工程教育認(rèn)證模式下半導(dǎo)體物理教學(xué)探討

王振+馮世娟

摘 要 半導(dǎo)體物理是大多數(shù)工科專業(yè)的重點(diǎn)基礎(chǔ)課程，該課程的教學(xué)效果直接關(guān)系到相應(yīng)專業(yè)工程教育認(rèn)證結(jié)果。其所涉及先修課程多、理論性和系統(tǒng)性強(qiáng)、老師難教，學(xué)生難學(xué)，不易掌握，學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展迅速等問題，針對上述問題，結(jié)合學(xué)校相關(guān)專業(yè)建設(shè)需要，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)手段和考核方法，促使學(xué)生能更深刻的理解半導(dǎo)體物理，培養(yǎng)學(xué)生更好的理論聯(lián)系實(shí)際的能力，能更有效地培養(yǎng)半導(dǎo)體人才。

關(guān)鍵詞 工程教育認(rèn)證 半導(dǎo)體物理 教學(xué)改革 教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號：G642.42 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7661（2017）17-0004-02

工程教育是我國高等教育的重要組成部分，工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心是工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評價(jià)。工程教育專業(yè)認(rèn)證要求專業(yè)課程體系設(shè)置、師資隊(duì)伍配備、辦學(xué)條件配置等都圍繞學(xué)生畢業(yè)能力達(dá)成這一核心任務(wù)展開，并強(qiáng)調(diào)建立專業(yè)持續(xù)改進(jìn)機(jī)制和文化以保證專業(yè)教育質(zhì)量和專業(yè)教育活力，旨在為相關(guān)工程技術(shù)人才進(jìn)入工業(yè)界從業(yè)提供預(yù)備教育質(zhì)量保證。同時(shí)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由于關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)整體效益和國家安全，關(guān)系國家前途的重要戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，早已經(jīng)成為了國民經(jīng)濟(jì)重要的組成部分，世界各國均競相大力發(fā)展本國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，以期在國際舞臺的較量中爭得主動(dòng)權(quán)和話語權(quán)?，F(xiàn)代半導(dǎo)體科學(xué)的迅猛發(fā)展、知識的不斷翻新、競爭不斷深入、對人才素質(zhì)要求不斷提高都給我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，也給半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)教育提出了新的、更高的要求。

半導(dǎo)體物理是面向大多數(shù)工科專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，使學(xué)生熟悉、了解、掌握半導(dǎo)體材料的光、電、磁、熱物理效應(yīng)等基礎(chǔ)理論和知識，掌握半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、工作原理、測試等實(shí)驗(yàn)技能及初步工藝制造方法，是專業(yè)課程與基礎(chǔ)課程之間承上啟下的紐帶，也是許多其他后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，其教學(xué)效果直接影響了后續(xù)專業(yè)理論及實(shí)踐的教學(xué)。通過對半導(dǎo)體物理課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生系統(tǒng)掌握并深刻理解半導(dǎo)體物理涉及的概念、理論和方法，注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用半導(dǎo)體物理理論來分析和研究半導(dǎo)體材料、微電子器件和集成電路設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，以獲得解決實(shí)際工程問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，為將來開展科學(xué)研究和產(chǎn)品研制打下必要的理論基礎(chǔ)。但是，由于半導(dǎo)體物理的理論性和系統(tǒng)性很強(qiáng)，理論極為深?yuàn)W，涉及知識點(diǎn)多，理論推導(dǎo)繁瑣，對于學(xué)生的數(shù)學(xué)物理的基礎(chǔ)要求較高，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中存在一定的難度。因此，對授課教師提出了更高的要求，不僅要對半導(dǎo)體物理有充分的理解，還要熟悉半導(dǎo)體工藝和半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)。因此，結(jié)合學(xué)校相關(guān)專業(yè)建設(shè)需要，優(yōu)化和整合教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)手段，結(jié)合科技發(fā)展熱點(diǎn)問題，探索教學(xué)改革措施，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高半導(dǎo)體物理課程的教學(xué)質(zhì)量。

一、優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容

重慶郵電大學(xué)作為一所電子類的工科大學(xué)，為了專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，工程教育專業(yè)認(rèn)證是我校教育目標(biāo)之一，旨在為相關(guān)工程技術(shù)人才進(jìn)入工業(yè)界從業(yè)提供預(yù)備教育質(zhì)量保證。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，其中教材的選擇是最為重要的環(huán)節(jié)之一。本課程一直采用劉恩科主編的《半導(dǎo)體物理學(xué)》（電子工業(yè)出版社）作為教材，并實(shí)時(shí)采用最新版，該教材是電子科學(xué)與技術(shù)類專業(yè)精品教材。

工程教育注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)過程，給予學(xué)生更多的自主學(xué)習(xí)時(shí)間，因此在課堂學(xué)時(shí)縮減的情況，教學(xué)過程中除了保持課程知識結(jié)構(gòu)與整體系統(tǒng)性，還應(yīng)對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理取舍，壓縮與其他課程重疊的內(nèi)容，刪除教材中相對陳舊的、不再適用的知識和觀點(diǎn)顯得尤為重要。半導(dǎo)體物理行業(yè)和學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展極為迅速，新的理論、技術(shù)、成果和研究前沿不斷涌現(xiàn)，相關(guān)研究領(lǐng)域不斷向其他學(xué)科擴(kuò)展，學(xué)科之間的交叉滲透性越來越深入，知識翻新也很快。半導(dǎo)體物理課程與半導(dǎo)體器件的關(guān)系非常密切，前者為后者提供理論基礎(chǔ)，后者為前者提供技術(shù)條件，這種辯證統(tǒng)一的關(guān)系推動(dòng)著半導(dǎo)體科技不斷向前，在半導(dǎo)體物理課程的內(nèi)容安排上也要注意將所學(xué)內(nèi)容與迅猛發(fā)展的現(xiàn)代科技聯(lián)系起來。因此，密切跟蹤科技前沿與研究熱點(diǎn)，加入最近發(fā)展成熟的新理論、新知識，突出研究熱點(diǎn)問題，力求做到基礎(chǔ)性和前瞻性的緊密結(jié)合，使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識的同時(shí)能對半導(dǎo)體的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢有一個(gè)清晰的認(rèn)識，能夠理論聯(lián)系實(shí)際，從中掌握事物的本質(zhì)，促進(jìn)思維的發(fā)展，形成技能。

二、豐富教學(xué)手段，強(qiáng)調(diào)基本概念與物理模型，提高教學(xué)質(zhì)量

半導(dǎo)體物理的特點(diǎn)是概念多、理論多、物理模型抽象，不易理解，僅憑教材中的定義理解這些概念和模型，學(xué)生很難完全掌握。為了讓學(xué)生能較好地掌握相關(guān)知識 ， 需要教師智慧地利用多種教學(xué)手段和方法，授課時(shí)應(yīng)重在與應(yīng)用相結(jié)合，以必需、夠用為度，結(jié)合實(shí)用性和先進(jìn)性，力求內(nèi)容精簡、重點(diǎn)突出、概念明確、說理清晰。例如，在正式開始《半導(dǎo)體物理學(xué)》相關(guān)內(nèi)容課程教學(xué)前，應(yīng)將前置課程中重要的基本知識貫穿于教學(xué)過程中，以免造成學(xué)生認(rèn)識上的巨大跳躍感；在講解半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)前，增加適量學(xué)時(shí)講授近代理論物理知識，使學(xué)生了解原子中電子能級和電子殼層分布，掌握泡利不相容原理、玻耳茲曼分布律和玻爾頻率條件等微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。這些都是學(xué)習(xí)《半導(dǎo)體物理學(xué)》必備的知識，只有在透徹理解這些基本概念的前提下，才能對現(xiàn)有課程知識有更深入的了解和掌握。否則將造成學(xué)生理解上的障礙，最終導(dǎo)致學(xué)生失去繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。因此在授課內(nèi)容的選擇、排列上要遵循循序漸進(jìn)的原則。

在教學(xué)過程中應(yīng)將書本上的理論推導(dǎo)和結(jié)論與相關(guān)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生對抽象的課堂相關(guān)知識能順利地轉(zhuǎn)化為直觀認(rèn)識，增強(qiáng)教學(xué)效果。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)，理論聯(lián)系實(shí)際才是最好的教學(xué)方法，在理論教學(xué)的同時(shí)，適當(dāng)安排學(xué)生進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，既加深了對理論的認(rèn)識，鍛煉了動(dòng)手能力，又能通過做實(shí)驗(yàn)使學(xué)生切身體會(huì)到一個(gè)物理結(jié)論是怎樣體現(xiàn)了理論和實(shí)踐的完美統(tǒng)一，從中領(lǐng)悟出科學(xué)研究的普遍方法和過程。endprint

教學(xué)方法的好壞決定教學(xué)的成敗，教學(xué)手段豐富與否是衡量教學(xué)水平的關(guān)鍵。處于“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，幕課、微課等網(wǎng)絡(luò)資源十分豐富和發(fā)達(dá)，教師應(yīng)充分利用多媒體、幻燈片、教學(xué)模型、錄像、 黑板板書等多種現(xiàn)代化的教學(xué)手段和網(wǎng)絡(luò)資源相結(jié)合，將微觀過程模擬出來，以多媒體錄像及圖片的形式展示給學(xué)生，使教學(xué)信息變抽象為具體、化枯燥為生動(dòng)，將學(xué)生的抽象邏輯思維建立在形象思維上，增強(qiáng)教學(xué)的直觀性、主動(dòng)性，增加課堂教學(xué)的信息量，幫助學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)物理概念和規(guī)律，提高分析問題和解決問題的能力。

課前預(yù)習(xí)和課后練習(xí)也是提高課堂教學(xué)的兩個(gè)重要的環(huán)節(jié)。應(yīng)適當(dāng)給學(xué)生布置相關(guān)的課后作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考，獨(dú)立完成相關(guān)的課后作業(yè)。在下一堂課開始安排一定的時(shí)間進(jìn)行個(gè)別回答或集體討論，及時(shí)解決學(xué)生的疑惑，從而形成可持續(xù)發(fā)展的模式。

三、考核方式的改革

課程考核工作是教學(xué)過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)， 是檢驗(yàn)教學(xué)效果和保證教學(xué)質(zhì)量的重要手段，是教學(xué)質(zhì)量管理與評價(jià)的重要內(nèi)容，應(yīng)堅(jiān)持公平、公正、求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑瓌t。工程教育認(rèn)證要求課程考核更加全面，并且更加注重階段考核和考核方法的多樣性。為了課程考核工作進(jìn)一步科學(xué)化和規(guī)范化，客觀科學(xué)地評價(jià)教學(xué)效果，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量不斷提高，符合工程教育認(rèn)證考核要求，針對半導(dǎo)體物理課程特點(diǎn)，對考核方式進(jìn)行相應(yīng)的改革，課程考核由過程考核和期末考核兩部分組成。

1.過程考核包括出勤、課堂表現(xiàn)、課內(nèi)測試、研究性學(xué)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課程論文、課外作業(yè)以及期中考試等，考核測評次數(shù)與課時(shí)數(shù)正相關(guān)，過程考核成績包含平時(shí)成績和階段成績，占據(jù)總成績的60%，更加注重本門課程的學(xué)習(xí)過程，能實(shí)時(shí)考核和反映學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)和對知識點(diǎn)的掌握情況。

2. 期末考核主要以閉卷考試方式進(jìn)行，期末成績所占比例大約為40%。命題應(yīng)以教學(xué)大綱和考試大綱為依據(jù)，重點(diǎn)考查學(xué)生對該課程的基礎(chǔ)知識、基本理論和基本技能的掌握，考查學(xué)生綜合分析、綜合理解和解決問題的能力，注重考題對啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的引導(dǎo)。同時(shí)，命題要注意試題的可靠性，要具備一定難度和區(qū)分度，在保證客觀性、代表性的基礎(chǔ)上要具備一定程度的靈活性。

四、結(jié)束語

總之，半導(dǎo)體物理是大多工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在教學(xué)過程中采用現(xiàn)代化教學(xué)手段和科學(xué)的考核手段，合理安排教學(xué)內(nèi)容，不斷進(jìn)行教學(xué)改革，提高半導(dǎo)體物理課程的課堂教學(xué)效果，為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)，為相關(guān)專業(yè)畢業(yè)人才進(jìn)入工業(yè)界從業(yè)提供預(yù)備教育質(zhì)量保證。

參考文獻(xiàn)：

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