基于產(chǎn)教融合的半導(dǎo)體物理與器件課程教學(xué)研究與實踐

劉林生 宋樹祥 陸葉

摘?要：半導(dǎo)體物理與器件課程是電子類工科專業(yè)學(xué)生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，理論性強、概念多，學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)吃力。針對傳統(tǒng)教學(xué)過程中存在的問題，特別是在當(dāng)前國家大力推進新工科人才建設(shè)的背景下，本文從產(chǎn)教融合的視角，對課程的教學(xué)內(nèi)容編排、教學(xué)方法和教學(xué)手段的使用進行了分析與探索。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)教融合;新工科;半導(dǎo)體物理

中圖分類號：G642.0?文獻標識碼：A

1 緒論

半導(dǎo)體物理與器件是普通高等學(xué)校電子科學(xué)與技術(shù)相關(guān)專業(yè)本科生的專業(yè)必修課。特別是作為現(xiàn)代信息社會基石的集成電路工業(yè)的蓬勃興起，離不開半導(dǎo)體物理與器件的理論基礎(chǔ)[1]。由于半導(dǎo)體物理與器件課程具有重要的理論和實用價值，世界各國高校電子類專業(yè)廣泛開展了相關(guān)課程的教學(xué)與實踐內(nèi)容。另外，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)和機器人等領(lǐng)域出現(xiàn)了新一輪產(chǎn)業(yè)革命，我國政府為主動應(yīng)對變革，提出了新工科建設(shè)計劃[2]。與新工科有關(guān)的產(chǎn)業(yè)的硬件基礎(chǔ)和物質(zhì)支撐離不開半導(dǎo)體物理與器件的知識。

然而，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體物理與器件的教學(xué)質(zhì)量不盡如人意，學(xué)生學(xué)習(xí)效果較差。原因主要有如下幾個方面：（1）教學(xué)內(nèi)容原因：該課程理論性很強、難點多，從而造成學(xué)生存在畏懼心理;（2）學(xué)生缺乏基礎(chǔ)知識：普遍電子類工科專業(yè)人才培養(yǎng)方案中沒有開設(shè)量子力學(xué)和固體物理學(xué)等入門課程，學(xué)生缺乏相關(guān)基礎(chǔ)知識，造成入門難的問題;（3）與實踐脫鉤：由于缺乏實踐訓(xùn)練，學(xué)生的知識僅僅停留在課本上，培養(yǎng)出的學(xué)生畢業(yè)后無法解決企業(yè)面臨的實際問題，實踐能力差;（4）教學(xué)方法原因：傳統(tǒng)的半導(dǎo)體物理與器件課程，普遍采用注入式的教學(xué)方法，學(xué)生不易理解。針對上述存在的問題，本文對半導(dǎo)體物理與器件課程的教學(xué)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)手段等方面進行了探索與研究。

2 產(chǎn)教融合，增強實踐能力

人工智能、新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域近年來蓬勃興起了新一輪產(chǎn)業(yè)革命和科技變革，由于新工科建設(shè)關(guān)乎未來產(chǎn)業(yè)和社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國各級政府對新工科建設(shè)非常重視?！吨圃鞓I(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》預(yù)測到2025年與新工科有關(guān)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域人才需求的缺口非常大。與人工智能、大數(shù)據(jù)、新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)和機器人等新工科領(lǐng)域相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，需要半導(dǎo)體物理與器件課程作為基礎(chǔ)。新工科人才培養(yǎng)的一個重要目標是提高實踐能力，與企業(yè)合作是培養(yǎng)人才的一個重要手段。通過產(chǎn)教融合，可以讓學(xué)生通過在企業(yè)的實踐活動，加深對半導(dǎo)體物理與器件知識的理解。

3 調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，夯實基礎(chǔ)

目前普遍電子類工科專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理與器件課程前沒有或缺乏完整的相關(guān)課程背景知識，比如量子力學(xué)和固體物理學(xué)等入門課程。由于半導(dǎo)體物理與器件中很多概念非常抽象[3]，比如有效質(zhì)量，空穴，能帶等。如果沒有相關(guān)基礎(chǔ)知識和事先的鋪墊，學(xué)生很容易產(chǎn)生畏難心理，以致于后面的課程都沒有信心去學(xué)習(xí)。教師在講授半導(dǎo)體物理與器件課程時，需要對學(xué)生的實際情況進行深入了解，然后根據(jù)實際情況對教學(xué)內(nèi)容進行重新編排設(shè)計，適當(dāng)增加知識的鋪墊，減小知識點之間的難度梯度，循序漸進，不可盲目追求內(nèi)容的廣度。只有把學(xué)生的基礎(chǔ)知識打牢了，才能加深學(xué)生對半導(dǎo)體物理與器件課程的理解。

4 教學(xué)方法和教學(xué)手段多樣化，促進理解

以往講授半導(dǎo)體物理與器件課程以傳統(tǒng)的注入式教學(xué)方法為主。由于半導(dǎo)體物理與器件課程理論性強，概念多，不易理解。要想提高教學(xué)效果，教師就要根據(jù)不同知識點的難易程度，靈活地使用適宜的教學(xué)方法。美國著名教育學(xué)家拉斯卡按新行為主義的理論將基本的教學(xué)方法分為四類，分別是實踐法、呈現(xiàn)法、強化法與發(fā)現(xiàn)法。每種基本方法有其適宜的使用場景，每種基本方法又有多種特殊的教學(xué)方法構(gòu)成。在教學(xué)過程中，教師可根據(jù)實際情況靈活運用不同的方法。比如，呈現(xiàn)法適合易于理解的知識點，對于簡單的知識內(nèi)容，教師可以用圖片或影片顯示等;實踐法適合需要理解，掌握的比較難的知識點，教師可采用布置任務(wù)，使用案例等讓學(xué)生通過實踐活動加深對知識的理解。近年來隨著科技的進步，以MOOC和SPOC等在線課程為代表的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段逐漸興起。教師可以根據(jù)學(xué)生的實際情況，采用MOOC+SPOC線上線下結(jié)合的混合教學(xué)手段提高教學(xué)質(zhì)量。

5 總結(jié)

電子類工科專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理與器件課程時，由于普遍存在先修基礎(chǔ)知識的缺乏問題，要想在這種情況下，讓學(xué)生學(xué)好、學(xué)懂半導(dǎo)體物理與器件課程，教師就需要對教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整，增加背景基礎(chǔ)知識的講授。另外，通過與企業(yè)合作，可讓學(xué)生加深對知識的理解。為了提高教學(xué)質(zhì)量，教師還需要采用靈活多樣的教學(xué)方法和教學(xué)手段。

參考文獻：

[1]王印月，趙猛.改革半導(dǎo)體課程教學(xué)，融入研究性學(xué)習(xí)思想[J].高等理科教育，2003（01）：71-73.

[2]劉吉臻，翟亞軍，荀振芳.新工科和新工科建設(shè)的內(nèi)涵解析——兼論行業(yè)特色型大學(xué)的新工科建設(shè)[J].高等工程教育研究，2019（3）：21-28.

[3]連曉娟.“半導(dǎo)體物理”教學(xué)改革與實踐初探[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（18）：55-56.

廣西研究生教育創(chuàng)新計劃項目：基于產(chǎn)學(xué)研合作的新工科研究生創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究與實踐資助

作者簡介：劉林生（1978-），男，河北河間人，博士，副教授，主要從事電子科學(xué)與技術(shù)方向教學(xué)與科研工作。