“半導體器件基礎”課程教學方法初探

摘要：“半導體器件基礎”是電子科學與技術專業的重要專業必修課。針對課程難學難教的現狀，分析了傳統教學中存在的問題，提出了課程理論教學的改革措施，引入多媒體PPT、FLASH軟件結合板書的教學方法。主要從多媒體技術與板書組合的教學方式對課程重難點的突破、教學信息量傳遞、理論公式推導傳統板書對多媒體技術形成的有益補充等幾個方面闡述了“半導體器件基礎”課程進行教學改革的具體措施。實踐結果表明，多媒體技術教學與傳統板書教學有機結合使枯燥抽象的物理機制形象化、生動化和趣味化，取得了良好的教學效果，培養了學生的學習興趣與創新能力，達到了提高教學質量的目的。

關鍵詞：多媒體技術；半導體器件；教學改革

作者簡介：崔昊楊（1978-），男，吉林四平人，上海電力學院電子與信息工程學院，副教授。（上海 200090）

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）29-0049-02

一、課程特點概述

“半導體器件基礎”是高等學校電子科學與技術專業的一門重要的專業必修課。對于半導體器件課程的學習而言，任何一種半導體器件的物理原理、器件結構及其制造工藝流程都是相互融合不可分割的。雖然有“半導體物理”等先行課程的鋪墊，但在“半導體器件基礎”的教學過程中，由于傳統教學方法表述方式有限，對于半導體器件種類繁多、形貌各異、物理概念抽象、機制復雜繁瑣等問題不能很好地解決，因此學生對器件工作原理、性狀特征的講解并不容易接受。

隨著素質教育改革的全面展開，現代教學媒體特別是以計算機技術為核心內容的多媒體正逐步引入到日常的課堂教學中。相對于傳統教學一張嘴、一本書、一個黑板的教學方法，多媒體教學能夠把富有趣味的動畫、清晰的文字注解、極富邏輯的公式推導和大量圖畫呈現出來，使課程的學習不再枯燥乏味，而變得直觀形象、生動有趣，在短時間內調動學生多感官參與課堂互動，從而提高了教學信息的傳遞效率。[1]與此同時，多媒體技術本身固有的過于形象化的表述方式使得課程理論推導顯得困難，這就有必要在多媒體技術與傳統板書的使用過程中尋求平衡。本文僅就多媒體輔助教學技術在”半導體器件基礎”課程中的應用以及與傳統板書結合教學方式的實踐做文淺析。

二、多媒體教學概述

多媒體技術代表了現代教育技術的發展趨勢，必將對學校教育、遠程教育產生深遠影響。多媒體技術教學的應用在經歷了計算機輔助教學與輔助學習階段后，進入了多媒體技術與課程整合階段。在該階段，將多媒體技術應用到輔助教和輔助學上，強調利用多媒體技術創建理想學習環境、全新學習方式與教學方式，充分調動學生的主動性、積極性，使課堂教學結構發生根本變革，落實學生的創新精神與實踐能力，改變傳統教學結構和模式，實現學校素質教育，培養創新人才的目的。[2]

多媒體教學在廣義上有兩種含義，一種為運用多媒體組合教學，如幻燈、投影、電影、電視、錄音等電教設備的組合，另一種以計算機技術為核心教學模式，也是人們通常所理解的多媒體教學。本文所論述的多媒體教學為后一種含義。

三、多媒體技術與板書融合的教學模式

目前，課堂教學仍然是教學中主要采用的模式。由于課內授課時間極為有限，為達到教學目的，在課堂教學中，教師必須向學生提供更多的信息和資料以及更多額外的半導體器件相關知識點，以擴大學生知識面。而在傳統教學方式中，普遍采用板書方式大段書寫文字、畫器件原理示意圖并推導公式，無論是學生還是教師大部分時間得花在板書上。例如，在“半導體器件”課程教學中，如果采用純板書教學模式，無論是pn結、雙極性晶體管還是場效應晶體管，其剖面圖都比較復雜，僅是畫出這些圖就要占用大量的課堂時間，而且板書容量有限，反復擦除及板書畫圖都使效率降低，從而導致教學內容講解的時間被大量壓縮，教師和學生都會很疲憊且效果有限。[3]

以計算機技術為核心內容的多媒體教學技術能夠在較短時間內將各種內容呈現出來，教師和學生因此可以將更多的時間放在知識點的講解和學習上，學生也得到了較多的時間當堂復習鞏固；同時教師提供給學生的信息量大大增加，教學的難點和重點就更容易突破了。

1.以雙極性晶體管的相關知識點為例

雙極性晶體管是半導體器件中非常重要的一個知識點。傳統教學一般采用板書方式講解，首先要在黑板上畫出晶體管電流及載流子流向的示意圖，如圖1所示：

其次，要向學生說明載流子在集電區、基區、發射區中的運動規律。空穴從發射極注入到發射區，由于發射極正偏，空穴可以無損耗到達基區，由于基區是n型半導體，電子濃度高于空穴濃度，因此在基區由發射結注入的空穴被部分損耗。在放大模式下，集電極反偏，剩余的空穴被反向外加電場和pn結內間電場拉入集電區，形成空穴電流。同時，在發射結和集電結分別存在電子電流，并與空穴電流共同形成發射極、基極、集電極電流。像這些內容都屬于物理模型范疇，電子和空穴無法被肉眼看到，不能用實驗來直觀演示，因此學生很難理解載流子是如何在該器件中運動的。

在分析雙極性晶體管特點的基礎上，筆者改用多媒體技術模擬載流子在晶體管中流動，采用動畫的方式形象地將知識點呈現在學生面前，使枯燥乏味的教學活動充滿了魅力。例如Flash動畫將載流子在晶體管中的運動做出了形象化的表述，如圖2（a）、圖2（b）所示：首先，電子從發射極注入到發射區，再擴散到基區，由于基區很薄，電子基本無損耗。其次，基區中的電子在集電結反偏的作用下被拉入集電區，從而形成電流。由于在Flash的播放中，無論是電子、空穴，還是電流，都是在畫面上動態移動，因此，學生很容易理解這一過程，從而突破了板書抽象講解這一難點。

在放映flash動畫之后，學生對載流子的宏觀運動規律有了深刻理解。在此基礎上，再采用PPT分步講解雙極性晶體管中載流子在其中的運動，以及載流子在各區中的特性，如圖3所示。

通過Flash連續動畫和PPT分步講解后，學生既能夠掌握載流子和電流的宏觀運動規律，又能夠掌握其在微觀區的運動規律，因而更容易理解晶體管的工作原理。在此基礎上，運用板書推導各電極中的電流方程進行如下定量推導：

由于有了Flash和PPT講解電流的運動及形成原因，在板書推導電極電流公式的過程中，學生很容易理解這些抽象理論。無論是聽課教師還是學生對這種方法的反饋都很好。

2.以MOSFET晶體管相關知識點為例

該晶體管與之前的雙極性晶體管在機制上是不同的，這就需要對該類晶體管的原理進行詳細講解。傳統單一板書講解該知識點時也面臨著載流子動態化的難題，學生不容易理解載流子在晶體管中到底是如何運動的。采用多媒體動畫技術演示可以使載流子運動起來，從而達到形象生動的目的，如圖4為該動畫的截圖。

采用此動畫課間講解時，其中的電子是動態運動的，這樣學生就很容易理解在MOSFET器件中，載流子只能在柵極下半導體表面很窄的通道內運動，這個通道的寬窄程度可通過柵極電壓、漏源電壓進行控制。這樣就將靜態的教學內容轉化為圖像、聲音，激發了學生的興趣，加深了對概念的理解，提高了課堂的教學質量。

盡管采用多媒體動畫技術將抽象的知識點形象化了，但多媒體動畫只是教學過程中的第一步，學生所需要掌握的不只是器件的工作原理，還需要掌握定量的公式推導。但多媒體技術卻不宜整版播放公式，這是因為理論公式是人類邏輯思維的表述，而多媒體技術卻是形象思維的有效表達，若以形象思維的表達方式教授邏輯思維的推導，必然會適得其反。這時更適合采用板書的教學方法。在定性表述內容上采用多媒體演示，而在定量表述內容上采用板書推導，兩者有機結合，將極大提高教學信息量的傳遞，增強了課堂教學效果。多媒體技術與板書實現了優勢互補，課程的講解豐富而有實效，從而實現課堂教學效果的最優化。

四、結論

“半導體器件基礎”是一門相對抽象復雜的課程，傳統單一板書教學模式存在講解不生動、不透徹、信息量小等劣勢。教師在課程講解過程中，采用了多媒體技術與板書結合的教學模式，將抽象的知識點形象化、立體化，充分調動了學生聽、視覺和大腦思維能力，激發了學生的學習興趣和研究熱情，取得了事半功倍的教學效果。

參考文獻：

[1]賈志城.多媒體技術與電子線路課程的整合實踐[J].陜西廣播電視大學學報，2005，7（4）：18-20.

[2]彭麗萍.多媒體計算機在物理教學中的作用[J].科技信息（學術研究），2007，19（1）：205.

[3]張萬鋒.淺談多媒體在教學中的應用[J].時代文學，2006，4（1）：191-192.

（責任編輯：王意琴）