《半導體物理學》教學改革探討

張德偉

摘 要：半導體物理學是材料物理和新能源材料與器件專業(yè)的一門專業(yè)基礎課。針對教學過程中存在的問題，從教學內容整合，教學手段和教學方法等環(huán)節(jié)探討了該課程的改革措施。通過這些改革，激發(fā)了學生的學習積極性，有效地提高了教學效果。

關鍵詞：半導體物理 教學改革 教學效果

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（c）-0151-02

《半導體物理學》是鹽城工學院材料物理、新能源材料與器件專業(yè)本科生的一門專業(yè)基礎課。它主要研究半導體原子狀態(tài)和電子狀態(tài)以及電子輸運的學科。

通過該課程的學習，使學生獲得半導體物理的基本概念，基本規(guī)律和基本思想，了解半導體性質以及受外界因素的影響及其變化規(guī)律。該課程注重培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力、科學研究的思想方法、創(chuàng)新能力以及工程實踐能力等；為畢業(yè)生從事半導體相關學科的科學研究、工程設計奠定扎實的理論與實踐基礎。

作為材料物理及新能源材料與器件專業(yè)的特色課程及后續(xù)課程的基礎課程，《半導體物理學》的教學質量直接影響著后續(xù)課程的教學。該課程具有物理理論深奧，理論推導復雜等特點，這就要求學生具有扎實的數學和物理的基礎知識。但是，對于應用型本科院校的學生來說，他們沒有系統(tǒng)的學習量子力學，固體物理，數學物理方法及統(tǒng)計物理等相關的物理知識，因此，在該課程的學習和理解上都存在一定的難度，使教學效果難以達到預期。基于教學實踐，我們逐漸認識到原有的教學模式已經不適應應用型本科院校的人才培養(yǎng)。為了提高該課程的教學質量，現(xiàn)結合筆者的教學實踐，對《半導體物理學》課程的教學做一些探討和思考。

1 基于培養(yǎng)方案、合理構建教學內容

人才培養(yǎng)方案是關于人才培養(yǎng)的藍圖，是教育教學的綱領性文件。教學內容應符合人才培養(yǎng)方案。因此，應該在培養(yǎng)方案的指導下，合理地構建教學內容。 關于半導體物理學的教材種類繁多，我們專業(yè)系經過認真調研和教研討論， 選擇劉恩科、朱秉升和羅晉生編著的《半導體物理學》（第7版）作為教材[1]。該書全面地論述了半導體物理的基礎知識。全書共分13章，主要內容為：半導體中電子狀態(tài)；半導體中的雜質和缺陷能級；載流子的統(tǒng)計分布；載流子的散射和導電性；非平衡載流子理論；PN結；金屬和半導體的接觸性能；半導體的表面與MIS結構；半導體的異質結構；半導體的光學性質、熱電性質、磁和壓電效應以及非晶態(tài)半導體理論等知識點。該書具有物理理論深奧， 知識點較多，數學推導繁雜等特點，因此，學生需具有扎實的量子力學、固體物理、熱力學統(tǒng)計物理及數學物理方法等相關知識。

該校定位于以培養(yǎng)工程技術人才為目標的應用型本科院校，因此學生理論功底相對比較薄弱。基于人才培養(yǎng)方案，進一步優(yōu)化了半導體物理學的教學內容。首先構建好整體知識框架，突出教學重點和難點。前五章是半導體物理學課程的理論基礎部分，是后八章的基礎，因此選擇重點講解前五章。授課時先明確課程的學習主線，將基本概念、基本定律和基本思想貫穿于這條主線。主要講解物理概念和理論模型，力求講清楚物理圖像，弱化公式的推導過程。其次，做好知識的銜接和擴充。講授新課之前先復習上次課程的內容，做到溫故而知新，加強了章節(jié)之間的銜接，利于學生對新知識的理解。將最新的半導體領域發(fā)展動態(tài)和科研成果引入教學內容，進一步擴充教學內容，開闊學生的視野。

2 基于計算機軟件、形象化教學內容

“百聞不如一見”，形象化教學內容，把抽象內容具體化，增加教學內容的直觀性，提高學生的學習興趣和課堂效率。形象化教學，即直觀性教學，是指教師在教學過程中通過引導學生觀察物理現(xiàn)象或者運用語言進行形象描述，充分調動學生的各種感覺器官，讓學生在頭腦中形成清晰的物理圖像，從而豐富他們的感性知識[2]。半導體物理學具有基本概念和理論多，公式推導煩瑣，物理模型抽象等特點，因此不易理解。傳統(tǒng)的教學方法達不到預期效果，學生難以理解和掌握這些基本概念，基本理論和物理模型。鑒于此，可以借助于計算機軟件把半導體物理學中抽象的概念和物理模型形象化。首先，將半導體物理學中的物理過程用Flash等動畫軟件制作成動畫，在課堂上演示給學生，增加學生的感性知識；其次，利用mathematic等數學軟件模擬半導體材料的載流子濃度、費米能級與溫度關系，增強了學生對知識點有直觀的了解，提高了定量分析問題的能力。形象化的教學方法可以促進學生對半導體物理知識的理解，從而激發(fā)學生對半導體物理的學習積極性，提高學習效率[3]。

3 理論聯(lián)系實踐、加強實踐教學

應用型本科院校人才培養(yǎng)的重要保證是實踐教學。半導體物理學實踐環(huán)節(jié)應該是半導體物理學課程的有機組成部分。開設實踐教學環(huán)節(jié)對于該課程來說，是十分必要的。結合課程特點，確定了相應的實踐教學內容，編制了實踐教學大綱。在實踐教學過程中，首先教師詳細的講解基本原理，儀器的操作；然后讓學生進行分組實驗；最后學生對測得的數據進行處理和結果分析，并完成實驗報告。例如，在講解半導體的熱電性質時，可以利用熱電效應的相關實驗，讓學生觀察相應的熱電現(xiàn)象，使學生把抽象的理論知識轉化為直觀感受。通過實踐教學環(huán)節(jié)，使學生進一步理解和掌握半導體物理學的基本理論，基本概念和基本思想，培養(yǎng)學生良好的科學素養(yǎng)，提高學生分析問題和解決問題的能力。

4 結語

應用型本科院校的目標是培養(yǎng)工程技術人才。針對教學中的問題，通過合理的構建教學內容，教學方法和手段的改進，使學生的學習積極性得到了提高，達到了預期教學效果。《半導體物理學》作為材料物理和新能源材料與器件專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課，將為后續(xù)課程的學習和畢業(yè)生從事半導體相關學科的科學研究、工程設計奠定扎實的理論與實踐基礎。

參考文獻

[1] 劉恩科，朱秉升，羅晉生.半導體物理學[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2] 王 強. 半導體物理的形象化教學[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009 （1）：92-93.

[3] 湯乃云.微電子專業(yè)“半導體物理”教學改革的探索[J].中國電力教育，2012（13）：59-60.