《半導(dǎo)體物理學(xué)》教學(xué)改革探討

張德偉

摘 要：半導(dǎo)體物理學(xué)是材料物理和新能源材料與器件專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。針對教學(xué)過程中存在的問題，從教學(xué)內(nèi)容整合，教學(xué)手段和教學(xué)方法等環(huán)節(jié)探討了該課程的改革措施。通過這些改革，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效地提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體物理 教學(xué)改革 教學(xué)效果

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（c）-0151-02

《半導(dǎo)體物理學(xué)》是鹽城工學(xué)院材料物理、新能源材料與器件專業(yè)本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它主要研究半導(dǎo)體原子狀態(tài)和電子狀態(tài)以及電子輸運的學(xué)科。

通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得半導(dǎo)體物理的基本概念，基本規(guī)律和基本思想，了解半導(dǎo)體性質(zhì)以及受外界因素的影響及其變化規(guī)律。該課程注重培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力、科學(xué)研究的思想方法、創(chuàng)新能力以及工程實踐能力等；為畢業(yè)生從事半導(dǎo)體相關(guān)學(xué)科的科學(xué)研究、工程設(shè)計奠定扎實的理論與實踐基礎(chǔ)。

作為材料物理及新能源材料與器件專業(yè)的特色課程及后續(xù)課程的基礎(chǔ)課程，《半導(dǎo)體物理學(xué)》的教學(xué)質(zhì)量直接影響著后續(xù)課程的教學(xué)。該課程具有物理理論深奧，理論推導(dǎo)復(fù)雜等特點，這就要求學(xué)生具有扎實的數(shù)學(xué)和物理的基礎(chǔ)知識。但是，對于應(yīng)用型本科院校的學(xué)生來說，他們沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)量子力學(xué)，固體物理，數(shù)學(xué)物理方法及統(tǒng)計物理等相關(guān)的物理知識，因此，在該課程的學(xué)習(xí)和理解上都存在一定的難度，使教學(xué)效果難以達到預(yù)期?；诮虒W(xué)實踐，我們逐漸認識到原有的教學(xué)模式已經(jīng)不適應(yīng)應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)。為了提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，現(xiàn)結(jié)合筆者的教學(xué)實踐，對《半導(dǎo)體物理學(xué)》課程的教學(xué)做一些探討和思考。

1 基于培養(yǎng)方案、合理構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容

人才培養(yǎng)方案是關(guān)于人才培養(yǎng)的藍圖，是教育教學(xué)的綱領(lǐng)性文件。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)符合人才培養(yǎng)方案。因此，應(yīng)該在培養(yǎng)方案的指導(dǎo)下，合理地構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容。 關(guān)于半導(dǎo)體物理學(xué)的教材種類繁多，我們專業(yè)系經(jīng)過認真調(diào)研和教研討論， 選擇劉恩科、朱秉升和羅晉生編著的《半導(dǎo)體物理學(xué)》（第7版）作為教材[1]。該書全面地論述了半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識。全書共分13章，主要內(nèi)容為：半導(dǎo)體中電子狀態(tài)；半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級；載流子的統(tǒng)計分布；載流子的散射和導(dǎo)電性；非平衡載流子理論；PN結(jié)；金屬和半導(dǎo)體的接觸性能；半導(dǎo)體的表面與MIS結(jié)構(gòu)；半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)構(gòu)；半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)、熱電性質(zhì)、磁和壓電效應(yīng)以及非晶態(tài)半導(dǎo)體理論等知識點。該書具有物理理論深奧， 知識點較多，數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁雜等特點，因此，學(xué)生需具有扎實的量子力學(xué)、固體物理、熱力學(xué)統(tǒng)計物理及數(shù)學(xué)物理方法等相關(guān)知識。

該校定位于以培養(yǎng)工程技術(shù)人才為目標的應(yīng)用型本科院校，因此學(xué)生理論功底相對比較薄弱。基于人才培養(yǎng)方案，進一步優(yōu)化了半導(dǎo)體物理學(xué)的教學(xué)內(nèi)容。首先構(gòu)建好整體知識框架，突出教學(xué)重點和難點。前五章是半導(dǎo)體物理學(xué)課程的理論基礎(chǔ)部分，是后八章的基礎(chǔ)，因此選擇重點講解前五章。授課時先明確課程的學(xué)習(xí)主線，將基本概念、基本定律和基本思想貫穿于這條主線。主要講解物理概念和理論模型，力求講清楚物理圖像，弱化公式的推導(dǎo)過程。其次，做好知識的銜接和擴充。講授新課之前先復(fù)習(xí)上次課程的內(nèi)容，做到溫故而知新，加強了章節(jié)之間的銜接，利于學(xué)生對新知識的理解。將最新的半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)展動態(tài)和科研成果引入教學(xué)內(nèi)容，進一步擴充教學(xué)內(nèi)容，開闊學(xué)生的視野。

2 基于計算機軟件、形象化教學(xué)內(nèi)容

“百聞不如一見”，形象化教學(xué)內(nèi)容，把抽象內(nèi)容具體化，增加教學(xué)內(nèi)容的直觀性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂效率。形象化教學(xué)，即直觀性教學(xué)，是指教師在教學(xué)過程中通過引導(dǎo)學(xué)生觀察物理現(xiàn)象或者運用語言進行形象描述，充分調(diào)動學(xué)生的各種感覺器官，讓學(xué)生在頭腦中形成清晰的物理圖像，從而豐富他們的感性知識[2]。半導(dǎo)體物理學(xué)具有基本概念和理論多，公式推導(dǎo)煩瑣，物理模型抽象等特點，因此不易理解。傳統(tǒng)的教學(xué)方法達不到預(yù)期效果，學(xué)生難以理解和掌握這些基本概念，基本理論和物理模型。鑒于此，可以借助于計算機軟件把半導(dǎo)體物理學(xué)中抽象的概念和物理模型形象化。首先，將半導(dǎo)體物理學(xué)中的物理過程用Flash等動畫軟件制作成動畫，在課堂上演示給學(xué)生，增加學(xué)生的感性知識；其次，利用mathematic等數(shù)學(xué)軟件模擬半導(dǎo)體材料的載流子濃度、費米能級與溫度關(guān)系，增強了學(xué)生對知識點有直觀的了解，提高了定量分析問題的能力。形象化的教學(xué)方法可以促進學(xué)生對半導(dǎo)體物理知識的理解，從而激發(fā)學(xué)生對半導(dǎo)體物理的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)效率[3]。

3 理論聯(lián)系實踐、加強實踐教學(xué)

應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)的重要保證是實踐教學(xué)。半導(dǎo)體物理學(xué)實踐環(huán)節(jié)應(yīng)該是半導(dǎo)體物理學(xué)課程的有機組成部分。開設(shè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)對于該課程來說，是十分必要的。結(jié)合課程特點，確定了相應(yīng)的實踐教學(xué)內(nèi)容，編制了實踐教學(xué)大綱。在實踐教學(xué)過程中，首先教師詳細的講解基本原理，儀器的操作；然后讓學(xué)生進行分組實驗；最后學(xué)生對測得的數(shù)據(jù)進行處理和結(jié)果分析，并完成實驗報告。例如，在講解半導(dǎo)體的熱電性質(zhì)時，可以利用熱電效應(yīng)的相關(guān)實驗，讓學(xué)生觀察相應(yīng)的熱電現(xiàn)象，使學(xué)生把抽象的理論知識轉(zhuǎn)化為直觀感受。通過實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生進一步理解和掌握半導(dǎo)體物理學(xué)的基本理論，基本概念和基本思想，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

4 結(jié)語

應(yīng)用型本科院校的目標是培養(yǎng)工程技術(shù)人才。針對教學(xué)中的問題，通過合理的構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法和手段的改進，使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到了提高，達到了預(yù)期教學(xué)效果?！栋雽?dǎo)體物理學(xué)》作為材料物理和新能源材料與器件專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，將為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)生從事半導(dǎo)體相關(guān)學(xué)科的科學(xué)研究、工程設(shè)計奠定扎實的理論與實踐基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 劉恩科，朱秉升，羅晉生.半導(dǎo)體物理學(xué)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2] 王 強. 半導(dǎo)體物理的形象化教學(xué)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009 （1）：92-93.

[3] 湯乃云.微電子專業(yè)“半導(dǎo)體物理”教學(xué)改革的探索[J].中國電力教育，2012（13）：59-60.