“半導體物理與器件”課程思政教學改革與實踐

李 偉 王少熙 汪鈺成

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)：“高校思想政治工作關(guān)系高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人這個根本問題。要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面?！盵1]將思政教育融入高校專業(yè)課程，既是響應(yīng)國家高校思想政治工作理念的一種途徑，也是目前高校各類專業(yè)課程實施課程思政改革的主要手段。課程思政是改進和加強高校思想政治工作的一種途徑，對于落實教書育人的主體責任及確保全員、全過程、全方位育人具有重要的推動作用，有助于全面提高高校思想政治工作的水平和質(zhì)量[2]。課程思政包含哲學育人、道德育人、勞動育人、審美育人等，不同的專業(yè)具有不同的育人目標。因此，高校需要緊密結(jié)合人才培養(yǎng)目標進行課程改革，因課制宜。

一、課程思政改革的必要性

“半導體物理與器件”是微電子學專業(yè)的一門核心課程。該課程的學習在一定程度上可以影響學生對微電子學專業(yè)的認知及興趣。前期的基礎(chǔ)課程固體物理和量子力學中大量抽象的物理概念、復雜的數(shù)學公式已經(jīng)使學生對半導體物理基礎(chǔ)知識產(chǎn)生了恐懼感。因此，高校需要對該課程的教學方式進行改革，使學生能夠主動接受這門課程，并對課程內(nèi)容產(chǎn)生興趣。該課程內(nèi)容緊貼時代背景，蘊含著大量的思政元素。同時，在多元化人才培養(yǎng)目標的指導下，該課程教學團隊將思政教育作為課程改革的主線，對教學內(nèi)容、教學方式、考核機制等方面進行全方位改革，不僅能使學生意識到這門課程對專業(yè)能力培養(yǎng)的重要性，而且還能實現(xiàn)人文素養(yǎng)、創(chuàng)新能力、工程能力及職業(yè)能力全方位提升的教學目標。

二、課程思政改革思路及設(shè)計

（一）發(fā)揮專業(yè)特色，注重隱性教育

近年來，我國對微電子學專業(yè)的人才培養(yǎng)極其重視。國家“十四五”規(guī)劃已經(jīng)將集成電路納入未來重要發(fā)展技術(shù)[3]?！鞍雽w物理與器件”課程與當前的時代背景緊密切合，在課程思政實施方面具有一定的專業(yè)優(yōu)勢。教師應(yīng)發(fā)揮專業(yè)特色，在教學內(nèi)容中穿插近兩年來與集成電路相關(guān)的國家政策，讓學生充分認識到集成電路作為信息產(chǎn)業(yè)的核心，對國家安全、工業(yè)、民生、經(jīng)濟等領(lǐng)域的重要作用，讓學生了解我國在集成電路領(lǐng)域的“卡脖子”技術(shù)，從而教育學生積極投入微電子事業(yè)，培養(yǎng)學生的專業(yè)認同感及報效國家的責任心和使命感。教師需要將二者巧妙地融合在一起，注重隱性的思政育人，讓學生在課堂中不知不覺地接受德育。隱性的思政育人對教師的教學方法、教學模式、課堂內(nèi)容等方面均帶來了挑戰(zhàn)。教師需要提前明確教學目標，做好教學設(shè)計，豐富教學內(nèi)容，創(chuàng)新教學方式。

（二）明確課程目標，做好頂層設(shè)計

高校應(yīng)圍繞價值塑造和能力培養(yǎng)相融合的集成電路人才培養(yǎng)目標，以課程育人支撐思政育人，以思政育人反哺課程育人，通過課程思政改革輔助學院培養(yǎng)新時代的集成電路人才[4]。西北工業(yè)大學微電子學院教學團隊從頂層設(shè)計了“1+2+3+X”的課程思政框架體系，并以“踐行社會主義核心價值觀，培養(yǎng)‘芯’人才”為主線，搭建課程思政整合平臺和創(chuàng)新實踐教育平臺，設(shè)計MOOC（慕課）、線上線下混合式、翻轉(zhuǎn)課堂三種教學模式，以實現(xiàn)思政內(nèi)容在課程中全輻射的目標。

在課程思政整合平臺建設(shè)方面，高?？山⒔虒W團隊和學生黨員師生融合黨支部。教師黨員既是黨支部成員，又是教學團隊成員，可以將思政育人從課堂拓展到支部活動，而且支部黨員作為模范代表可以帶領(lǐng)學生在課后主動自學課外內(nèi)容。在創(chuàng)新實踐教育平臺建設(shè)方面，高?？衫脤W校團委、就業(yè)指導中心等機構(gòu)建立社會實踐基地和就業(yè)實踐基地，多組織社會實踐活動，讓學生對行業(yè)有所了解，并提前做好職業(yè)規(guī)劃。此外，高校還可利用學院已有的科研平臺開展與課程內(nèi)容相關(guān)的實踐研究，使學生在加深對課堂內(nèi)容理解的同時，提升實踐動手能力。同時，教師應(yīng)打破“半導體物理與器件”課程傳統(tǒng)的講授式教學模式，比如：利用MOOC資源拓展教學內(nèi)容；利用雨課堂開展線上線下混合式教學，通過線上平臺及時反饋教學效果，從而動態(tài)調(diào)整教學內(nèi)容；利用翻轉(zhuǎn)課堂將課堂主體從教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生，通過課程群互動、課堂研討、分組辯論等形式，提升學生的參與度，引導學生養(yǎng)成獨立學習和思考的習慣?；谝陨掀脚_和教學方式，教師可以隱性的方式將思政內(nèi)容融入課堂教學，從而培養(yǎng)學生的愛國情懷、科學精神、哲學素養(yǎng)、創(chuàng)新思維等。

（三）挖掘思政元素，優(yōu)化教學方式

課程思政的實施離不開思政元素，教師需要在課前深入挖掘思政元素，而思政案例能否被有效地融入課堂教學，則取決于教學方式的選擇。因此，教師需要對傳統(tǒng)的講授式教學模式進行優(yōu)化，課前精心設(shè)計教學過程，讓學生在接受專業(yè)知識的同時，不斷地進行價值觀塑造。

根據(jù)“半導體物理與器件”課程內(nèi)容，教師可將行業(yè)熱點、科學事跡、世界觀、人生觀、價值觀等思政案例融入課程教學。首先，在挖掘課程思政元素時，教師一定要結(jié)合課程特色，找準思政元素與課程內(nèi)容的切合點，通過教學內(nèi)容挖掘思政案例，不能將與課程內(nèi)容無關(guān)的案例強行融入教學內(nèi)容，可以從學生的生活、就業(yè)、興趣愛好、價值塑造、能力培養(yǎng)等方面尋找思政元素。其次，在課前、課中、課后等不同階段都要開展思政育人。在課前，教師要引導學生獨立學習，結(jié)合文獻閱讀、行業(yè)動態(tài)調(diào)研、科研故事搜集等方式布置預習作業(yè)，引導學生在預習的過程中發(fā)現(xiàn)問題并獨立思考。在課堂教學過程中，教師可通過線上線下、師生互動、分組討論等方式讓學生成為課堂主體，培養(yǎng)學生的主動學習意識，激發(fā)學生的辯證思維能力，讓學生通過主動探索的方式不斷學習專業(yè)知識。此外，教師還應(yīng)將課堂內(nèi)容延伸到課外，改變傳統(tǒng)布置作業(yè)的課外學習模式，給學生提供自由學習的機會，借助科研小課題、技術(shù)攻關(guān)、學術(shù)交流等方式，利用線上、課程群等渠道為學生分享課外學習內(nèi)容，鍛煉學生的科研思維。最后，為了引起學生對思政教育的重視，教師可將課前、課中、課后所有環(huán)節(jié)都列入課程考核，并開展過程性評價，引起學生對學習過程的重視。

三、課程思政改革實踐

本文以“半導體物理與器件”課程中的“PN結(jié)的形成及工作原理”為例，分析西北工業(yè)大學微電子學院教學團隊開展課程思政實踐的過程。該部分內(nèi)容從課前、課中和課后三個階段同時實行課程思政改革。在課前，教師給學生布置了兩方面的學習內(nèi)容：一是復習N型材料和P型材料的導電機理；二是調(diào)研PN結(jié)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，在課程群進行分享。在課堂教學中，教師結(jié)合P型材料和N型材料的導電性引入主題，提出問題：“P型材料和N型材料相互接觸時會形成怎樣的導電過程？”然后讓學生在課堂上討論，引導學生從載流子的運動過程分析工作原理。經(jīng)過學生討論和教師的指導，最終得出PN結(jié)中主要存在漂移運動和擴散運動這一結(jié)論。同時，在對這一知識點進行講解的過程中，教師巧妙地融入了矛盾的對立統(tǒng)一哲學觀念，讓學生明白PN結(jié)中的漂移運動和擴散運動是相互抑制的。在講解完P(guān)N結(jié)整流特性和單向?qū)щ娦缘幕竟ぷ鳈C理之后，教師還對學生進行分組，讓學生結(jié)合能帶變化、接觸電勢差、電流電壓特性、電容特性等相關(guān)基礎(chǔ)理論開展課后自主學習，隨后讓學生在課堂上講解。對于PN結(jié)知識點中的重難點，教師改變了以往的“灌輸式”教學模式，讓學生進行自主學習。這不僅加深了學生對重點知識點的理解和記憶，而且還有助于學生今后使用相同的方法分析其他器件的工作原理。自主學習和分組討論可以在無形中鍛煉學生主動思考、主動發(fā)現(xiàn)問題、團結(jié)協(xié)作的能力。同時，教師也根據(jù)實際情況對雪崩擊穿、隧道擊穿、熱電擊穿等內(nèi)容進行了拓展與延伸。在對“PN結(jié)的擊穿”內(nèi)容進行講解時，教師引入了“量變引起質(zhì)變”的哲學道理，讓學生在平時生活、學習中注意堅持“量變適度”的原則。PN結(jié)是構(gòu)成各種半導體器件的基礎(chǔ)。為了讓學生加深對PN結(jié)的理解，教師設(shè)置了課后實踐和調(diào)研作業(yè)，讓學生借助學院虛擬仿真平臺開展PN結(jié)工作原理、能帶變化、接觸電勢差的仿真實驗，使學生通過宏觀的器件仿真了解微觀的工作機制。同時，教師還引導學生借助實驗測試平臺測試二極管的電壓特性、電容特性、擊穿特性，以提升學生的實踐能力。此外，學生在課前調(diào)研時并未注意到我國在新型二極管方面存在的技術(shù)瓶頸，所以教師還讓學生在課后調(diào)研我國在特殊領(lǐng)域（如光電二極管、探測器、功率二極管、微波二極管）的二極管“卡脖子”技術(shù)難題，從而讓學生體會到國家發(fā)展半導體技術(shù)的重要性，進一步培養(yǎng)學生的專業(yè)興趣和專業(yè)責任感。

四、課程改革成效及改進措施

（一）課程改革成效

第一，結(jié)合專業(yè)特色進行了頂層設(shè)計，根據(jù)教學目標、教學內(nèi)容和教學方式建立了課程思政框架體系；第二，系統(tǒng)挖掘了課程內(nèi)容蘊含的思政元素，在遵循教學內(nèi)容不縮減的原則上，增加了思政內(nèi)容；第三，形成了一套創(chuàng)新性強并且可行的教學方式，以隱性教育的方式讓學生在專業(yè)知識學習過程中接受思政教育。

（二）改進措施

第一，建立系統(tǒng)的思政考核評價體系。需要制定更加精細的多元化考核標準，將學生的情感認知、價值觀取向、專業(yè)責任感等納入考核當中。

第二，借助課程思政培養(yǎng)“新工科”人才?！靶鹿た啤苯逃囵B(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標與課程思政目標一致。因此，教師需要將德育培養(yǎng)和學生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)潛質(zhì)相結(jié)合，通過課程思政培養(yǎng)學生的創(chuàng)業(yè)意識和領(lǐng)導能力，構(gòu)建符合時代發(fā)展和行業(yè)需要的“新工科”育人體系[5]。

第三，基于產(chǎn)教融合，培養(yǎng)學生的專業(yè)認同感?？萍既瞬诺呐囵B(yǎng)既離不開高校的知識傳授，也離不開企業(yè)的行業(yè)引導。通過企業(yè)專家對行業(yè)技術(shù)和熱點的宣講，在企業(yè)和高校“雙導師”的指導下，學生對微電子學專業(yè)的學習興趣和認同感將會得到大大提升[6]。

“半導體物理與器件”是微電子學專業(yè)的核心課程，該課程概念抽象、公式復雜、理論性強，教師難講，學生難懂。但該課程緊貼時代背景，蘊含著大量的思政元素，是實施課程思政的典型課程。本文從課程育人、頂層設(shè)計、思政元素挖掘、教學方式改革等方面系統(tǒng)分析了課程思政改革路徑，并以“PN結(jié)的形成及工作原理”為例，闡述了課程思政改革實踐，最后分析了課程思政改革成效及下一步改進措施，以促進高等學校工科專業(yè)教學模式改革。