“1+X”背景下的《半導(dǎo)體器件物理》課程改革的實踐探索

席筱穎 黃瑋 謝亞偉

【摘要】? ? 2019年國務(wù)院發(fā)布《國家職業(yè)教育改革實施方案》，啟動1+X制度試點工作，全面提高職業(yè)教育的人才培養(yǎng)質(zhì)量?！栋雽?dǎo)體器件物理》是微電子技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課，為其他核心專業(yè)課奠定最重要的知識基礎(chǔ)，對專業(yè)人才培養(yǎng)起到支撐作用。本文意在探索如何在《半導(dǎo)體器件物理》課程中融入《集成電路開發(fā)與測試》1+X證書的考核標準，以提高教學質(zhì)量，提升學生的應(yīng)用能力。

【關(guān)鍵詞】? ? “1+X”制度? ? 半導(dǎo)體器件物理? ? 課程改革

引言：

“1+X”制度試點工作開展以來，我院微電子專業(yè)參與朗訊科技（中國）有限公司的《集成電路開發(fā)與測試“1+X”證書》（以下簡稱為“1+X”證書）申報工作的，課程具有實現(xiàn)“1+X”課證融通的先天優(yōu)勢?！都呻娐烽_發(fā)與測試》（中級）主要包括：版圖輔助設(shè)計、晶圓制程、晶圓測試、集成電路封裝、集成電路測試、集成電路應(yīng)用幾方面。本文主要研究如何將《“1+X”證書》中相關(guān)職業(yè)技能與《半導(dǎo)體器件物理》的課程內(nèi)容有機融合，提高教學質(zhì)量，提升學生綜合能力。

一、課程整體設(shè)計

從培養(yǎng)學生能力本位出發(fā)，推翻原有“教師講授、學生驗證”的演繹策略，采用“任務(wù)驅(qū)動法”將理論教學融入學生實踐過程中。分析與后續(xù)課程的關(guān)系，將后續(xù)課程中的實踐技能應(yīng)用到本門課程中，以支撐學生對理論知識的理解。同時將核心崗位所需的分析方法和職業(yè)技能融入到教學中，提升教育教學質(zhì)量。本課程以往的理實一體教學，只是分散的針對一些理論知識點進行驗證性的實踐教學，教學設(shè)計缺乏整體性與連續(xù)性。本次課程改革，以常用半導(dǎo)體器件綜合設(shè)計為任務(wù)導(dǎo)向，將《集成電路開發(fā)與測試》1+X證書的職業(yè)技能標準融入到各單元的教學中，重構(gòu)教學內(nèi)容。下面以MOS型晶體管的分析與設(shè)計為例，說明教學的具體實施情況。

1.1教學策略

根據(jù)人才培養(yǎng)方案、課程標準及學生學情分析數(shù)據(jù)，確定“MOS型晶體管的分析與設(shè)計”的三維教學目標及教學重、難點。該單元的教學重點是MOS管的結(jié)構(gòu)和原理，閾值電壓和輸出電流等參數(shù)的計算，器件結(jié)構(gòu)參數(shù)和幾何尺寸的設(shè)計;教學難點為MOS管的特性測試，MOS管結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真，MOS管的版圖設(shè)計。為突出重點，突破難點，將1+X證書的技能指標融入教學，增加大量的實踐操作完成整體教學設(shè)計。教學內(nèi)容整體劃分為基礎(chǔ)理論、學以致用、提升拓展三個模塊，將理論知識與實踐內(nèi)容有效結(jié)合，進行遞進式學習。通過本單元學習，學生不僅要具備MOS管特性分析和參數(shù)計算的專業(yè)知識，還要提升相應(yīng)的專業(yè)能力和學習能力，達到“學而會用”的教學目的。

1.2教學方法

教學方法的選擇設(shè)計始終圍繞“學生為主體，教師為主導(dǎo)”這一原則，主要的教學方法有以下幾種。

1.2.1講授教學法

本單元教學任務(wù)包含有非常重的理論知識，需通過教師的系統(tǒng)講解使學生獲得MOS管結(jié)構(gòu)和工作原理的相關(guān)知識，能使學生在較短時間內(nèi)獲取大量知識信息。

1.2.2任務(wù)驅(qū)動法

教師設(shè)置MOS管參數(shù)測試、MOS管版圖設(shè)計的任務(wù)，圍繞任務(wù)組織和開展教學，學生在教師引導(dǎo)下完成知識學習、能力訓(xùn)練、素質(zhì)培養(yǎng)。

1.2.3分組教學法

將全班學生合理搭配，根據(jù)學習難度可分2到6人學習小組。課堂上合作完成參數(shù)仿真、測試、版圖設(shè)計等任務(wù)，充分發(fā)揮學生的主體作用，形成“組內(nèi)成員合作，組間成員競爭”的學習模式，激發(fā)學生的學習興趣，變被動學習為主動學習。

1.2.4實驗教學法

學生在教師的指導(dǎo)下，使用集成電路測試儀和半導(dǎo)體管特性圖示儀，測量MOS管電流的變化及輸出特性曲線，從觀察這些現(xiàn)象的變化中獲取或驗證新知識。使學生把一定的直接知識同書本知識聯(lián)系起來，又能夠培養(yǎng)他們的獨立探索能力、實驗操作能力和科學研究興趣。

1.2.5對分課堂法

基于“講授—作業(yè)—討論”三個模塊展開課堂教學，學生通過獨學和分組討論化被動學習為主動學習，培養(yǎng)學生批判性思維、創(chuàng)造性思維、溝通能力、合作能力的4C核心素養(yǎng)。

1.2.6同伴教學法

教師講授MOS管結(jié)構(gòu)、原理、閾值電壓等重點、難點內(nèi)容，啟發(fā)學生思考，引導(dǎo)師生互動、生生互動，在傳授知識的同時引導(dǎo)學生探究、合作，培養(yǎng)學生獲取知識并融會貫通的能力。

二、教學實施過程

2.1實施過程

教學實施過程按課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)來開展。

2.1.1課前

利用超星泛雅平臺發(fā)布學習任務(wù)，引導(dǎo)學生查閱資料、搜集信息，并提交自學報告或完成相關(guān)知識的測試，通過系統(tǒng)分析統(tǒng)計結(jié)果調(diào)整教學內(nèi)容和教學方法。

2.1.2課中

以MOS管綜合設(shè)計為任務(wù)驅(qū)動，學生以小組為單位完成器件結(jié)構(gòu)仿真、閾值電壓影響因素分析、電學參數(shù)測試、MOS管幾何尺寸設(shè)計、MOS管版圖繪制等一系列任務(wù)，最終完成一款MOS型晶體管的綜合設(shè)計。教學過程淡化理論講解，注重激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的專業(yè)能力。推翻以往“理論內(nèi)容教師先講解，實踐環(huán)節(jié)教師先演示，實驗結(jié)果教師先分析”的方式，反其道而行。做到“實踐操作學生先完成，實驗結(jié)果學生先討論，理論內(nèi)容大家來推斷”。充分調(diào)動學生的積極性，對實驗結(jié)果進行小組討論和匯報，賦能學生，讓學生成為課堂主講人。利用網(wǎng)絡(luò)教學平臺和自主創(chuàng)建的國家資源庫、省在線開放課程等線上資源，中央財政支持的微電子綜合實訓(xùn)基地、校企合作產(chǎn)教深度融合實訓(xùn)平臺的生產(chǎn)型實訓(xùn)基地等實驗實訓(xùn)資源，以及Silvaco、Cadence、Multisim等專業(yè)仿真軟件，進行線上線下教學。實踐環(huán)節(jié)精心設(shè)計，對照1+X證書上的技能要求把學生難理解的知識融入到實踐環(huán)節(jié)里去，從實驗數(shù)據(jù)的變化學生能直觀理解器件的原理、公式、特性。通過項目訓(xùn)練激發(fā)學生的探索興趣、求知欲望，進而引導(dǎo)學生進行理論分析和應(yīng)用。使學生掌握MOS管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、重要參數(shù)和工作特性等專業(yè)知識;具備用仿真軟件進行參數(shù)設(shè)計的能力、使用專業(yè)軟件繪制MOS管版圖的能力以及利用儀器儀表進行特性參數(shù)測試的能力。在實踐過程中還培養(yǎng)學生的家國情懷和責任擔當，培養(yǎng)學生的工匠精神和勞動意識。同時通過分組實踐，使學生體驗到完成相關(guān)內(nèi)容操作的成就感、幸福感;小組之間的競爭使學生具有代入感、競爭感，使學生產(chǎn)生內(nèi)在動力完成相應(yīng)內(nèi)容和環(huán)節(jié)的學習，變被動學習為主的學習。

2.1.3課后

1.上傳資料，鞏固拓展。及時上傳拓展資源等供學生復(fù)習和自學，發(fā)布課后練習并設(shè)置答題期限，以學習平臺自動評分和人工評分兩種方式提供時效反饋。2.收集反饋，匯總回應(yīng)。實時收集學生的問題和反饋，挑重點整理成文檔分享給學生，轉(zhuǎn)化為學習資源供下次上課使用。

2.2教學過程特色創(chuàng)新

2.2.1探索1+X課證融合，提升職業(yè)技能、培養(yǎng)工匠精神

本專業(yè)參與申報《集成電路開發(fā)與測試》1+X證書試點，將1+X證書的高級職業(yè)技能標準融入教學，努力提升綜合應(yīng)用能力的同時，培養(yǎng)學生勞動意識和工匠精神。

1.增加器件參數(shù)的測試，令學生逐漸掌握集成電路測試儀的使用方法，培養(yǎng)學生集成電路測試的專業(yè)技能，培養(yǎng)良好的勞動意識。

2.增加器件工藝仿真，令學生逐步建立器件與制造流程、物理結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)之間的概念，培養(yǎng)學生細心嚴謹、精益求精的工匠精神。

3.增加器件參數(shù)設(shè)計和版圖設(shè)計，對接專業(yè)核心崗位，逐步培養(yǎng)學生掌握版圖設(shè)計的專業(yè)技能。

2.2.2以學生為主體，實施個性化服務(wù)的精準教學

通過分組教學形式，使不同學習基礎(chǔ)的學生在課前、課中和課后完成學習、討論、設(shè)計，實現(xiàn)簡單MOS管的綜合設(shè)計，調(diào)動學生學習的自信心，培養(yǎng)學生的自主學習能力。

課外，對基礎(chǔ)薄弱的學生加強輔導(dǎo)，對學業(yè)突出的學生采取導(dǎo)師制的教學方式，組建專業(yè)社團進行更深層次的學習，進行項目課題研究與開發(fā)，提升學生的專業(yè)技能，為社會培養(yǎng)出具有實踐技能和創(chuàng)業(yè)能力的高素質(zhì)技能人才。

2.2.3聘請企業(yè)導(dǎo)師，拓寬學生的視野

聘請企業(yè)中有多年工作經(jīng)驗的資深工程師、項目負責人和企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)為企業(yè)導(dǎo)師。邀請企業(yè)導(dǎo)參與課堂活動，以在線答疑、訪談的形式對學生完成的MOS管設(shè)計進行點評，從企業(yè)實際工作的角度對學生進行相應(yīng)的指導(dǎo)，一方面使學生深入理解相關(guān)設(shè)計要求，了解本課程在專業(yè)學習中的作用，強化學生對基礎(chǔ)知識的理解;另一方面可以使學生了解本專業(yè)的工作性質(zhì)及發(fā)展前景，開拓學生視野，讓學生能提前對未來的工作有所了解，提前培養(yǎng)相關(guān)的職業(yè)素養(yǎng)和勞動意識。

三、評價方法

課程采用多元化的方式對學生進行綜合評價。學生的考評分三個模塊：教師評價、組間互評和組內(nèi)自評。

教師評價包括客觀評價和主觀評價兩部分?？陀^評價注意是利用課程平臺的反饋數(shù)據(jù)。比如學生作業(yè)、課堂測試的成績，課程資源和討論等參與程度。主觀分是同學們在課堂上的表現(xiàn)情況，比如操作的規(guī)范程度、在項目實施過程中表現(xiàn)出的能力和參與度。

組間互評根據(jù)項目設(shè)計完成度、交流展示情況和答辯情況等，主要針對學生專業(yè)素養(yǎng)進行小組之間的評分。小組自評根據(jù)組內(nèi)同學的參與度、工作交流情況、在查閱資料等情況表現(xiàn)出的非專業(yè)素養(yǎng)進行小組間成員的打分。

1+X證書制度是推進職業(yè)教育深化改革，培養(yǎng)高質(zhì)量人才的有利推動。實現(xiàn)課證融通，多角度直觀化、形象化的將專業(yè)知識呈現(xiàn)在學生面前，仍是課程改革的重點方向。通過程序改革，使學生理論基礎(chǔ)方面的理解更加深入，動手能力顯著增強。融入1+X考核標準后，學生的綜合職業(yè)素養(yǎng)顯著提高。

參? 考? 文? 獻

[1] 徐振邦主編.半導(dǎo)體器件物理[D].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[2]方娥，宋國芳.“1+X”證書制度下《建筑制圖與識圖》課證融通教學改革研究[J].經(jīng)濟師，2020（11）：188-189.

[2] 陳欣欣. 基于“1+X”的“工業(yè)機器人編程與操作”課程設(shè)計與實施.福建輕紡，2020（9）：33-36.