“微電子器件”教學中的痛點問題及解決

任敏 劉繼芝 鐘智勇

[摘 要] 針對微電子行業(yè)對高素質復合型新工科人才的需求，課程以培養(yǎng)具有時代擔當精神、扎實專業(yè)基礎和創(chuàng)新能力的未來行業(yè)領軍人才為目標，秉承“以學生為中心”的教育理念，堅持價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三位一體的教學方式。以課程思政為統(tǒng)帥，實現(xiàn)專業(yè)知識與思想政治的有機融合。以課堂研討和實踐教學為兩個抓手，開展產—學—研融合的課程內容和教學方法改革。以學科競賽、大創(chuàng)項目等為牽引，鼓勵學生參與創(chuàng)新活動。以現(xiàn)代信息技術為輔助手段，通過線上線下混合式教學，增強課程的生動性，擴大課程的影響力。改革解決了工科教學中課程思政融入性差，課堂與產業(yè)和學科前沿脫節(jié)，學生實踐能力弱、創(chuàng)新能力不足，以及課程輻射面小的四大痛點問題，并成效顯著。

[關鍵詞] 微電子器件;痛點;教學改革

[基金項目] 2019年度教育部產學合作協(xié)同育人項目“新工科背景下基于產教融合的‘微電子器件’課程改革與建設”（201902082005）

[作者簡介] 任 敏（1980—），女，四川樂山人，博士，電子科技大學電子科學與工程學院副教授，主要從事功率半導體器件及其可靠性研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）05-0051-03 [收稿日期] 2021-11-22

引言

“微電子器件”是電子科技大學電子科學與技術（微電子方向）專業(yè)本科生的專業(yè)核心課程，主要內容包括半導體基本方程、二極管、雙極型晶體管與絕緣柵場效應晶體管。課程特點是專業(yè)性強，知識點豐富，以及和實踐結合非常緊密。學生通過“半導體物理”等前序課程的學習，雖然已具備了一定的專業(yè)基礎和動手能力，但知識深度和廣度不夠，對產業(yè)發(fā)展最新動態(tài)了解有限，對如何解決實際工程問題缺乏認識和必要的訓練，因此在“微電子器件”課程學習中經常感到吃力[1]。

隨著微電子技術日新月異的發(fā)展，未來行業(yè)需要的是具有開拓創(chuàng)新精神、能夠解決工程應用問題、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才[2，3]。但僅以知識傳授為核心的傳統(tǒng)課堂講授模式，會造成學生實踐能力差、創(chuàng)新意識和能力不足等問題。

傳統(tǒng)的教學方法和教學手段顯然已不能滿足學生的成長要求和行業(yè)的人才需求。課程組經過深刻的探討，梳理出“微電子器件”課程教學中存在的痛點問題，并秉承“以學生為中心”的教育理念，在教學內容、教學方法和教學評價等方面針對痛點問題開展了創(chuàng)新性改革。

一、痛點分析及改革措施

（一）痛點一：傳統(tǒng)工科教學中課程思政融入性差

課程的原教學大綱中僅設置了知識傳授目標，教師的授課重心幾乎都放在專業(yè)知識的講授上，對學生的思想引導和人文關懷不足，不利于學生人生觀、價值觀的形成和全方位發(fā)展。然而，要將課程思政自然地融入“微電子器件”這樣專業(yè)性非常強的理工科課程，并達到“潤物細無聲”的效果，存在較大難度。

針對上述痛點問題，課程組首先結合我國微電子產業(yè)發(fā)展的時代大背景和課程特點，將教學目標調整為：堅持價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三位一體，培養(yǎng)具有服務國家戰(zhàn)略需求的責任感和時代擔當精神、扎實專業(yè)基礎和創(chuàng)新能力的微電子行業(yè)未來領軍人才，并從提升教師素養(yǎng)、優(yōu)化教學內容和教學方法三方面著手，開展了課程思政建設。

1.課程組教師在“育人必先自育”的理念指導下，將集體教研制度化、常態(tài)化，定期開展集中備課和學習交流，共同討論思想政治教育方案。課程組還邀請了本校馬克思主義學院教師作為課程顧問，對課程思政內容把關。教師在日常生活中也堅持學習，努力提升專業(yè)、政治和人文素養(yǎng)。

2.為了實現(xiàn)課程思政的有機融入，課程組探索了一套行之有效的教學設計流程：首先，集體研討進行精準定位，找專業(yè)和思想政治內容的契合點、學生的興趣點，以及國家重大需求點;其次，針對思政點落實具體方案，以“潤物無聲”的方式提升學生的哲學素養(yǎng)、科學精神，以“高調宣示”的方式弘揚社會主義核心價值觀;最后，收集教學反饋，對思想政治內容和方案進行修正和優(yōu)化。利用上述方法，課程組建立了豐富的思想政治案例庫，涵蓋了國家戰(zhàn)略、行業(yè)發(fā)展、時事熱點、哲學人文、職業(yè)引導等，有針對性地培養(yǎng)了學生的政治認同、家國情懷、科學精神、創(chuàng)新能力、人文素養(yǎng)等。

3.將思想政治元素貫穿教學活動的每個環(huán)節(jié)。利用思想政治案例教學、學生分組報告等增加生動性;課外借助中英文MOOC平臺等開展線上思想政治教育。將思想政治環(huán)節(jié)納入考核，思想政治參與度、思想政治小論文質量與成績掛鉤，充分調動學生的積極性。利用問卷調查等建立反饋機制，及時對思想政治內容和方式進行改進，使學生反客為主，成為思想政治設計者。

（二）痛點二：學生實踐能力和創(chuàng)新意識不足

傳統(tǒng)工科教學以課堂教授為主，缺乏實踐環(huán)節(jié)。造成學生理論和實際脫節(jié)，動手能力差，創(chuàng)新能力不強，不符合“新工科”人才培養(yǎng)目標。

針對上述痛點問題，課程組探索和完善課程實驗環(huán)節(jié)，并以大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、電子設計大賽等為牽引，強化學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.在學校實驗教改項目的資助下，建設了30個學時的課程配套實驗。其中包含4個測試實驗和3個仿真實驗，涵蓋了課程所學的所有器件的主要電學特性。

2.課程組從2018年開始開展小班教學的探索。在講授基礎理論之后，有針對性地給出研討題目，由學生分組完成課下討論、課堂報告和研討，既提升了學生的主動性和創(chuàng)造力，也鍛煉了學生的表達能力。

3.鼓勵學生利用課程所學知識，參加大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、學科競賽等，或提前進入實驗室參與科研。課程組教師也會根據(jù)課程內容，發(fā)布相應的大創(chuàng)題目，供學生選擇。

（三）痛點三：課程內容與產業(yè)和學科前沿脫節(jié)

本課程現(xiàn)用教材為陳星弼等編著的《微電子器件（第4版）》，為普通高等教育“十二五”國家級規(guī)劃教材。該教材已經過4次改版，不斷對內容進行豐富和優(yōu)化。但是，微電子是一個高速發(fā)展的應用學科，技術更迭非?？?，僅依靠教材改版是遠跟不上行業(yè)技術進步的，而與產業(yè)和學科發(fā)展前沿的脫節(jié)，必然造成學生知識結構的欠缺。針對上述痛點問題，本課程組采取如下措施。

1.引入實踐板塊，培養(yǎng)學生的產業(yè)前瞻性眼光。在教育部產學合作協(xié)同育人項目“‘新工科’的背景下，基于產教融合的‘微電子器件’課程改革與建設”等資助下，課程組與芯源系統(tǒng)有限公司等業(yè)界知名企業(yè)合作，建設業(yè)界實踐板塊，邀請工程師進課堂研討交流，為學生講授業(yè)界前沿動態(tài);帶領學生進企業(yè)參觀學習，了解器件及集成電路的設計流程，了解理論計算和實際設計的差異。有效避免了高校教育與產業(yè)界的脫節(jié)，開闊了學生的眼界。

2.授課教師的科研方向與課程內容高度相關，具有豐富的產業(yè)化經驗，與多個業(yè)內知名企業(yè)均開展了廣泛的合作，能夠很好地實現(xiàn)產教研的有機融合。授課教師收集實際工程項目中積累的真實案例，在教學中通過案例教學法，幫助學生更好地理解枯燥的理論知識，了解產業(yè)界的前沿。

3.授課教師每年通過ISPSD、ICSICT等國際會議與國內外同行交流，將學科前沿引入教學內容。授課教師前往國外高校開展訪問學者工作，將國外的研討式教學等先進教學經驗引進本課程教學。

（四）痛點四：課程輻射面小，影響力不足

傳統(tǒng)線下教學模式只能覆蓋選課的學生，課程輻射面小，影響力不足。

針對上述痛點問題，本課程組利用先進的信息化手段，積極開展線上課程建設，從線下教學轉變?yōu)榫€上線下混合式教學模式，擴大了課程的輻射范圍和影響力。課程組在2018年開設了“微電子器件”中文版MOOC課程，在2020年開設了“微電子器件”英文版MOOC課程，建設了支撐教學過程與自主學習的立體化教學資源，包括課堂視頻、線上練習測試、實時動畫等，教學效果良好，已在校內外師生甚至是業(yè)界從業(yè)人員中產生了較大影響。

二、建設成效

通過對痛點問題的解決，本課程在教學內容和教學方法上進行了卓有成效的改革，課程教學質量和學生培養(yǎng)質量得到了提升。

1.課程思政取得了顯著成效。本課程在2020年被認定為省級“課程思政”示范課，在2021年被認定為教育部“課程思政”示范課。課程連續(xù)多年評教均為最優(yōu)等級，學生評價顯示課程對其人生觀、價值觀有積極影響，使其在獲取專業(yè)知識的同時，達到社會主義核心價值觀的重塑、個人修養(yǎng)和科學思維的提升，實現(xiàn)了全面發(fā)展。

2.學生的創(chuàng)新思維和科學精神得到了良好培養(yǎng)。應用課程中所獲得的知識和能力，很多學生在本科階段就參與科研活動和學科競賽，在全國大學生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等比賽中獲得佳績。

3.混合式教學模式極大地提升了課程影響力?！拔㈦娮悠骷盡OOC課程開設以來受眾累計超兩萬人，影響輻射到了校外學生甚至是微電子從業(yè)人員，在2020年被評為國家級線上一流本科課程。

結語

“微電子器件”課程組在深入分析課程教學痛點問題的基礎上，有針對性地給出了解決方案，從教學內容、教學方法和教學評價等方面開展了創(chuàng)新性改革，有效提高了專業(yè)課的教學質量，達到了立德樹人的教學目標，為高等院校理工科教學改革提供了很好的參考。

參考文獻

[1]任敏，張波，張慶中，等.“微電子器件”課程的教學方法[J].電氣電子教學學報，2014，36（1）：54-56.

[2]呂輝，王國裕，徐鵬，等.微電子學科專業(yè)的重新界定和培養(yǎng)方向的再思考[J].集成電路應用，2021，38（4）：30-32.

[3]張志強，黃曉東，宮照軍.產業(yè)需求導向的微電子人才培養(yǎng)模式研究[J].電氣電子教學學報，2020，42（5）：6-10.

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