《半導(dǎo)體器件物理》研究生課程教學(xué)模式的探究與實(shí)踐

鄭新和 王馨頤 王茜茜

摘要：以科研問題為導(dǎo)向的師生互動教學(xué)模式，對于提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、培養(yǎng)科研創(chuàng)新能力、提高綜合素質(zhì)具有重要作用，是研究生專業(yè)課程教學(xué)值得推廣的教學(xué)模式。文章闡述了以科研問題為導(dǎo)向的師生互動教學(xué)模式的思想、優(yōu)勢及實(shí)施要點(diǎn)，分析了傳統(tǒng)教學(xué)模式在研究生專業(yè)課程半導(dǎo)體器件物理教學(xué)中遇到的問題，在課程教學(xué)中引入師生互動、生生互動教學(xué)模式進(jìn)行了實(shí)踐，并取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式;研究生課程;師生互動;生生互動

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）15-0167-03

引言

半導(dǎo)體器件物理課程是我校數(shù)理學(xué)院教師給研究生開設(shè)的一門專業(yè)課程，其授課對象面向全校理工科學(xué)院，近年來吸引了來自數(shù)理、材料、冶金、計通等多個學(xué)院的學(xué)生。該課程主要從半導(dǎo)體光電子器件物理角度出發(fā)，重點(diǎn)講述高等半導(dǎo)體科學(xué)基礎(chǔ)和技術(shù)。半導(dǎo)體科學(xué)和技術(shù)自誕生以來，就一直引領(lǐng)計算機(jī)、通信和自動化領(lǐng)域的發(fā)展。在當(dāng)今發(fā)展的大趨勢下，半導(dǎo)體技術(shù)扮演著越來越重要的角色。目前，半導(dǎo)體行業(yè)已進(jìn)入一個新的發(fā)展階段，既面臨著應(yīng)用的進(jìn)一步推廣和普及，又面臨著新的問題需要去研究、去解決。尤其是未來的發(fā)展，各種研究不同程度上都以智能化和信息化為重要目標(biāo)。而且，半導(dǎo)體技術(shù)既涉及基礎(chǔ)研究又有直接的市場應(yīng)用，因此半導(dǎo)體的器件物理作為研究生專業(yè)基礎(chǔ)課將顯得尤為重要。然而，傳統(tǒng)的教學(xué)模式常常表現(xiàn)出課程內(nèi)容陳舊、知識面偏窄以及教學(xué)方式單調(diào)、課堂缺乏互動等缺點(diǎn)，不利于培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力和解決問題的能力，所以迫切嘗試探索一種新的教學(xué)模式來滿足當(dāng)前人才培養(yǎng)的需求。

以科研問題為導(dǎo)向的師生互動教學(xué)模式基于學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，是優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)的一種新模式，可以充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。文章將詳細(xì)地介紹以科研問題為導(dǎo)向的師生互動、生生互動教學(xué)模式的思想、優(yōu)勢，并基于研究生半導(dǎo)體器件物理課程教學(xué)中存在的問題，利用兩者互動的教學(xué)模式做了一些探索，并進(jìn)行了總結(jié)分析，希望能為以后的研究生課程教學(xué)提供一些新思路。

一、師生互動和生生互動的雙重教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，知識點(diǎn)的傳輸為平面灌輸型，教師像是一個“演員”在不停地講，而學(xué)生只負(fù)責(zé)聽，這樣不僅教師講的口干舌燥，學(xué)生也聽得枯燥無味。尤其像半導(dǎo)體器件物理這門課程專業(yè)性和綜合性都十分強(qiáng)，需要固體物理、量子力學(xué)、凝聚態(tài)物理、材料學(xué)、電子學(xué)等方面的基礎(chǔ)。同時，也涉及材料、冶金、計算機(jī)、通信、自動化和電子方面的專業(yè)內(nèi)容。面向的學(xué)生也具有不同的研究方向，不具有專業(yè)的半導(dǎo)體知識背景。因此傳統(tǒng)的教學(xué)模式不能滿足教學(xué)需求，也不能達(dá)到研究生“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、重創(chuàng)新”的教學(xué)目標(biāo)。師生互動教學(xué)模式一個顯著的特征是：學(xué)生積極主動地參與到教學(xué)活動中，師生之間有著充分的交流互動。這時教師不再只是知識的傳送器，而是“導(dǎo)演”“評論員”。對于研究生而言要著重培養(yǎng)的是學(xué)生的創(chuàng)新思維和研究能力，要使研究生通過課程學(xué)習(xí)有所提升，要在課程上體現(xiàn)“研究”內(nèi)涵，這需要教師的不斷引導(dǎo)和啟發(fā)。以科研問題為導(dǎo)向的師生互動教學(xué)模式正好符合這種需求，是適應(yīng)于時代的新的教學(xué)模式。

教師在授課的過程中將相關(guān)的最新半導(dǎo)體研究和前沿發(fā)展融入相關(guān)的知識或科研領(lǐng)域，并引出相關(guān)科研問題，激活學(xué)生研究興趣。之后要求學(xué)生結(jié)合自己將要從事的研究方向，在課堂上進(jìn)行PPT報告，這時教師作為一個傾聽者，真正地把課堂交給了學(xué)生。面對自己感興趣的方向，學(xué)生會主動地去查閱文獻(xiàn)，積極專研探索，將所學(xué)到的知識真正的內(nèi)化為自己的東西，然后再講出來，學(xué)生的進(jìn)步是不言而喻的。在這個過程中，使學(xué)生對科研的過程有了一個更深刻的了解，從發(fā)現(xiàn)科研問題，查閱文獻(xiàn)，提出解決問題的思路和方法等等，鍛煉了學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新思維。在學(xué)生做完報告之后，教師引導(dǎo)其他學(xué)生發(fā)表自己的看法并提出一些問題由報告者回答，加入生生互動環(huán)節(jié)。有些參與交流互動的學(xué)生思維跳躍，見解大膽，可能某些觀點(diǎn)不太合理，但仍然會引人思考，給人啟發(fā)。教師在引導(dǎo)主持的過程中，要注意氣氛的調(diào)節(jié)。當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)不正確的觀點(diǎn)時，也不要立即批評指正，這樣會打擊學(xué)生的積極性，使課堂氣氛變得沉悶。只有教師引導(dǎo)得法，課堂才會在熱烈又充滿學(xué)術(shù)氛圍中進(jìn)行下去。最后，由教師進(jìn)行總結(jié)發(fā)言，這點(diǎn)是很重要的。要對學(xué)生沒有闡述明白的地方進(jìn)行補(bǔ)充，也要鼓勵并發(fā)現(xiàn)學(xué)生閃光的地方。這需要教師有很寬的知識面和敏銳的科研眼光，才能在潛移默化中幫助學(xué)生樹立正確的研究思路。

同時，為了保證學(xué)生的報告質(zhì)量，教師要提出明確的要求，并在前面學(xué)生報告的過程中不斷提出改進(jìn)意見，以供后面學(xué)生參考，這樣報告的質(zhì)量才會越來越好。也要給學(xué)生留有足夠的時間去完成，從布置任務(wù)到課堂報告，應(yīng)至少給學(xué)生留有兩個星期的時間，學(xué)生有足夠的時間去找到問題，查找資料文獻(xiàn)，并做好PPT，整理好發(fā)言稿。只有這樣用心的完成，才能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。教師在課程的中間還應(yīng)時常了解學(xué)生進(jìn)度，起到督促的作用。

二、在半導(dǎo)體器件物理課程中的應(yīng)用

長期以來，研究生培養(yǎng)受目標(biāo)不明確、規(guī)模過大的影響，我國研究生在培養(yǎng)目的、培養(yǎng)方式、課程設(shè)置等方面的問題日趨突出，出現(xiàn)了不夠重視研究生課程學(xué)習(xí)、課程體系有待完善以及研究生的課程建設(shè)始終處于一種被動、滯后的狀態(tài)，表現(xiàn)為課程內(nèi)容陳舊、知識面偏窄以及教學(xué)方式單調(diào)、課堂缺乏互動等。半導(dǎo)體器件物理這門課程，將重點(diǎn)結(jié)合主講教師長期從事半導(dǎo)體器件與物理方面的研究背景，突出課程學(xué)習(xí)的研究性和前沿性，在課程內(nèi)容的深度性、專業(yè)性以及綜合性上做文章。注重激發(fā)研究生進(jìn)行課程學(xué)習(xí)的熱情和興趣，把課堂交給學(xué)生，采用以科研問題為導(dǎo)向的師生互動和生生互動雙重教學(xué)模式，這將為培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力提供重要手段，為研究生從事科研和論文撰寫工作提供重要基礎(chǔ)。

任課教師從半導(dǎo)體領(lǐng)域的宏觀概況、半導(dǎo)體物理、太陽能電池、發(fā)光二極管這四個方面進(jìn)行講述，每堂課配合學(xué)生的課堂報告。這種教學(xué)模式將傳統(tǒng)的授課課堂延伸至更廣闊的課外，學(xué)生圍繞著半導(dǎo)體器件物理學(xué)科的內(nèi)容并結(jié)合自身的科研方向談感悟，深思考。在查閱資料、學(xué)習(xí)研究、制作并講解PPT、師生和生生間相互交流的過程中，學(xué)生不僅對該課程有了更深層次的理解，更對自己未來的科研之路具有重要的指導(dǎo)意義。例如某學(xué)生講解的內(nèi)容為量子點(diǎn)太陽能電池，通過對太陽能電池的發(fā)展歷程及量子點(diǎn)太陽能電池的工作原理介紹，不僅豐富了該課程的內(nèi)容，還進(jìn)一步引發(fā)其他學(xué)生的思考提問。其中，參與互動的學(xué)生提問到：量子點(diǎn)太陽能電池和傳統(tǒng)的太陽能電池相比有哪些優(yōu)勢？為何該電池的理論效率值可以高達(dá)44%？……這些問題對正在進(jìn)行研究太陽能電池的學(xué)生本人來講，都有可能忽略掉，而通過這種生生互動交流的方式極大地豐富了學(xué)生的研究思路，啟發(fā)了科學(xué)問題的來源。又比如，在學(xué)生講等離子增強(qiáng)原子層沉積低溫生長氮化鎵薄膜后，有學(xué)生問：和金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積相比原子層沉積有哪些優(yōu)勢？僅僅是能低溫生長這一個優(yōu)勢嗎？通過這些提問，不僅引發(fā)報告者的思考，為其以后的研究提供了想法，而且也提高了研究生課堂上的聽課效果。通過這位學(xué)生的報告，其他學(xué)生也更加全面的認(rèn)識了第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵，也了解了原子層沉積這種制備薄膜的方法。還有，在一個學(xué)生講半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)器件應(yīng)用時，由于準(zhǔn)備內(nèi)容過多，時間又有限制，沒有很好地講明白問題。這時，教師及時提出意見，就如何精練所要報告的內(nèi)容給出指導(dǎo)性意見。從而，有針對性地提高了學(xué)生做學(xué)術(shù)報告的水平，也鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力。在研究生的科學(xué)研究訓(xùn)練過程中，實(shí)驗(yàn)研究是個很重要的部分，但如何將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行剖析并凝練表達(dá)出來同樣尤為重要。面對重點(diǎn)難點(diǎn)問題時，教師要強(qiáng)調(diào)要引導(dǎo);面對一些錯誤概念時，教師要及時發(fā)現(xiàn)并加以改正;面對冷場無人提問的狀況，教師要啟發(fā)鼓勵學(xué)生發(fā)言。不要害怕提出問題，即使問題錯了，至少也是一次大膽的嘗試。正如世界著名研發(fā)公司-國際商用機(jī)器公司（IBM）的創(chuàng)建者沃森強(qiáng)調(diào)：如果你要成功，最好的方法是多犯錯。因此，教師和學(xué)生們在你來我往的互動中極大地開拓了各自的思維，真正實(shí)現(xiàn)了課堂上的教學(xué)相長，這一點(diǎn)正是傳統(tǒng)課堂所欠缺的。

課程結(jié)束時學(xué)生需完成學(xué)習(xí)這門課程的心得，內(nèi)容可涉及上課體會、對課程中的器件研究提出科學(xué)問題以及該學(xué)科發(fā)展的天馬行空直覺等。通過完成的課后心得，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的學(xué)生都有提到很喜歡這種教學(xué)模式，不僅能夠從課堂中學(xué)習(xí)到專業(yè)的半導(dǎo)體器件物理知識，還可以在師生、生生互動之間拓寬自己的知識面，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高科學(xué)研究的創(chuàng)新能力。

三、思考與總結(jié)

師生互動和生生互動的雙重教學(xué)模式在半導(dǎo)體器件物理這門專業(yè)課中經(jīng)過幾屆課堂實(shí)踐，從綜合評價結(jié)果與學(xué)生反饋的情況來看，授課質(zhì)量、學(xué)生參與度與傳統(tǒng)課堂相比已有較大的提高。具體表現(xiàn)如下：（1）教師講解與學(xué)生展示相結(jié)合，極大地豐富了課堂內(nèi)容，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)到了半導(dǎo)體相關(guān)的專業(yè)知識和研究動態(tài)，還能在學(xué)生展示環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)自我個性與創(chuàng)造精神，真正實(shí)現(xiàn)研究生“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、重創(chuàng)新”的教學(xué)目標(biāo);（2）學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)、制作并展示報告，將自己的科研課題與半導(dǎo)體器件物理課程所學(xué)相結(jié)合，在課堂的師生、生生熱烈討論之中獲得科研新思路。當(dāng)然，一種新的教學(xué)模式在應(yīng)用的過程中需要不斷地完善，這便要求教師和學(xué)生的共同努力。一方面，要求學(xué)生課前用心準(zhǔn)備，課上積極思考與互動;另一方面，對教師而言，不僅需要花費(fèi)更多的時間和精力去備課，在廣度和深度二維層面充分體現(xiàn)學(xué)科的專業(yè)性與前沿性，還要在課堂上把控時間、活躍氣氛，使師生互動、生生互動的教學(xué)模式更好地應(yīng)用于教學(xué)活動中。

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