半導(dǎo)體物理與器件課程的課堂教學(xué)模式改革探索

鄭雁公 簡家文

摘 ?要：半導(dǎo)體物理與器件是學(xué)習(xí)集成電路芯片技術(shù)的基礎(chǔ)和核心課程，由于該門課程具有內(nèi)容多，公式理論復(fù)雜的特點，因此課堂教學(xué)具有難度。文章提出在課堂教學(xué)中引入思政內(nèi)容，梳理教學(xué)知識點、輔以多種教學(xué)方法和多樣化考核方式，對課堂教學(xué)模式進(jìn)行改革。通過在課堂教學(xué)中實踐，反饋結(jié)果表明所采取的教學(xué)方法極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和教學(xué)質(zhì)量。同時在結(jié)論中總結(jié)了在實踐過程中需要注意的問題，以期對該門課程持續(xù)改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：課堂教學(xué);教學(xué)改革;多樣化考核;教學(xué)方法

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）22-0103-06

Abstract： Semiconductor Physics and Devices is the basic and core course for learning integrated circuit chip technology. Due to its features of too much teaching content， and complex formula theory， the classroom teaching is difficult. This paper focus on the reform of the classroom teaching from the introduction of ideological and political education： the sorting and enrichment of the teaching content， the introduction of various teaching methods and the diversification of assessment methods. Through practice in teaching activities， the results show that the reform of classroom teaching stimulates students' learning enthusiasm and improves the teaching quality. Finally， in the conclusion， it puts forward the matters needing attention in practice in order to improve the course continuously.

Keywords： classroom teaching; teaching reform; diversification assessment; teaching method

集成電路產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代化信息產(chǎn)業(yè)的核心和基礎(chǔ)，也是我國現(xiàn)在所面臨的“卡脖子”技術(shù)難題之一。近幾年來，國家和教育部出臺多項政策鼓勵和加大對集成電路人才的培養(yǎng)[1]。集成電路是以半導(dǎo)體理論為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的，因此半導(dǎo)體物理與器件課程是普通高等學(xué)校電子科學(xué)與技術(shù)相關(guān)專業(yè)本科生、碩士研究生的專業(yè)核心課程，同時也是大部分理工科專業(yè)的主要選修課程。雖然不同學(xué)校的半導(dǎo)體物理與器件課程的教學(xué)內(nèi)容略有不同，但主要分為兩部分，第一部分為半導(dǎo)體相關(guān)基礎(chǔ)理論，包括固體物理、量子力學(xué)、能帶理論、半導(dǎo)體物理、載流子輸運等;第二部分為半導(dǎo)體器件原理及特性，包括PN結(jié)、金半異質(zhì)結(jié)、雙極型晶體管原理、場效應(yīng)型晶體管原理等。半導(dǎo)體物理與器件該門課程涵蓋內(nèi)容跨度大，概念公式眾多，具有一定深度和難度，同時又與當(dāng)下的集成電路技術(shù)聯(lián)系緊密。該門課程具有較強的理論性、實踐性和科研性，在教學(xué)實踐過程中具有不小的難度。

一、課堂教學(xué)問題與相關(guān)教改研究

（一）課堂教學(xué)存在的問題

半導(dǎo)體物理與器件課程的課堂教學(xué)存在如下幾方面問題：

首先，基礎(chǔ)課程的不連續(xù)性。由于半導(dǎo)體物理與器件課程具有學(xué)科交叉特性，涵蓋知識體系復(fù)雜，然而大多數(shù)學(xué)校沒有相關(guān)先修課程的安排。因此，教師在講授半導(dǎo)體理論前，需要花費很多時間來補充晶體結(jié)構(gòu)、量子理論等內(nèi)容，造成該門課程講授困難，對很多學(xué)生難度較大，造成學(xué)生理論基礎(chǔ)薄弱，更談不上基礎(chǔ)理論的靈活運用。

其次，所采用的教學(xué)模式和方法過于僵化傳統(tǒng)。主要還是以教師為中心的教學(xué)模式進(jìn)行知識灌輸，學(xué)生被動接受知識，他們的主觀能動性未得到激發(fā)。半導(dǎo)體物理與器件課程中“半導(dǎo)體基礎(chǔ)理論”部分內(nèi)容以公式、概念以及它們之間的邏輯關(guān)系為主，而“半導(dǎo)體器件原理”部分以器件工作特性和應(yīng)用為主，這兩部分內(nèi)容各有特點又互相聯(lián)系。因此，需要根據(jù)知識內(nèi)容靈活地安排課堂教學(xué)方法，單一的教學(xué)模式會使學(xué)生把握不到重點，無法建立系統(tǒng)的理論和知識體系，學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)熱情也因此大打折扣。

最后，考核內(nèi)容和習(xí)題編制脫離實際問題。半導(dǎo)體是一門日新月異的學(xué)科，但傳統(tǒng)的考核內(nèi)容只局限于經(jīng)典的半導(dǎo)體物理與器件基礎(chǔ)知識，缺少近年來在實驗和理論方面的新成果，并且所給出的例題和習(xí)題也缺少實用性，沒有和實際工程問題聯(lián)系起來，過于注重理論的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和概念的死記硬背，繁瑣的數(shù)學(xué)過程容易使學(xué)生失去興趣，甚至出現(xiàn)背題的現(xiàn)象。

以上這些方面都是造成目前半導(dǎo)體物理與器件課堂教學(xué)效果不理想的原因[2]。針對以上問題，作者認(rèn)為在課堂教學(xué)過程中引入思政內(nèi)容激發(fā)學(xué)生的興趣，梳理知識結(jié)構(gòu)使學(xué)生更易于理解和掌握，采用不同的教學(xué)方式調(diào)動學(xué)生的積極性，逐步引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)是教好此門課程的關(guān)鍵[3]。因此，半導(dǎo)體物理與器件課程的課堂教學(xué)模式是急需研究與探索的一個問題。

（二）國內(nèi)相關(guān)教改研究及問題