興趣主導(dǎo)和實(shí)踐輔助之教學(xué)方法探討

王紅航，劉黎明，楊健君，劉 凱，張華斌

(電子科技大學(xué)中山學(xué)院，廣東中山528402)

“半導(dǎo)體照明技術(shù)及應(yīng)用”課程是光源與照明專業(yè)的必修課程，是介紹半導(dǎo)體LED(Light Emitting Diodes)器件及其制造和應(yīng)用的一門課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握半導(dǎo)體LED的發(fā)光機(jī)理和制造流程，掌握照明工程技術(shù)領(lǐng)域的基本概念和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，了解半導(dǎo)體照明技術(shù)的主要應(yīng)用、最新成果和發(fā)展方向。本文以“半導(dǎo)體照明技術(shù)及應(yīng)用”課程為研究對(duì)象，就該課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和考核方式進(jìn)行了探討。

1 教學(xué)內(nèi)容選取

我院結(jié)合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)，選擇文獻(xiàn)［1] 作為教材。該教程從半導(dǎo)體發(fā)光器件和照明兩個(gè)角度，介紹半導(dǎo)體照明器件—發(fā)光二極管的材料、機(jī)理及其制造技術(shù)，詳細(xì)闡述了器件的光電參數(shù)測(cè)試方法、器件的可靠性分析、驅(qū)動(dòng)和控制方法，以及各種半導(dǎo)體照明的應(yīng)用技術(shù)?！鞍雽?dǎo)體照明技術(shù)及應(yīng)用”課程僅有32個(gè)學(xué)時(shí)，其中包括16個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)和企業(yè)參觀，在課時(shí)量少的情況下，教師必須考慮學(xué)生如何在有限的時(shí)間內(nèi)學(xué)好課程內(nèi)容，因此必須根據(jù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)教材內(nèi)容做出取舍。經(jīng)過(guò)反復(fù)斟酌和實(shí)踐，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)著重選取如下幾個(gè)方面:LED的概念、歷史、發(fā)展及應(yīng)用，LED相對(duì)傳統(tǒng)光源的優(yōu)勢(shì)，目的是讓學(xué)生感受到半導(dǎo)體照明新技術(shù)與新應(yīng)用的快速發(fā)展;LED的電學(xué)、光度、色度學(xué)和熱學(xué)參數(shù);LED的發(fā)光原理與材料體系;LED的構(gòu)造和芯片制作;白光LED的實(shí)現(xiàn)及LED的封裝流程;LED的測(cè)試技術(shù);LED的驅(qū)動(dòng)技術(shù)等。

2 教學(xué)方式選取

16個(gè)學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)對(duì)于介紹一門新技術(shù)及其應(yīng)用而言是相當(dāng)緊張的。為此，在教學(xué)方式的選取上，主張教師要集中精力調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣，并施以任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。如果學(xué)生有興趣，又有研究的方向，必肯花心思和時(shí)間在這門課程上。

1)多媒體教學(xué)

筆者從教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，結(jié)合我們?cè)陔娮颖∧づc集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中山分室的科研工作和合作公司的生產(chǎn)實(shí)際，廣泛收集各種圖片及視頻資料，制作了形象生動(dòng)的Flash動(dòng)畫，為學(xué)生在課堂上提供直觀、生動(dòng)的講解。比如LED工作原理、LED芯片制作、LED的封裝流程、LED的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化等Flash動(dòng)畫以及各種應(yīng)用視頻，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2)開(kāi)設(shè)課內(nèi)學(xué)生講座

開(kāi)課初期，教師布置3～5個(gè)與半導(dǎo)體照明發(fā)展和前沿相關(guān)的課題，并提供相關(guān)文獻(xiàn)和介紹相關(guān)公開(kāi)課網(wǎng)站，要求學(xué)生課后查閱、觀看并整理成PPT。每一課題推薦一名學(xué)生在課內(nèi)以講座的方式進(jìn)行內(nèi)容講解。比如，半導(dǎo)體照明光源的發(fā)展、InGaN外延襯底的使用、LED芯片技術(shù)的發(fā)展和LED封裝技術(shù)的發(fā)展等，實(shí)現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。

3)開(kāi)設(shè)課外教師講座

教師在課堂之外開(kāi)設(shè)的專題講座有:“半導(dǎo)體照明的未來(lái)發(fā)展與應(yīng)用創(chuàng)新”、“半導(dǎo)體照明關(guān)鍵技術(shù)研究”、“智能照明與智慧城市”、“互聯(lián)時(shí)代的半導(dǎo)體照明新應(yīng)用”、“倒置型頂發(fā)射OLED初探”等等。通過(guò)參加講座，學(xué)生不僅開(kāi)闊了視野，同時(shí)也意識(shí)到半導(dǎo)體照明將開(kāi)啟微電子和光電子攜手并進(jìn)的時(shí)代，使照明向著智能、可控和數(shù)字化的方向邁進(jìn)，并且隨著智慧城市、智能家居等市場(chǎng)的興起，半導(dǎo)體照明將迎來(lái)更多更大的市場(chǎng)機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

4)科研帶動(dòng)學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)ITO透明電極存在諸多問(wèn)題，比如成本高、化學(xué)性能不夠穩(wěn)定等，特別是其易碎性使得有機(jī)發(fā)光二極管OLED(Organic light emitting diode)及有機(jī)太陽(yáng)能電池OPV(Organic photovoltaic)等作為柔性器件的潛在優(yōu)勢(shì)無(wú)法發(fā)揮。近些年出現(xiàn)的新型納米材料石墨烯，集中了重量輕、導(dǎo)電性好、透光率高、柔韌性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)及熱學(xué)穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，特別是由于能在應(yīng)力作用下保持其良好導(dǎo)電性，因此被公認(rèn)為是理想的柔性電子與電極材料。結(jié)合這一科研成果，教師在課堂上展示石墨烯的實(shí)驗(yàn)樣品及測(cè)試的電導(dǎo)率和透光率曲線，講解石墨烯材料的神奇特性及發(fā)現(xiàn)過(guò)程，播放石墨烯作為透明電極的實(shí)際應(yīng)用案例，使學(xué)生在課堂中能夠及時(shí)了解有關(guān)的重大科研進(jìn)展，引導(dǎo)學(xué)生以開(kāi)放的思維認(rèn)識(shí)世界，提高其科研興趣。

5)鼓勵(lì)使用和制作MOOC

鑒于慕課(MOOC)在世界范圍內(nèi)興起，鼓勵(lì)學(xué)生從網(wǎng)絡(luò)上選擇關(guān)于半導(dǎo)體照明的相關(guān)課程，并和志趣相投的學(xué)友們分享、探討，進(jìn)而拓寬自己的視野。鼓勵(lì)學(xué)生使用MOOC軟件，自己動(dòng)手制作半導(dǎo)體照明的相關(guān)視頻，創(chuàng)造一個(gè)公開(kāi)共享的學(xué)習(xí)半導(dǎo)體照明的平臺(tái)。

3 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力

學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體照明有了濃厚的興趣，并對(duì)相關(guān)概念、理論和學(xué)術(shù)前沿有了生動(dòng)直觀的理解之后，鼓勵(lì)學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和工廠，結(jié)合科研項(xiàng)目和相關(guān)測(cè)試系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力。下面通過(guò)幾個(gè)方面說(shuō)明如何培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力。

1)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)

為使學(xué)生對(duì)LED各種光、電、色和熱參數(shù)有全面深刻的認(rèn)識(shí)，我院購(gòu)置了“LT-200A LED加速老化與壽命測(cè)試系統(tǒng)”、“LHS-1000 LED熱電光綜合分析系統(tǒng)”、“LED650C LED芯片光色測(cè)試系統(tǒng)”、“CIE ALI LED法向光強(qiáng)測(cè)試系統(tǒng)”、“LED熒光粉測(cè)試系統(tǒng)”、“EX-1000熒光粉激發(fā)光譜特性和熱猝滅分析系統(tǒng)”和“HEO-300 LED熱電性能分析儀”。這些系統(tǒng)為學(xué)生提供了很好的學(xué)習(xí)實(shí)踐平臺(tái)，幫助他們深刻理解LED的各種參量的含義。因每種實(shí)驗(yàn)設(shè)備僅一套，學(xué)院采用了開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的形式，首先教會(huì)6名學(xué)生設(shè)備的操作和注意事項(xiàng)，并由他們負(fù)責(zé)其余學(xué)生的設(shè)備學(xué)習(xí)和使用，而教師只負(fù)責(zé)講解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這種教學(xué)方式不僅提供給學(xué)生開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，而且學(xué)生之間的知識(shí)傳授和交流也讓他們得到更多實(shí)踐成長(zhǎng)機(jī)會(huì)。

2)課外實(shí)踐

為服務(wù)科研工作，我重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置了“Keithley 4200-SCS伏安特性測(cè)試系統(tǒng)”。

該系統(tǒng)只能測(cè)器件I-V特性曲線，為得到I-V-B(其中B代表器件亮度)特性曲線，我們自行設(shè)計(jì)，購(gòu)置屏幕亮度計(jì)，改裝測(cè)試系統(tǒng)，用Photo Research PR-655光譜光亮測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)定亮度，從而得到I-VB測(cè)試曲線。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備改裝實(shí)踐，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的理解。

3)校企合作

應(yīng)用型人才的培養(yǎng)不能僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室，還須走出校門多方尋求校企合作，共同培養(yǎng)合格人才。我們根據(jù)本市半導(dǎo)體照明行業(yè)的發(fā)展特色，與一些骨干企業(yè)合作建立了半導(dǎo)體照明人才培養(yǎng)、培訓(xùn)、實(shí)習(xí)基地，這些骨干企業(yè)包括以照明系統(tǒng)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)見(jiàn)長(zhǎng)的中山泰騰燈飾有限公司、中山鴻寶電業(yè)有限公司，以照明系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用見(jiàn)長(zhǎng)的中山華藝燈飾照明股份有限公司、中山達(dá)華智能科技股份有限公司，以LED器件封裝見(jiàn)長(zhǎng)的木林森股份有限公司和以照明檢測(cè)見(jiàn)長(zhǎng)的國(guó)家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(中山)等［2]。

4)科研支撐

為滿足本市LED地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)專業(yè)技術(shù)和應(yīng)用型人才的需求，我院2012年引入了中山市首家國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中山分實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室以新型照明與顯示技術(shù)為主要研究方向，已初步建立了LED檢測(cè)與技術(shù)攻關(guān)、石墨烯制備及OLED研制等平臺(tái)。在平時(shí)科研和教學(xué)實(shí)踐中，選擇對(duì)科研有興趣且有意進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作的學(xué)生，培訓(xùn)他們基本的實(shí)驗(yàn)操作技能，鼓勵(lì)他們參與教師的科研項(xiàng)目，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的目的。

4 考核方式選擇

考核方式?jīng)Q定著學(xué)生對(duì)課程的參與程度、學(xué)習(xí)動(dòng)力、學(xué)習(xí)方法及思考方式等等，因而十分重要。筆者選擇的考核方式包括平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)，其中平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的45%，期末成績(jī)占55%。

(1)平時(shí)成績(jī):平時(shí)成績(jī)包括多樣化教學(xué)的參與度、課內(nèi)學(xué)生講座和課外教師講座的參與度、課內(nèi)和課后實(shí)踐的參與度及實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐報(bào)告等考評(píng)。對(duì)學(xué)生寫出的課程學(xué)習(xí)心得體會(huì)和對(duì)教師課堂教學(xué)的意見(jiàn)和建議也可以計(jì)入其中。

(2)期末成績(jī):以期末開(kāi)卷考試的成績(jī)?yōu)橛?jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以“半導(dǎo)體照明技術(shù)及應(yīng)用”教學(xué)實(shí)踐為研究對(duì)象，就如何將學(xué)生培養(yǎng)成為應(yīng)用型人才做了相關(guān)探討，指出興趣主導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)和必要的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐活動(dòng)是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的有效模式，值得推廣。

［1] 方志烈.半導(dǎo)體照明技術(shù)［M] .北京:電子工業(yè)出版社.2009.

［2] 何志紅.面向市場(chǎng)需求進(jìn)行光源與照明專業(yè)方向建設(shè)［J] .北京:中國(guó)科技信息.2013(22).138～140