(dǎo)體照明器件制造過程中某一步驟的疑惑。

4）全部課堂授課內(nèi)容完成后，總結(jié)半導(dǎo)體照明器件的整個(gè)制造流程，結(jié)合理論和產(chǎn)業(yè)實(shí)際，激發(fā)學(xué)生討論半導(dǎo)體照明器件產(chǎn)業(yè)的不足和可改進(jìn)處，可以結(jié)合最新的科研和產(chǎn)業(yè)成果。

綜上所述，通過這樣四個(gè)步驟，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，并理論聯(lián)系實(shí)際，深化課堂知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，是CDIO教學(xué)理念的一個(gè)具體應(yīng)用實(shí)例。

3.結(jié)語

本課題基于CDIO教學(xué)模式，創(chuàng)立了《半導(dǎo)體照明材料與器件》新型的教學(xué)互動(dòng)的教學(xué)模式。在實(shí)際教學(xué)過程中，以一種特定的半導(dǎo)體照明器件的完整的制造過程為核心，推動(dòng)相關(guān)理論知識(shí)的教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)合成方法的介紹，提升學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。本教學(xué)方法自2014年開始在上海第二工業(yè)大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院新能源材料專業(yè)進(jìn)行完整的改革和實(shí)踐，具有較高的理論意義和推廣價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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