運用混合式立體化教學模式培養應用型創新人才

【摘要】文章以培養應用型創新人才為目標，在探討了當前《微電子工藝》課程教學中存在的問題與難點的基礎上，以松綁教育與整合教學兩種理論為指導，提出了“混合式立體化”教學模式，并進行了相應的教學實踐及探索，最后對其實踐效果進行了調查分析。該模式的運用對全面改革《工藝》課程教學有著重要的理論與實踐意義。

【關鍵詞】微電子工藝;應用型創新人才;混合式立體化教學;教學模式

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097(2010)01—0077—05

一 《微電子工藝》課程教學中的問題與結癥

《微電子工藝》(以下簡稱《工藝》)是當前高校電子科學與技術專業的一門專業核心課程。主要介紹半導體器件和半導體集成電路制造工藝及其基本原理，其目標是培養熟知國內外先進微電子關鍵工藝，并具有一定工藝設計、分析以及解決工藝實際問題能力的應用型創新人才。這一目標的實現直接取決于該課程的教學效果。但當前《工藝》課程教學過程中仍存在諸多問題，教學效果不佳，主要體現在:教材陳舊，難以適應工藝新技術的發展與教學的要求;教學內容信息量大，在教學時間短、內容多的情況下，教師難以合理安排教學進度;教學方法單一，理論聯系實際不緊密，課堂教學主要采用“變了相的黑板+粉筆式”，即將紙質課本單純的復制粘貼到PPT上，制成電子版的“課本”，不利于學生課堂積極性的提高與創造性的發揮;教評形式單一，忽略了實習實踐教學，致使大多數學生對于實習實踐學習積極性不高，只是靠考前突擊、死記硬背書本知識的復習方式來應付考試。由此可見，教學內容、方法、評價等這一系列問題的背后，實質上是目前課程教學模式的不盡合理。因此，改革《工藝》課程教學，探索與提煉新的教學模式是關鍵。經過反復的實踐與總結，基于對松綁教育與整合教學理論的理解與分析，以培養應用型創新人才為目標，嘗試性的提出“混合式立體化”教學模式作為該課程教學改革的突破口，以此全面改革《工藝》課程教學。

二 “混合式立體化”教學模式的理論基礎與內涵

“混合式立體化”教學模式是針對當前《工藝》課程教學中存在的諸多問題而提出的有效應對策略，也是培養應用型創新人才的總體方針。該模式主要以松綁教育理論和整合教學理論為基礎，融入混合式學習之優點，特別強調教學模式的靈活性和綜合運用。

1 理論基礎——松綁教育與整合教學理論

(1) 松綁教育理論

松綁教育(Liberation Education)是20世紀60年代末保羅#8226;法雷爾在《Pedagogy of the Oppressed》中首先提出的概念。其核心理念是，教育應該是一個解開束縛的過程，教學過程應該是師生共同參與的、動態的、雙向的信息傳播過程，而不是照本宣科的、單向的知識傳遞[1]。松綁教育建立在建構主義的理論基礎上，首先，強調人在認知過程中的主觀能動性，強調教學過程中沒有絕對的教與學的角色，教學過程實質上是師生共同參與的認知過程，即教學過程是一個雙主體的過程。其次，強調教學過程是一個雙向的信息傳播過程，而不是單向的知識傳授過程。再次，松綁教育是以解除學生內在的和外在的束縛為目標的教育。

(2) 整合教學理論

整合教學是隨著網絡技術的發展及其在教學中的應用而發展起來的，指面對面教學和電化教學的融合。整合教學的目的在于有效地綜合運用各種信息傳播技術、教育模式和教學方法，適應學生多元化需求，促進學生多元化學習。[2]

上述兩種教學理論對課程教學改革的啟示在于:第一，強調環境與社會背景對學習的意義;第二，提倡以人為本，自發學習，反對壓迫束縛式學習;第三，認為教育應該以發展學生思維創新意識和實際應用能力為目標;由此可見，以松綁教育與整合教學理論為指導來構建新的課程教學模式，其目的就是要解除外部環境對學生的束縛與壓迫，充分調動學生的學習積極性和主動性，培養學生的思維創新意識和實際應用能力，把僵化刻板的課堂教學變為師生互動的充滿活力的教學過程、探索過程和育人過程。

2 “混合式立體化教學模式”的內涵

“混合式立體化”教學模式，是相對于以傳統單向知識傳授為主的教學模式提出的，它是以課程為單元，以能力培養為軸心，以教學資源為平臺，動用所有教學要素，立體化、全方位地融教學與學習為一體，關注應用與創新的教學體系。它以辯證唯物主義認識論為指導，充分考慮學習者的心理結構，將教學結構與心理結構和諧統一。

本研究認為，“混合式立體化”教學模式是一種以學生為中心，以解除壓迫和束縛為前提，以整合多種教學資源為手段，以培養應用型創新人才為目標，在松綁教育與整合教學兩種理念設計與指導下，配以混合的教學方式、多元的教學評價而形成的一種新型教學模式。該模式在計算機網絡與多媒體的支持下，優勢將更加突出。《工藝》課程的“混合式立體化”教學模式由課堂教學、網絡教學、實踐教學三部分組成，再配以多種教學方式和教學手段(如圖1和圖2所示)。在實際教學中，我們在三者之間的課時分配上是課堂教學:網絡教學:實踐教學=1:l:1，如條件不允許，至少保證課堂教學:(網絡教學+實踐教學)=1:1.5。[3]

三 “混合式立體化”教學模式在《工藝》課程教學中的運用

“混合式立體化”教學模式在《工藝》課程教學改革中發揮了應有的作用，針對《工藝》課程的特點，我們從以下幾方面來探討該模式的具體應用。

1 混合式的課堂教學

在《工藝》課堂教學中，涉及到大量的工藝流程和工藝實施后的硅片剖面圖，光靠傳統紙質的平面圖是無法給學生講解透徹的。鑒于此，我們在該門課程的PPT中加入了豐富的多媒體資料庫，利用庫中大量二維和三維的多媒體圖片、視頻來展示和講解復雜的工藝構造過程。同時，我們采用了視頻關鍵幀技術(關鍵幀——相當于二維動畫中的原畫，指角色或者物體運動或變化中的關鍵動作所處的那一幀)，將一段完整的視頻按關鍵幀進行劃分，截取成多段可只播放關鍵幀部分的視頻。這樣教師在課堂教學中可以自主的選擇播放關鍵幀部分，大大提高了知識點的針對性和課堂的教學效率。例如:在講授“晶圓制備的全過程”這一知識點時，我們將其分為三個關鍵幀視頻段，即“晶圓制備的全過程”視頻段、“表面拋光”視頻段和“最終著色” 視頻段。教師可以先播放“晶圓制備的全過程”視頻段，使學生對整個制備過程有個大致了解，然后再選擇播放關鍵幀所在的“表面拋光”或“最終著色”視頻段，對制備過程中的關鍵操作部分給學生進行分步強化講解，使學生能夠將這一知識點從整體到局部，從籠統到精細，完全透徹地了解并掌握(如圖3所示)。

與傳統課堂教學相比，這種混合式的課堂教學優勢在于加入了豐富的多媒體資料，使抽象的知識形象化，獲得直觀、豐富、生動的教學效果，有助于在教學中突出重點、分散難點，具有良好的強化效果和整體效應，便于更好地組織教學內容，促進學生對知識的理解和掌握;對于一些理論性強、概念抽象、工藝流程復雜的內容，可以起到事半功倍的效果;同時，有效地增大了課堂信息量，使學生在有限的時間內學到更多的知識，獲得更充足的信息，很大程度上解決了內容多課時少的狀況。

2 開放式的網絡平臺自主、協作學習

在網絡教學平臺中，教師與學生、學生與學生之間形成學伴關系，學生可以利用網絡學習平臺建立自己的學習檔案，上傳自己的學習作品，形式可以是文本、音頻、視頻、圖像等，學生的創新潛能得到了充分的肯定和發揮;同時，鼓勵學生進行網上自主學習和小組協作式學習，如給每組學生布置2—3個與微電子工藝動態與前沿相關的課題，讓學生課后到Internet上查閱、整理資料，寫成專題小論文，由教師或學生組織開設專題小論壇，進行組內或組間的相互討論，每一專題還可請一到兩位感興趣的同學制作PPT在課堂上給大家講解。這種方式解除了傳統課堂“以教為主”對于學生的束縛和壓迫，突出教學是一個雙向學習的過程，同時延伸了課堂時間和空間，使學生由課堂上的被動聽講轉變為課后的主動學習和消化。這樣一方面培養學生通過Internet進行自主學習和小組協作學習的習慣，提高了網上查閱、整理資料的能力，并在不斷查閱資料中積累、豐富了專業知識。另一方面，“師”與“生”換位，可以使學生體會到老師備課、上課的艱辛與不易，有助于鞭策學生更加認真聽講。

3 立體化的實習實踐教學

根據《工藝》課程實際情況，將課堂教學與課程實驗、社會實踐相結合，理論聯系實際。我們開設了最基本的半導體平面工藝實驗，如氧化、擴散、光刻、淀積(或蒸發)。實驗要求每組學生用拋光硅片，通過氧化、光刻、擴散、蒸鋁等工序制備晶體管，測試分析其放大特性和擊穿特性，并對工藝環境和成品率進行分析和評價。其實驗內容涉及固體物理，半導體物理，晶體管原理，微電子工藝原理，半導體材料等課程的相關知識，是一個典型的綜合性、研究型實驗。通過實驗教學，既培養了學生的實際動手能力，又使學生掌握了科學的分析問題的方法，加深了對半導體平面工藝技術和原理的理解，激發了學生的學習興趣。另一方面，鼓勵學生參加科研項目，安排學生暑期到半導體生產基地觀摩、實習，了解硅片制備和芯片制造工藝過程。也可以讓學生利用半導體器件和微電子工藝知識，使用實驗室的MATLAB、Medici和ISE軟件仿真設計半導體器件和半導體IC設計工藝流程，并采用Tsuprem工藝軟件仿真驗證，從而鞏固所學理論知識，熟悉設計半導體IC的流程。

4 多元化的過程性評價

為了更合理科學地考核學生，我們建立了多元化的考試評價體系，該評價體系打破了以往以期末考試成績為主的成績評定方法，經過了多年的實踐與完善，我們為該課程確立了多方面的考核因素和成績計算公式:總評成績=作業(30%)+實踐作品(15%)+期末考試(45%)+考勤(10%) [4]。這種多維度、過程性的成績評定方法，強調了學習的積累與構建過程，消除了學生重理論輕實踐，考前死記硬背應付考試的弊病。

四 “混合式立體化”教學模式的應用效果分析

“混合式立體化”教學模式與傳統的教學模式有著明顯的區別(如表1所示)，我校自實施以來，《工藝》課程教學深受學生們的歡迎，教學效果明顯，特別是學生的創新意識和實踐動手能力有了顯著提高。我校教務處對近三年來電科專業(國家級大學生創新性實驗計劃)SIT申報立項與獲獎情況及畢業生在國家級、省級重點企事業單位的就業率進行了抽樣調查，具體結果如表2和表3所示:

此外，我校已將《工藝》課程教學改革立項為校級重點教學改革項目，對于所需資金和硬件設施給予全力支持，所得成效在本校產生了較大影響，成為湖南大學電科類專業課程改革的先驅。

五 結論

在《工藝》課程教學中運用“混合式立體化”教學模式，突破了傳統單向死板的以知識傳授為主的教學模式，為學習者提供了一個圖文聲像并茂、形象直觀的交互界面，還為其提供了符合人類聯想思維與聯想記憶特點的、按超文本結構組織的大規模知識庫與媒體庫，對于提高學習者的創新意識和實踐動手能力創造了有利的條件，實現了課堂教學過程的最優化和教學質量的提高。然而，“混合式立體化”教學模式在形成時就包含有一定的預測性、設計性和不完善性，我們只有堅持在實踐中不斷地改革與探索，經歷一個“適應—調整—完善—升華”的實踐探索過程，才能將其逐步趨于完善，使其在培養微電子工藝應用型創新人才的過程中發揮巨大的作用。

參考文獻

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