新工科背景下微電子器件物理課程的教學(xué)改革與實踐

黃 樂

(廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東 廣州510006)

0 引言

隨著新一輪科技革命的到來，人們進入一個空前的創(chuàng)新密集與產(chǎn)業(yè)變革的時代。為更好地確保“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”“中國制造2025”等國家重大戰(zhàn)略落到實處，支撐新經(jīng)濟和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展，教育部于2017年先后形成了“復(fù)旦共識[1]”“天大行動[2]”和“北京指南[3]”，構(gòu)成新工科建設(shè)的“三部曲”，全力探索并形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式。

新工科的“新”主要體現(xiàn)在對原有的工程教育模式進行升級，強調(diào)科學(xué)教育、人文教育、工程教育三者的有機統(tǒng)一，突破對原有學(xué)科的界定以及產(chǎn)業(yè)的劃分，推動學(xué)科間的交叉融合，培養(yǎng)能夠主動適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟發(fā)展的高素質(zhì)復(fù)合型工程科技人才[4]。新工科建設(shè)對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的教學(xué)實踐提出了新要求。

1 課程特點與傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題

“微電子器件物理”作為一門將基礎(chǔ)理論與實際工程科學(xué)問題緊密聯(lián)系起來的課程，是高等院校中計算機、自動化、電子信息等專業(yè)極為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院在微電子專業(yè)開設(shè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。

“微電子器件物理”主要包括半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識、PN結(jié)等元器件中的物理知識和光電光伏器件應(yīng)用這幾部分內(nèi)容，從能帶結(jié)構(gòu)出發(fā)，系統(tǒng)介紹了基礎(chǔ)電子元器件的組成結(jié)構(gòu)、原理、電學(xué)特性、應(yīng)用前景，以及實用的光電、光伏器件的分析與應(yīng)用[5]。課程的教學(xué)目的是通過對常用電子元器件內(nèi)容載流子物理性質(zhì)的分析，使學(xué)生掌握微電子器件方面的基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)及其在專業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

“微電子器件物理”具有知識點多、實踐性強、應(yīng)用基礎(chǔ)廣泛等特點，其中最顯著的特征就是工程性與實踐性，這也導(dǎo)致課程教學(xué)和學(xué)習(xí)的難度加大，在常規(guī)的教學(xué)中，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)評價方面存在諸多問題。

1.1 課程內(nèi)容繁多，與行業(yè)和企業(yè)的實際需求存在脫節(jié)

該門課程涉及的知識點眾多且較抽象，物理圖像多且復(fù)雜，并且課程內(nèi)容相對孤立，與其他課程聯(lián)系較少，缺乏學(xué)科間的融會貫通；且知識更新滯后于行業(yè)發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容缺乏時效性，與行業(yè)和企業(yè)實際需求脫節(jié)；實驗部分多為驗證性試驗，學(xué)生只需要按實驗指導(dǎo)書的具體步驟操作，測試記錄相關(guān)的參數(shù)，然后完成實驗報告即可，這樣只培養(yǎng)了學(xué)生按部就班完成任務(wù)的“實驗”能力，無法達到培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決問題能力的目標(biāo)。

1.2 教學(xué)方式過于傳統(tǒng)，無法全面調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

目前，多數(shù)學(xué)校仍采用“以教材為中心、以教師為中心、以教室為中心”的“教師傳授模式”為主，傳統(tǒng)單調(diào)的PPT+板書的教學(xué)模式讓課程內(nèi)容的講授和學(xué)習(xí)都較吃力，學(xué)生參與度較低，大多數(shù)學(xué)生仍停留在對知識點的死記硬背層面，很難真正激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

1.3 注重理論分析和計算，忽略技術(shù)應(yīng)用，理論與實踐脫節(jié)

該課程在強調(diào)基礎(chǔ)理論嚴謹分析的同時，還注重實際的應(yīng)用分析，要求學(xué)生系統(tǒng)掌握常用電子儀器的使用方法、電子電路的測試方法、故障的判斷與排除方法和EDA軟件的應(yīng)用方法，強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生實際解決問題的能力。但由于課程涉及的抽象概念較多，且學(xué)時限制嚴格，時間緊、任務(wù)重，導(dǎo)致很多教師在授課過程中花費過多精力在理論分析和計算上，實驗所占課時較少，忽略了理論知識的運用與實踐。

1.4 教學(xué)評價形式過于單一，無法準(zhǔn)確評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果

目前該門課程對學(xué)生考核主要通過期末閉卷考試的形式，這種傳統(tǒng)的考核方式缺乏過程性評價，很難準(zhǔn)確反映學(xué)生的實際學(xué)習(xí)成果，很多學(xué)生不注重平時的課程學(xué)習(xí)，習(xí)慣于考前集中突擊，最終導(dǎo)致考前臨時抱佛腳，考后離開課堂就忘掉的局面，沒有對知識真正的掌握吸收。

2 探索課程教學(xué)改革與實踐

以新工科建設(shè)的教育改革理念為指導(dǎo)，針對“微電子器件物理”課程常規(guī)教學(xué)中存在的問題，我們從“豐富課程體系”“創(chuàng)新教學(xué)方法”“革新考核方式”等方面探索教學(xué)改革與實踐，并取得了初步成效。

2.1 以行業(yè)和企業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向，豐富課程體系

打破教材原有的章節(jié)順序，對教學(xué)內(nèi)容進行重新梳理，將課程體系整體優(yōu)化，創(chuàng)建系統(tǒng)化、模塊化的課程體系框架，將課程知識點整合為三大基本模塊，不同模塊采用不同的授課方式；將行業(yè)發(fā)展的最新情況和成果融入課程體系中，將企業(yè)和社會的實際需求與課程相結(jié)合，同時根據(jù)行業(yè)發(fā)展不斷充實和完善課程設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容，注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；同時把人文教育和思政教育滲透到教學(xué)的各個環(huán)節(jié)、貫穿于整個課程體系，讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握專業(yè)知識與技能的同時，全面提升其綜合素質(zhì)。

2.2 以學(xué)生為中心，創(chuàng)新教學(xué)方法

“微電子器件物理”是一門理論知識傳授與實踐運用相統(tǒng)一的課程，可以通過課前啟發(fā)、課堂教學(xué)、項目實踐、課后答疑等多樣化手段來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。

在課前，教師可以通過設(shè)置啟發(fā)式問題，引導(dǎo)學(xué)生提前預(yù)習(xí)與主動思考。在課堂教學(xué)中，除教師講解授課外，可通過分組討論與成果展示、教師總結(jié)答疑的形式，增強學(xué)生的課堂參與性，培養(yǎng)其主動思考、獨立分析問題的能力；在實踐環(huán)節(jié)，除了常規(guī)的課后實驗課，可以課題形式發(fā)布實驗與成果要求，要求學(xué)生通過自學(xué)有關(guān)課程完成相應(yīng)的任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，也可以通過讓學(xué)生參與到教師的項目或者參加科技競賽等活動，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力與解決問題的能力。在課后，可通過微信群答疑、重點知識微課學(xué)習(xí)等形式，加強與學(xué)生溝通，及時鞏固學(xué)習(xí)效果。

2.3 建立理論實踐一體化的綜合考核體系，革新考核方式

在課程學(xué)習(xí)效果評定中，除了出勤、課堂表現(xiàn)、日常作業(yè)完成情況、期中與期末考試成績、實驗成績等傳統(tǒng)評價方式，還可以通過讓學(xué)生寫學(xué)習(xí)小結(jié)、課程設(shè)計等引導(dǎo)學(xué)生主動去閱讀相關(guān)的課外書籍、關(guān)注和搜集當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的最新動態(tài)形勢，不再局限于課堂所學(xué)、教師所教的內(nèi)容；同時，在期末考試的內(nèi)容上，減少以純粹記憶為主的內(nèi)容的比例，增加實驗設(shè)計類的比重；此外，將學(xué)生參加科技競賽或者創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽取得的成績，按相應(yīng)比例納入課程考核成績中，鼓勵學(xué)生將理論知識運用于實踐，鍛煉其自主學(xué)習(xí)能力和跨界整合能力。

3 結(jié)語

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，科技創(chuàng)新的周期將越來越短，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的邊際也越來越模糊，技術(shù)革新和成果轉(zhuǎn)化越來越快，對未來新型工程科技人才培養(yǎng)提出了更高要求。本文以學(xué)生為中心，以行業(yè)和企業(yè)需求為導(dǎo)向，根據(jù)“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的基本特點，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式三方面著手，注重理論與實踐的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、獨立分析與解決問題的能力和跨界整合能力，致力于培養(yǎng)能夠主動適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟發(fā)展的高素質(zhì)復(fù)合型人才。