“微電子器件”課程探究式小班教學(xué)模式

鐘智勇， 張懷武， 任 敏， 劉繼芝， 金立川

(電子科技大學(xué) 微電子與固體電子工程學(xué)院，四川 成都 610054)

“微電子器件”課程探究式小班教學(xué)模式

鐘智勇， 張懷武， 任 敏， 劉繼芝， 金立川

(電子科技大學(xué) 微電子與固體電子工程學(xué)院，四川 成都 610054)

當(dāng)前，注重對(duì)學(xué)生的能力與思維培養(yǎng)的探究式小班(seminar)教學(xué)模式越來(lái)越受重視。本文介紹了我校“微電子器件”課程在探究式小班教學(xué)模式的實(shí)踐中，構(gòu)建啟發(fā)式、案例式、討論式的探究式教學(xué)形式的具體措施，最后還介紹了課程考核方式的改革方法。

探究式小班教學(xué)；微電子器件課程；教學(xué)方法

0 引言

經(jīng)過(guò)1999年至今十余年的高校擴(kuò)招，我國(guó)大學(xué)在校生人數(shù)已居世界前列，教育模式從精英教育轉(zhuǎn)向大眾化教育。受制于軟硬件的限制，各高校普遍采用大班授課制授課，然而大班授課存在諸多問(wèn)題，如：教師不能很好地因材施教，教學(xué)進(jìn)度整齊劃一，難以照顧到學(xué)生的個(gè)體差異；學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的自主性較弱，不利于創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)；評(píng)價(jià)制度單一，只注重對(duì)學(xué)生的知識(shí)傳授，而疏于關(guān)注學(xué)生的全面發(fā)展等等。針對(duì)大班教學(xué)存在的問(wèn)題，小班教學(xué)的呼聲越來(lái)越高[1]。進(jìn)入2010年以來(lái)，北京大學(xué)、四川大學(xué)等高校均對(duì)小班教學(xué)有所嘗試，北京大學(xué)以優(yōu)勢(shì)學(xué)科經(jīng)典課程為小班教學(xué)的主要試點(diǎn)項(xiàng)目，四川大學(xué)強(qiáng)調(diào)大班授課、小班討論，實(shí)行25人的小班化精英教育[2]。2014年，我校根據(jù)學(xué)校的人才培養(yǎng)綜合改革目標(biāo)，下達(dá)了“電子科技大學(xué)'探究式小班教學(xué)'實(shí)施意見”文件。2015年5月，國(guó)務(wù)院辦公廳“關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見”中明確要求各高校改革教學(xué)方法和考核方式，其中特別提到擴(kuò)大小班化教學(xué)覆蓋面。

正是在這種背景下，我?！拔㈦娮悠骷闭n程便開展了探究式小班教學(xué)的實(shí)踐。

1 “微電子器件”課程簡(jiǎn)介

我?！拔㈦娮悠骷闭n程是電子科學(xué)與技術(shù)(微電子技術(shù))與集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的一門專業(yè)主干課[3]。該課程要求學(xué)生能掌握現(xiàn)代微電子器件和集成電路的基本理論，熟悉微電子器件和集成電路的實(shí)際結(jié)構(gòu)、工作原理、基本特性、測(cè)試應(yīng)用和設(shè)計(jì)方法。為了實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，本課程集中介紹三類微電子器件，即PN結(jié)二極管、雙極結(jié)型晶體管(BJT)和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。這三類微電子器件既是集成電路的基本單元，同時(shí)又是不斷涌現(xiàn)的各種新型分立器件的基礎(chǔ)。因此學(xué)生必須掌握這三類微電子器件的基本原理、基本結(jié)構(gòu)、工作特性和設(shè)計(jì)方法，了解微電子器件的宏觀特性與微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以舉一反三、觸類旁通地進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究及設(shè)計(jì)微電子器件[4]。

該課程的課時(shí)數(shù)為60學(xué)時(shí)，其中PN結(jié)部分20學(xué)時(shí)，BJT部分18學(xué)時(shí)，MOSFET部分22學(xué)時(shí)。

2 探究式小班教學(xué)的研究與實(shí)踐

探究式小班教學(xué)就是要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)寬松的教學(xué)環(huán)境，改變傳統(tǒng)的教師傳授為師生研討的課堂教學(xué)形式。在研討課上，由于學(xué)生人數(shù)少以及對(duì)知識(shí)性質(zhì)認(rèn)識(shí)的不同，每一位學(xué)生都有參與課堂活動(dòng)的機(jī)會(huì)，從而調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極主動(dòng)性。學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，思考問(wèn)題與解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)是探究式小班教學(xué)的主要關(guān)注點(diǎn)[1]。為了達(dá)到這些目的，“微電子器件”課程嘗試構(gòu)建了啟發(fā)式、案例式、討論式的探究式小班教學(xué)形式。下面談?wù)劸唧w做法。

1)以問(wèn)題為導(dǎo)向的理論教學(xué)

“微電子器件”課程中涉及的半導(dǎo)體器件物理相對(duì)枯燥、晦澀、公式多、理論性強(qiáng)，學(xué)生理解起來(lái)有困難，而掌握三種典型器件的物理原理與基本特性是本課程的重點(diǎn)。

為幫助提高學(xué)生對(duì)各知識(shí)點(diǎn)，尤其是重點(diǎn)和難點(diǎn)的理解，在教學(xué)實(shí)踐中，對(duì)物理機(jī)理，結(jié)合半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識(shí)，以問(wèn)題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生提問(wèn)，增加課堂學(xué)生討論時(shí)間，并有針對(duì)性地組織專題討論，來(lái)完成對(duì)基本原理的講述，同時(shí)加深學(xué)生的理解。而對(duì)器件特性的典型分析方法，則先介紹其求解或處理思路，然后循序漸進(jìn)地進(jìn)行基本概念講解和公式推導(dǎo), 使學(xué)生加深印象并增強(qiáng)對(duì)概念的理解。 在定性與定量講授完每個(gè)知識(shí)點(diǎn)后都對(duì)應(yīng)一次復(fù)習(xí)討論課，通過(guò)提供生動(dòng)的例子增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，并對(duì)所學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行回顧和復(fù)習(xí)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解并提高其綜合運(yùn)用能力。

另外，教師不僅提供了教材用書，也給出了很多的參考書目與文獻(xiàn)，在每次課后還給出下次上課前學(xué)生需要閱讀的資料。因?yàn)檎n程涉及的知識(shí)面較廣，學(xué)生只有先閱讀資料，才能跟上學(xué)習(xí)進(jìn)度并掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，并且能提高學(xué)生的自學(xué)能力。

2)典型案例與前沿教學(xué)

“微電子器件”課程只重點(diǎn)講述三種微電子器件的基本原理、基本結(jié)構(gòu)與工作特性。在教學(xué)過(guò)程中為了讓學(xué)生對(duì)基本器件的知識(shí)融會(huì)貫通，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。還適當(dāng)擴(kuò)充與日常生活緊密相關(guān)的器件的基本原理介紹，并要求學(xué)生查閱與這些器件相關(guān)的文獻(xiàn)資料后，就某一種器件的1-2個(gè)特性進(jìn)行深入調(diào)研，寫出3000字具有規(guī)范格式的讀書報(bào)告，并在課堂上做PPT陳述。這些器件包括發(fā)光二極管器件、光伏型太陽(yáng)能電池和光電檢測(cè)探測(cè)器，以及當(dāng)今圖像領(lǐng)域發(fā)展十分迅速的兩類器件--CCD 圖像傳感器和CMOS 圖像傳感器等等。通過(guò)讀書報(bào)告，課堂PPT陳述，加上教師穿針引線地組織討論，可以讓學(xué)生在研究型學(xué)習(xí)過(guò)程中,提高知識(shí)的應(yīng)用能力，進(jìn)而培養(yǎng)了他們舉一反三、觸類旁通地研究及設(shè)計(jì)微電子器件的能力。

3)基于Matlab的課程設(shè)計(jì)

將Matlab軟件引入“微電子器件”課程將有助于學(xué)生加深數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程的理解，掌握微電子器件參數(shù)之間以及參數(shù)與器件性能之間的內(nèi)在關(guān)系，提高微電子器件的分析能力。而且由于采用Matlab數(shù)學(xué)工具，可以方便地得到圖形化的輸出結(jié)果，非常有利于學(xué)生對(duì)器件的物理圖像的掌握，提高學(xué)生的定量分析能力。

在“微電子器件”探究式小班教學(xué)實(shí)踐中，要求學(xué)生組隊(duì)(2-3人)用Matlab完成課程設(shè)計(jì)，這些課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容分成：加深器件機(jī)理理解、掌握器件宏觀特性與微結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系以及拓展知識(shí)三類。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生要能夠熟練使用Matlab工具，培養(yǎng)自學(xué)能力和團(tuán)隊(duì)合做能力，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

為了檢查課程設(shè)計(jì)實(shí)際效果，學(xué)生在期末要進(jìn)行課程設(shè)計(jì)答辯。答辯時(shí)，學(xué)生必須以PPT 的形式匯報(bào)課程設(shè)計(jì)的要求、原理、內(nèi)容、結(jié)論以及收獲和心得體會(huì)。同時(shí)學(xué)生須遞交正式的設(shè)計(jì)報(bào)告和源代碼。最后教師綜合學(xué)生在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的表現(xiàn)，給出評(píng)價(jià)。

(鐘智勇等文)

4) 改革考核方式，實(shí)現(xiàn)全程學(xué)習(xí)

偉統(tǒng)的以期末筆試為主的考核方式，學(xué)生往往會(huì)在考前進(jìn)行突擊復(fù)習(xí)，通過(guò)死記硬背的方式，獲得較好的成績(jī)，平時(shí)則缺乏學(xué)習(xí)的動(dòng)力。為了對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)以及應(yīng)變能力等的有正確的評(píng)估，也與探究式小班教學(xué)的目標(biāo)一致，本課程在探究式小班教學(xué)的考核方式中，大幅度降低了期末考試成績(jī)?cè)谧罱K成績(jī)中的比例，由原來(lái)的70%降到了30%，課后作業(yè)(10%)，基于Matlab的課程設(shè)計(jì)或微電子器件前沿報(bào)告(20%)，3次小測(cè)驗(yàn)(3×10%=30%)，另外10%用于加分。值得一提的是，在本課程中采取了兩條新措施：①期末試卷的制作，邀請(qǐng)學(xué)生參加，具體做法是每位學(xué)生制作1份期末考試試卷，然后由課程導(dǎo)師參考學(xué)生們的試卷情況，并結(jié)合題庫(kù)，重新整理一份正式的期末考試試卷；②在課程設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)成績(jī)時(shí)要求所有學(xué)生參與，最后取平均成績(jī)?yōu)閷W(xué)生的該項(xiàng)成績(jī)。這兩條措施增加了學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)考核的參與感，也增強(qiáng)其學(xué)習(xí)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了全程學(xué)習(xí)的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)施探究式小班化教學(xué)在我國(guó)目前還是一種新嘗試，它是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，要對(duì)師資、課程內(nèi)容及開課對(duì)象做好相應(yīng)的準(zhǔn)備，并在實(shí)施過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行調(diào)整?！拔㈦娮悠骷闭n程采用上述措施，已經(jīng)取得了良好的教學(xué)效果，但是作為一種新事物、新的教學(xué)模式，還需要經(jīng)過(guò)實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)，循環(huán)往復(fù)，在調(diào)整中不斷發(fā)展和完善。

[1] 孫燕君，盧曉東，小班研討課教學(xué)：本科精英教育的核心元素[J]，北京：中國(guó)大學(xué)教學(xué)，No.8, 2012:16-19

[2] 溫才妃，大學(xué)小班教學(xué)的中國(guó)之路，北京：中國(guó)科學(xué)報(bào)，2014.9.25

[3] 任敏，張波，張慶中，劉繼芝，陳勇，“微電子器件”課程的教學(xué)方法[J]，南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.36, No.1, 2014.2, 54-56

[4] 陳星弼，張慶中，陳勇． 微電子器件( 第三版) [M]． 北京: 電子工業(yè)出版社，2008 年.

[5] 陳桂明. 應(yīng)用MATLAB 建模與仿真[M]. 北京: 科學(xué)出版社，2001.

Seminar Teaching Mode of Microelectronic Devices Course

ZHONG Zhi-yong, ZHANG Huai-wu, REN Min, LIU Ji-zhi, JING Li-chuan

(SchoolofMicroelectronicsandSolid-stateElectronics,UniversityofElectronicScienceandTechnology，Chengdu610054，China)

In present, Due to emphasizing to cultivate students' ability and thinking, the seminar teaching mode is payed more attention in classroom teaching. in this paper, the seminar classroom teaching of Microelectronic Devices course is constructed by three modular teaching forms of heuristic, case and discussion. The concrete measures of the course are introduced. The reformed methods of evaluation of the course are also introduced in the end of the paper.

seminar teaching; course of microelectronic devices; teaching method

2016-06-12;

2017-07- 30

電子科技大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2016XJYYB014)

鐘智勇(1970-)，男，博士，教授，主要從事電子信息材料與器件教學(xué)與科研工作，E-mail: zzy@uestc.edu.cn

TN303

A

1008-0686(2017)02-0017-03