復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式下的半導(dǎo)體物理教學(xué)改革及教學(xué)與科研相結(jié)合

張挺聳 徐銘澤 楚學(xué)影 鄒鵬 金芳軍

摘 要 半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)與計算機(jī)和通信的現(xiàn)代化、國防的現(xiàn)代化和社會的信息化都有著緊密的聯(lián)系，而半導(dǎo)體物理學(xué)又是半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，因此該門課程對于國家科技、科學(xué)發(fā)展及人才培養(yǎng)都有著重要的意義。本文擬采用理論教學(xué)與實驗教學(xué)及科研相結(jié)合的方法來對此課程進(jìn)行改革，并通過改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)手段來提高授課質(zhì)量，從而為半導(dǎo)體物理學(xué)課程的改革及復(fù)合型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供新的思路及方法。

關(guān)鍵詞 創(chuàng)新人才 半導(dǎo)體物理 教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.03.062

Abstract Semiconductor science and technology are closely related to the modernization of computer and communication， national defense and social informationization. Semiconductor physics is the basis of semiconductor science and technology. Therefore， this course has important significance for national science and technology， scientific development and personnel training. This paper intends to reform the course by combining theoretical teaching with experimental teaching and scientific research， and improve the teaching quality by improving the teaching content， teaching methods and teaching means， so as to provide new ideas and methods for the reform of the course of semiconductor physics and the cultivation of compound innovative talents.

Keywords innovative talents； semiconductor physics； teaching reform

0 引言

隨著信息化時代的到來和科技的迅猛發(fā)展，當(dāng)今社會急需基礎(chǔ)寬厚、適應(yīng)性強(qiáng)、富有創(chuàng)造性的復(fù)合型高科技人才。[1]半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)是當(dāng)代高級科學(xué)技術(shù)的組成部分，是多種邊緣學(xué)科和重大產(chǎn)業(yè)的重要支柱，是現(xiàn)代電子學(xué)和電子工業(yè)的基礎(chǔ)。而半導(dǎo)體物理是半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，它是一門綜合性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是基礎(chǔ)理論和眾多高科技應(yīng)用學(xué)科之間的橋梁，為物理學(xué)、電子技術(shù)以及光電檢測及相關(guān)學(xué)科奠定了理論及實踐基礎(chǔ)并發(fā)揮著核心作用。[2]該門課程是面向大多數(shù)理工科專業(yè)開設(shè)的課程，其所研究的基本性質(zhì)及內(nèi)在機(jī)理是電子、通信、控制領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)，所以其教學(xué)質(zhì)量直接影響相關(guān)學(xué)科的理論及實踐的后續(xù)教學(xué)，因此半導(dǎo)體物理學(xué)是一門涵蓋范圍廣而又非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。[3，4]然而在實際教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體物理學(xué)教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度相比，存在著一定的滯后性，而且有部分學(xué)生存在著厭學(xué)情緒，沒有體會到這門課程的重要性。這就需要教師對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行不斷的調(diào)整改進(jìn)，既保證課程的“與時俱進(jìn)性”又能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。本文從當(dāng)前的半導(dǎo)體物理學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，以長春理工大學(xué)“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程教學(xué)為例，闡述其存在的問題并結(jié)合該課程特點對半導(dǎo)體物理學(xué)的教學(xué)模式進(jìn)行合理改革，并提出教學(xué)與科研相結(jié)合的設(shè)想，以期提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)合格的人才。

1 目前半導(dǎo)體物理教學(xué)過程中存在的問題

1.1 理論課程與實驗課程聯(lián)系不夠緊密

當(dāng)前的半導(dǎo)體物理教學(xué)還是存在著理論課程與實驗課程聯(lián)系不夠緊密的現(xiàn)象，以長春理工大學(xué)物理學(xué)專業(yè)的半導(dǎo)體物理教學(xué)工作為例，在半導(dǎo)體物理的教學(xué)內(nèi)容中涉及到一些可以以實驗相輔助教學(xué)的相關(guān)知識點，如pn結(jié)的特性測試、變溫霍爾效應(yīng)等。而相應(yīng)的實驗課程安排在相同學(xué)期的近代物理實驗中，并由學(xué)生自主選擇實驗時間。這使得部分學(xué)生在學(xué)習(xí)相應(yīng)知識點之前已經(jīng)完成了相關(guān)實驗，不能夠很好的起到以實驗輔助理論教學(xué)的作用，并且在進(jìn)行實驗過程中由于缺少理論知識，也導(dǎo)致實驗基礎(chǔ)不牢。應(yīng)優(yōu)化理論教學(xué)與實驗課程的時間設(shè)置，來解決該問題。

1.2 教材及考核模式有待優(yōu)化

長春理工大學(xué)選用的教材為劉恩科主編的《半導(dǎo)體物理學(xué)》（第七版，電子工業(yè)出版社），雖然該教材知識內(nèi)容體系較為完善，但其編著時間為2011年，無法對本學(xué)科最新研究進(jìn)展進(jìn)行實時介紹。而對于半導(dǎo)體這類發(fā)展較快的學(xué)科而言，近些年人們發(fā)現(xiàn)的前沿問題更能提起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，可以在教學(xué)過程中適當(dāng)融合本學(xué)科最新研究進(jìn)展。考核方式相對單一，目前仍然采用平時成績20%+期末閉卷考試成績80%的方法。這種考核方式導(dǎo)致學(xué)生更多的關(guān)注書本題目，未能很好的注重綜合分析能力的培養(yǎng)。應(yīng)該通過新穎的教學(xué)手段和教學(xué)方法來輔助教學(xué)內(nèi)容，以此來提高有效的授課質(zhì)量，并通過優(yōu)化考核模式的方法來檢驗教學(xué)成效。

1.3 教學(xué)與科研相對獨立

大學(xué)教學(xué)的目的是為國家培養(yǎng)優(yōu)秀的高科技人才，需要將學(xué)到的知識最終應(yīng)用到實際的生產(chǎn)生活中，而不能以期末的考試成績作為評判的唯一標(biāo)準(zhǔn)，要達(dá)到學(xué)以致用的效果。但目前來看，半導(dǎo)體物理的教學(xué)方式還是以應(yīng)試教育為主的“學(xué)考”相結(jié)合的模式，老師教授理論知識，學(xué)生掌握一些為考試服務(wù)的內(nèi)容，這未能很好的與國家培養(yǎng)人才的理念相結(jié)合。半導(dǎo)體物理是近年來進(jìn)展較快，進(jìn)步較大的一門學(xué)科，在近年的科研領(lǐng)域中同樣占據(jù)重要的地位。作為半導(dǎo)體物理學(xué)課題組的成員，在擔(dān)任半導(dǎo)體物理學(xué)的教學(xué)任務(wù)同時也承擔(dān)相關(guān)的科研工作，在半導(dǎo)體物理教學(xué)與科研相結(jié)合方面有著一定的優(yōu)勢。應(yīng)結(jié)合此門課程的特點，在教學(xué)中引入科研的因素，達(dá)到“學(xué)研”相結(jié)合的目的。

2 關(guān)于半導(dǎo)體物理教學(xué)改革的幾點探索

2.1 理論教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合

伴隨著該課程的理論教學(xué)，在課下及時將半導(dǎo)體物理學(xué)相關(guān)的實驗室對外開放，如掃描探針顯微鏡、超導(dǎo)材料的電磁特性、半導(dǎo)體PN結(jié)的物理特性研究、變溫霍爾效應(yīng)等實驗，學(xué)生可以自主練習(xí)并選擇時間進(jìn)入到實驗室，通過實驗操作及數(shù)據(jù)分析，使學(xué)生加深對半導(dǎo)體物理概念規(guī)律的理解，促進(jìn)理論知識學(xué)習(xí)的同時，又可以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)科學(xué)素質(zhì)、提高學(xué)生的思考及自主學(xué)習(xí)能力，為學(xué)生的進(jìn)一步深造打下基礎(chǔ)。也可讓學(xué)生設(shè)計一些具有創(chuàng)新性質(zhì)的基礎(chǔ)實驗，從基礎(chǔ)理論及實驗入手，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，為創(chuàng)新思維的進(jìn)一步拓展做好鋪墊。

2.2 用多樣化的授課形式及考核手段來輔助教學(xué)

在教學(xué)過程中引入多媒體教學(xué)，實現(xiàn)教學(xué)手段現(xiàn)代化。半導(dǎo)體物理的某些教學(xué)內(nèi)容，如電子躍遷、pn結(jié)結(jié)構(gòu)、場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)等內(nèi)容使用多媒體動畫來表現(xiàn)能夠使學(xué)生對此類問題有著更深刻的理解。借助多媒體教學(xué)能夠提高課堂效率，增大信息量，并且能夠更生動形象的展現(xiàn)相關(guān)知識內(nèi)容，使學(xué)生更容易理解，消除學(xué)習(xí)障礙，增加學(xué)習(xí)興趣。也可加入學(xué)生班級群，采用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教學(xué)交流與答疑。并且可以在群內(nèi)針對某一問題進(jìn)行討論，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考并充分發(fā)表見解。同時，還可以利用這個網(wǎng)絡(luò)平臺師生間共享一些與本學(xué)科相關(guān)的最新研究成果。

在考核學(xué)生綜合成績時，對平時的20%成績加以重新分配，采取多樣化考核的方式，在原來的作業(yè)與出勤基礎(chǔ)上加入新的考核手段，如以上內(nèi)容中提到的討論課表現(xiàn)情況、平時討論發(fā)言情況等。更好的反應(yīng)學(xué)生對半導(dǎo)體物理學(xué)的學(xué)習(xí)情況，避免學(xué)生局限于做題，而忽視學(xué)習(xí)知識本身。教學(xué)模式及考核手段的創(chuàng)新不僅有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能督促學(xué)生進(jìn)行積極思考，有利于學(xué)生思維的拓展及思考方式的創(chuàng)新。

2.3 教學(xué)與科研緊密結(jié)合

加強(qiáng)實踐環(huán)節(jié)，把物理知識和現(xiàn)代科技發(fā)展內(nèi)容相結(jié)合，是開設(shè)大學(xué)半導(dǎo)體物理學(xué)課程的目的之一，利用此課程的特點及相關(guān)教師的優(yōu)勢，在教學(xué)的過程中引入科研環(huán)節(jié)，達(dá)到“學(xué)研”結(jié)合的目的。在教授理論課的同時引入實踐教學(xué)，邀請有半導(dǎo)體學(xué)科背景的研究生導(dǎo)師，就本學(xué)科的前沿科研內(nèi)容為學(xué)生做系統(tǒng)的、高效的綜合性學(xué)術(shù)報告，并以趣味知識競賽的形式來檢驗成效，在保證基礎(chǔ)理論教學(xué)質(zhì)量的前提下，因材施教，對其中一部分同學(xué)進(jìn)行“英才式教育”。具體形式為：對學(xué)生聽取科研講座內(nèi)容的效果進(jìn)行調(diào)查，篩選出一些對前沿科學(xué)知識非常感興趣的同學(xué)，用分組的方法將對同一科研問題感興趣的同學(xué)交叉分組，并由相關(guān)導(dǎo)師負(fù)責(zé)。通過面談或以互聯(lián)網(wǎng)的形式建立導(dǎo)師和相對應(yīng)的本科生以及研究生和本科生之間的對接關(guān)系，建立合理的學(xué)術(shù)梯隊，從而促使本科生提前接受科研訓(xùn)練。在固定了學(xué)術(shù)梯隊后盡早的進(jìn)入相關(guān)負(fù)責(zé)導(dǎo)師的實驗室，在老師的帶領(lǐng)下與研究生一起進(jìn)行和前沿知識相關(guān)的科學(xué)探索研究，最終以總結(jié)報告的形式和創(chuàng)新學(xué)分制的方法來檢測并體現(xiàn)半導(dǎo)體學(xué)科科研實踐的成效。促進(jìn)半導(dǎo)體物理學(xué)教學(xué)改革的同時又能為本科生提供科研訓(xùn)練的機(jī)會，最終為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才做出一定的貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語

本項目針對半導(dǎo)體教學(xué)自身的特點，結(jié)合長春理工大學(xué)物理專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)模式和特點，通過對半導(dǎo)體物理課程中的基礎(chǔ)理論講授及相關(guān)實驗介紹相結(jié)合的方法改進(jìn)教學(xué)手段，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；除此之外，通過本方向相關(guān)前沿科技問題的介紹，使學(xué)生了解當(dāng)今科技發(fā)展方向，并通過科研訓(xùn)練的方法來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，達(dá)到教學(xué)與科研相結(jié)合的目的。擬通過本次課程改革，推動教學(xué)質(zhì)量的提高和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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[4] 劉德偉，李濤.半導(dǎo)體物理課程教學(xué)改革探討[J].中國電力教育，2013（34）.