項(xiàng)目教學(xué)法在微電子實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用

李如春，王曉東

（浙江工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，浙江 杭州 310032）

項(xiàng)目教學(xué)法在微電子實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用

李如春，王曉東

（浙江工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，浙江 杭州 310032）

項(xiàng)目教學(xué)法是基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的一種教和學(xué)的模式，它強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為教學(xué)主體，突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，教師輔助，在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)完成所設(shè)定的項(xiàng)目任務(wù)。基于微電子實(shí)驗(yàn)課程涉及儀器眾多、使用重復(fù)率低的特點(diǎn)，將項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用于其中，通過一個(gè)具體的項(xiàng)目，涵蓋各個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，可以加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容的理解，自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器的使用，使實(shí)驗(yàn)操作的內(nèi)容具體明確，大大改善教學(xué)效果。

項(xiàng)目教學(xué)法；微電子實(shí)驗(yàn)課程；自主學(xué)習(xí)；教學(xué)效果

微電子實(shí)驗(yàn)課程不同于普通實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴，一般每臺(tái)都在萬元以上，且同一設(shè)備可開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有限，所以在實(shí)驗(yàn)授課時(shí)，往往是不同的學(xué)生所做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不同，每個(gè)實(shí)驗(yàn)所用的儀器也不同，這給教學(xué)工作帶來了困難和挑戰(zhàn)，也使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果較差。針對(duì)這一現(xiàn)狀，論文將項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用于微電子實(shí)驗(yàn)課程中，以期望改善教學(xué)效果。項(xiàng)目教學(xué)法（Project Based Learning，PBL），也稱為“基于項(xiàng)目活動(dòng)的研究性學(xué)習(xí)”，是基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的一種教和學(xué)的模式[1，2]。瑞士著名心理學(xué)家皮亞杰認(rèn)為，知識(shí)不是通過教師傳授得到的，而是學(xué)生在一定的情境下借助他人的幫助，并利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過建構(gòu)的方式而獲得的[3]。美國(guó)的項(xiàng)目管理專家約翰C·古德帕斯丘認(rèn)為“項(xiàng)目是在一定的時(shí)間里，在預(yù)算規(guī)定范圍內(nèi)需達(dá)到預(yù)定質(zhì)量水平的一項(xiàng)一次性任務(wù)。”[4]項(xiàng)目教學(xué)法集中關(guān)注某一學(xué)科或技術(shù)的主要知識(shí)點(diǎn)，旨在把學(xué)習(xí)者融入到有意義的任務(wù)完成過程中，讓學(xué)生更積極、有目標(biāo)地自主學(xué)習(xí)。項(xiàng)目教學(xué)法具有以下顯著特征[5]：①在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生的理解在本質(zhì)上是與行動(dòng)相關(guān)聯(lián)的，教育在此意義上是基于行動(dòng)的過程。②對(duì)于客觀存在的世界，其被賦予的意義是由學(xué)生自行決定的。③學(xué)習(xí)的目標(biāo)具有明確的定向性，只有當(dāng)學(xué)生清晰地意識(shí)到自身的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并獲得與所期望的成果相應(yīng)的預(yù)期時(shí)，學(xué)習(xí)才是成功的。在項(xiàng)目法教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生成為教學(xué)的主體，教師則是起輔助作用，提出項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求和目標(biāo)。師生在教學(xué)中充分互動(dòng)，在積極探索、熱情洋溢的交流中獲取教學(xué)活動(dòng)的成功。

一、具體實(shí)施方案

項(xiàng)目教學(xué)法是把客觀規(guī)律轉(zhuǎn)化為知識(shí)與技能的過程，教師不是將知識(shí)和理論灌輸給學(xué)生，而是引導(dǎo)他們一步步思索探究、自己實(shí)踐，在實(shí)踐中理解知識(shí)、掌握知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)。為貫徹項(xiàng)目教學(xué)法的上述中心思想，基于微電子實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的要求[6-8]，我們選取二極管即PN的制作和性能測(cè)試作為一個(gè)項(xiàng)目，具體包括七個(gè)小實(shí)驗(yàn)：①硅材料層錯(cuò)、位錯(cuò)的觀測(cè)；②外延層電阻率的測(cè)試；③PN結(jié)的仿真制作；④PN結(jié)深的測(cè)試；⑤PN結(jié)電熱特性的測(cè)試；⑥PN結(jié)電容—電壓特性關(guān)系測(cè)試；⑦利用晶體管特性圖示儀測(cè)試二極管的特性。下面具體介紹各實(shí)驗(yàn)選取的理由和具體內(nèi)容。器件的制作，首先必須考察制作材料的性能，所以我們從硅材料的性能研究開始。對(duì)于制作半導(dǎo)體器件的硅材料，最重要的是其缺陷情況，因此，利用金相顯微鏡觀測(cè)單晶硅片的層錯(cuò)和位錯(cuò)成為第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。半導(dǎo)體硅材料需通過雜質(zhì)的摻雜才能制作成有用的器件，電阻率的測(cè)試可以反映摻雜的程度，所以，利用四探針法測(cè)試外延層電阻率成為我們第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。半導(dǎo)體器件的制作涉及微電子工藝技術(shù)，實(shí)際工藝的制作受限于財(cái)力和場(chǎng)地，但可以通過仿真軟件TCAD[9，10]模擬制作過程，從而加深理解微電子工藝的各道工序，為此，第三個(gè)實(shí)驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)軟件仿真制作PN結(jié)。在器件制作過程中，影響二極管特性最重要的因素是PN結(jié)的結(jié)深，所以第四個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容是了PN結(jié)深的測(cè)試。器件制作完成后，需對(duì)器件的特性進(jìn)行測(cè)試，所以第五到第七個(gè)實(shí)驗(yàn)均是對(duì)PN結(jié)（二極管）外特性的測(cè)試，包括二極管正向電壓與溫度的關(guān)系、結(jié)電容與外加偏置電壓的關(guān)系、二極管伏安特性和反向擊穿特性等。上述內(nèi)容貫穿了PN結(jié)的制作材料、制造流程以及特性測(cè)試，組成了一個(gè)關(guān)于二極管器件的完整項(xiàng)目。在此，我們只是以二極管為例進(jìn)行了項(xiàng)目法在微電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用，當(dāng)然，實(shí)際操作時(shí)，也可以利用雙極型三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管等為例建立項(xiàng)目。

二、實(shí)踐效果

通過項(xiàng)目教學(xué)法可以整合教學(xué)資源，打破課程之間的界限，將不同課程內(nèi)容組合在一起，從而教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)成為學(xué)生和教師克服學(xué)科教學(xué)所造成的知識(shí)和技能條塊分割的過程。在實(shí)踐過程中，學(xué)生開展協(xié)作互動(dòng)式的學(xué)習(xí)，獨(dú)立地、有評(píng)價(jià)性地思考問題，有助于學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新能力等素質(zhì)的形成。將項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用于微電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，是上述優(yōu)勢(shì)在實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)。我們?cè)陔娮涌茖W(xué)與技術(shù)專業(yè)2010級(jí)的微電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中，兩人一組，具體實(shí)施了上述提出的項(xiàng)目教學(xué)法，相比于傳統(tǒng)教學(xué)法，實(shí)踐效果的改善體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在微電子實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)槊拷M同學(xué)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和儀器都是不同的，老師不可能在實(shí)際操作之前進(jìn)行講解，所以，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)框架已經(jīng)給出的前提下，具體的實(shí)驗(yàn)原理和儀器操作，均需學(xué)生自學(xué)了解，才能完成要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這體現(xiàn)了項(xiàng)目教學(xué)法以學(xué)生為主體、老師進(jìn)行輔助的特點(diǎn)。

2.實(shí)驗(yàn)的意義和目的理解更深刻。因?yàn)樵诰唧w的實(shí)施方案中，將各個(gè)實(shí)驗(yàn)以一個(gè)項(xiàng)目的流程為主線串連在一起，所有的實(shí)驗(yàn)都是項(xiàng)目中的一個(gè)流程，這樣，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的就很明確。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容操作更簡(jiǎn)單明確。實(shí)驗(yàn)順序的安排，是根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際流程的順序進(jìn)行的，上下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)之間存在一定的聯(lián)系，這有助于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解，操作更簡(jiǎn)單明確。

三、實(shí)施過程中的注意事項(xiàng)

1.優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)。在微電子實(shí)驗(yàn)課程中，需要所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目能夠把涉及到的課程知識(shí)點(diǎn)和各種實(shí)驗(yàn)儀器涵蓋在其中，這就要求要精心選定項(xiàng)目，以此項(xiàng)目貫穿整個(gè)教學(xué)過程，才能達(dá)到預(yù)定的教學(xué)效果。

2.教師需重視學(xué)生的需求。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生的需求差異性較小，共性的問題較多，教師可以在實(shí)際操作之前對(duì)需注意的問題一起進(jìn)行講解。在項(xiàng)目法教學(xué)中，各組學(xué)生同時(shí)進(jìn)行的內(nèi)容有差異，教師應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生的差異需求，及時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行解惑。

3.注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立和創(chuàng)新能力。在項(xiàng)目法教學(xué)過程中，是以小組為單位進(jìn)行項(xiàng)目的實(shí)施，在團(tuán)隊(duì)合作的同時(shí)，每個(gè)成員還要獨(dú)立完成自己的項(xiàng)目任務(wù)，通過獨(dú)立思考、分析從而解決問題。

教學(xué)實(shí)踐證明，將項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用于微電子實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，通過獨(dú)立完成項(xiàng)目，把理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，掌握了各種微電子測(cè)試儀器的使用。相比于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，有助于提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容的理解，自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器的使用，使實(shí)驗(yàn)操作更簡(jiǎn)單具體，大大改善了教學(xué)效果。

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G642.41

A

1674-9324（2014）04-0079-02

李如春（1968-），女，浙江青田人，博士，副教授，浙江工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院電子與通信系副主任，研究方向：半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)。