知識(shí)縱橫聯(lián)系教學(xué)方式在半導(dǎo)體物理課程中的應(yīng)用

陳磊+石莎莉+李貞+張洪晨+柴濟(jì)民+趙寧

摘要：半導(dǎo)體物理課程主要介紹半導(dǎo)體材料的基本結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等基礎(chǔ)知識(shí)。這門(mén)課程是新能源科學(xué)與工程（光伏技術(shù)方向）、光電信息科學(xué)與工程以及電子科學(xué)與技術(shù)等專(zhuān)業(yè)中一門(mén)非常重要的基礎(chǔ)性專(zhuān)業(yè)課。由于課程內(nèi)容的理論性很強(qiáng)，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的學(xué)習(xí)興趣不大。本文針對(duì)這一問(wèn)題，依據(jù)于作者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出將知識(shí)縱橫聯(lián)系教學(xué)方式應(yīng)用于半導(dǎo)體物理課程中，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體物理課程；知識(shí)縱橫聯(lián)系；學(xué)習(xí)興趣

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）34-0080-02

半導(dǎo)體材料由于其特殊的物理性質(zhì)，而在現(xiàn)代眾多高科技領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。在諸多大學(xué)工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)，半導(dǎo)體物理都是一門(mén)非常重要的基礎(chǔ)性專(zhuān)業(yè)課。學(xué)生只有學(xué)習(xí)掌握了一些必要的半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)，才能順利進(jìn)行一些專(zhuān)業(yè)技術(shù)性課程的學(xué)習(xí)。

知識(shí)中涉及的概念通常比較抽象，很多知識(shí)的形成通常蘊(yùn)含著很復(fù)雜的物理量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。學(xué)生必須具備較強(qiáng)的抽象思維能力和非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力，才能較好地理解和掌握半導(dǎo)體物理方面的知識(shí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)這些知識(shí)的過(guò)程中，常常會(huì)因?yàn)槌橄笏伎嫉牟粔蚨荒芙⒂嘘P(guān)的概念，也會(huì)因?yàn)閿?shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱和對(duì)長(zhǎng)程邏輯推理過(guò)程缺乏耐心和領(lǐng)悟能力而不能掌握知識(shí)體系中的邏輯關(guān)聯(lián)。

學(xué)生學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理知識(shí)過(guò)程中出現(xiàn)這些困難，在一定程度上是在所難免的，因?yàn)檫@些是由學(xué)生天生的思維特點(diǎn)和相關(guān)思維能力的強(qiáng)弱而決定的。一般來(lái)說(shuō)學(xué)生天生的思維特點(diǎn)是較難改變的。面對(duì)這些困難，為了提高學(xué)習(xí)的成效，只能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，讓他們能具有更強(qiáng)的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

依據(jù)作者的經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)中采用知識(shí)縱橫聯(lián)系的教學(xué)方式可以有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理知識(shí)的興趣。知識(shí)縱橫聯(lián)系的教學(xué)方式主要可以分為兩類(lèi)——課程開(kāi)始前的導(dǎo)論性?xún)?nèi)容講授與課程進(jìn)行中針對(duì)具體知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行縱橫聯(lián)系式的講述與啟發(fā)。下面分別就這兩種方式進(jìn)行敘述。

半導(dǎo)體物理課程正式教學(xué)前進(jìn)行一些導(dǎo)論性?xún)?nèi)容的講述，可以將半導(dǎo)體物理材料與現(xiàn)代的高新技術(shù)與產(chǎn)品聯(lián)系起來(lái)。基于半導(dǎo)體材料的很多技術(shù)和產(chǎn)品在人們的日常生活中廣泛存在，這些技術(shù)和產(chǎn)品給人們生活帶來(lái)了極大的便利，豐富了人們的生活內(nèi)容，提高了人們的生活質(zhì)量。只是很多學(xué)生一開(kāi)始并不知道這些產(chǎn)品和技術(shù)是與半導(dǎo)體材料相關(guān)的。在課程開(kāi)始時(shí)安排一兩節(jié)導(dǎo)論性質(zhì)的課向?qū)W生們講述這些產(chǎn)品與半導(dǎo)體材料之間的關(guān)系，自然可以讓學(xué)生們獲得很多相關(guān)的了解，從而讓他們認(rèn)識(shí)到半導(dǎo)體材料的重要性，激發(fā)出學(xué)習(xí)興趣。在導(dǎo)論性質(zhì)的課程教學(xué)中也可以適當(dāng)?shù)丶尤氚雽?dǎo)體技術(shù)發(fā)展的歷程介紹，以及相關(guān)的歷史科技人物的故事，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。比如說(shuō)將半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)、晶體管的發(fā)明、集成電路工藝的產(chǎn)生、微處理器的發(fā)明等在半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展歷程中具有里程碑意義的事件向?qū)W生介紹，讓他們感受到半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展歷程的輝煌。再如將半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展歷程中涌現(xiàn)出的杰出的科學(xué)家們的故事向?qū)W生介紹，讓學(xué)生們感受到這些科學(xué)家和工程師們的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的熱情，敢于嘗試、勇于開(kāi)創(chuàng)的精神，以及乘勢(shì)奮進(jìn)與孜孜不倦的鉆研與攻關(guān)的精神。這些不僅能夠激發(fā)學(xué)生們學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理知識(shí)的興趣，也能激發(fā)出他們奮發(fā)向上的斗志。在導(dǎo)論性質(zhì)的課程中，也可以向?qū)W生們講述一下半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中先后出現(xiàn)的代表性的公司，如仙童半導(dǎo)體體公司、德州儀器半導(dǎo)體公司、英特爾公司、AMD公司等。正是這些公司在半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)品中的大力開(kāi)發(fā)與開(kāi)拓，才使得半導(dǎo)體新技術(shù)不斷出現(xiàn)，性能奇異、品質(zhì)優(yōu)良的新產(chǎn)品不斷產(chǎn)生；半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展才會(huì)突飛猛進(jìn)，極大地提高了社會(huì)生產(chǎn)力，改變了人類(lèi)生產(chǎn)方式，豐富了人類(lèi)的生活內(nèi)容，增添了生活的樂(lè)趣。了解了這些知識(shí)后，學(xué)生們更能感受到著名的半導(dǎo)體公司對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性，以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型公司在時(shí)代發(fā)展的洪流中若要搶得先機(jī)推出產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)，并能引領(lǐng)方向，不斷地推陳出新以保持住領(lǐng)先地位，都會(huì)用著怎樣的發(fā)展經(jīng)歷。這些不僅能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理知識(shí)的興趣，也能夠?qū)W(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的培育起到促進(jìn)作用。

上述導(dǎo)論性的課程教學(xué)安排在學(xué)生剛接觸半導(dǎo)體物理這門(mén)課時(shí)，確實(shí)能夠在激起學(xué)生學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理知識(shí)的興趣方面發(fā)揮很大作用。但是這種方式只是一個(gè)開(kāi)端，僅靠這一點(diǎn)是不夠的。為了能夠維持住學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，必須在后續(xù)具體課程知識(shí)的教學(xué)進(jìn)程中采用另外的方法，否則隨著學(xué)習(xí)進(jìn)程的深入，很多學(xué)生會(huì)感覺(jué)到半導(dǎo)體物理知識(shí)越來(lái)越難，學(xué)習(xí)興趣也就會(huì)逐步衰減。那么在具體教學(xué)過(guò)程中將相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)與學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的課程知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)展示和引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體物理知識(shí)與他們已經(jīng)具備的一些課程知識(shí)之間的聯(lián)系，或者將具體的知識(shí)點(diǎn)與相關(guān)的新技術(shù)與新產(chǎn)品聯(lián)系起來(lái)，就能夠起到持續(xù)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的作用。這一方法可以說(shuō)更為重要。在學(xué)生學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理課程時(shí)，他們已經(jīng)具備的相關(guān)知識(shí)可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是相對(duì)于半導(dǎo)體物理來(lái)說(shuō)更為基礎(chǔ)的知識(shí)，比如大學(xué)物理課程中的知識(shí)，另一類(lèi)是以半導(dǎo)體物理知識(shí)為基礎(chǔ)延伸出來(lái)的知識(shí)，比如說(shuō)模擬電路課程中的知識(shí)。我們重點(diǎn)討論一下如何在教學(xué)中將半導(dǎo)體物理知識(shí)與模擬電路課程中的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)。二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、MOS管、CMOS管等是模擬電路課程中講述的內(nèi)容，學(xué)生們已經(jīng)對(duì)這些半導(dǎo)體器件的性質(zhì)和作用有了基本的了解。如二極管的單向?qū)щ娦浴⑷龢O管的電流放大功能、場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制方式等都已清楚，并且知道了用這些基本的器件可以制作成很多功能豐富的應(yīng)用電路、放大器和集成放大電路。但是學(xué)生們對(duì)這些基本器件的原理并不十分了解，這些正是半導(dǎo)體物理課程中的知識(shí)。在講述半導(dǎo)體物理中的相關(guān)知識(shí)時(shí)，就可以把PN結(jié)與二極管、三極管聯(lián)系起來(lái)，向?qū)W生們講解推導(dǎo)了PN結(jié)的伏安關(guān)系后，可以引導(dǎo)他們?cè)诖酥R(shí)的基礎(chǔ)上重新分析和理解二極管、三極管的特性，這樣他們就可以發(fā)現(xiàn)PN結(jié)的基本伏安特性是怎樣具體決定二極管、三極管的特性的，學(xué)生們就能感受到已學(xué)過(guò)的知識(shí)與正在學(xué)習(xí)的知識(shí)串聯(lián)起來(lái)了，對(duì)之前在模擬電路課程中學(xué)習(xí)到的二極管與三極管的特性達(dá)到既“知其然”又“知其所以然”的效果，這也就自然激起了他們學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，有利于更為牢固地掌握這些知識(shí)。同樣地，我們也可以把半導(dǎo)體物理課程中MIS結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)與模擬電路中的場(chǎng)效應(yīng)管、MOS管、CMOS管等方面的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)。還有其他一些可以做類(lèi)似講解安排的知識(shí)，本文就不一一贅述了。

當(dāng)然在半導(dǎo)體物理課程具體教學(xué)的過(guò)程中，除了把某些知識(shí)與學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)的有關(guān)課程的知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系外，也可以把某些知識(shí)與一些現(xiàn)代技術(shù)與產(chǎn)品聯(lián)系起來(lái)，這樣同樣可以起到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的。比如說(shuō)可以把半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)與太陽(yáng)能電池聯(lián)系起來(lái)，把半導(dǎo)體的發(fā)光特性與發(fā)光二極管（LED）聯(lián)系起來(lái)，把半導(dǎo)體的一些光電特性與半導(dǎo)體激光器、半導(dǎo)體光電傳感器等聯(lián)系起來(lái)。學(xué)生們知道了半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識(shí)與這些技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)是相關(guān)聯(lián)的，自然就有很大的熱情來(lái)學(xué)習(xí)這些基礎(chǔ)知識(shí)了。

上述就是作者將自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)后，得出的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理課程興趣的幾條途徑和方法。這些途徑具有一定的代表性，當(dāng)然也有不夠完善的地方，歡迎同行與我們進(jìn)行交流。

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