基于產教融合的半導體物理與器件課程教學研究與實踐

劉林生 宋樹祥 陸葉

摘?要：半導體物理與器件課程是電子類工科專業學生的一門重要的專業基礎必修課，理論性強、概念多，學生普遍感覺學習吃力。針對傳統教學過程中存在的問題，特別是在當前國家大力推進新工科人才建設的背景下，本文從產教融合的視角，對課程的教學內容編排、教學方法和教學手段的使用進行了分析與探索。

關鍵詞：產教融合;新工科;半導體物理

中圖分類號：G642.0?文獻標識碼：A

1 緒論

半導體物理與器件是普通高等學校電子科學與技術相關專業本科生的專業必修課。特別是作為現代信息社會基石的集成電路工業的蓬勃興起，離不開半導體物理與器件的理論基礎[1]。由于半導體物理與器件課程具有重要的理論和實用價值，世界各國高校電子類專業廣泛開展了相關課程的教學與實踐內容。另外，隨著人工智能、大數據、新一代信息技術產業和機器人等領域出現了新一輪產業革命，我國政府為主動應對變革，提出了新工科建設計劃[2]。與新工科有關的產業的硬件基礎和物質支撐離不開半導體物理與器件的知識。

然而，傳統的半導體物理與器件的教學質量不盡如人意，學生學習效果較差。原因主要有如下幾個方面：（1）教學內容原因：該課程理論性很強、難點多，從而造成學生存在畏懼心理;（2）學生缺乏基礎知識：普遍電子類工科專業人才培養方案中沒有開設量子力學和固體物理學等入門課程，學生缺乏相關基礎知識，造成入門難的問題;（3）與實踐脫鉤：由于缺乏實踐訓練，學生的知識僅僅停留在課本上，培養出的學生畢業后無法解決企業面臨的實際問題，實踐能力差;（4）教學方法原因：傳統的半導體物理與器件課程，普遍采用注入式的教學方法，學生不易理解。針對上述存在的問題，本文對半導體物理與器件課程的教學從教學內容、教學方法及教學手段等方面進行了探索與研究。

2 產教融合，增強實踐能力

人工智能、新一代信息技術產業等領域近年來蓬勃興起了新一輪產業革命和科技變革，由于新工科建設關乎未來產業和社會經濟的發展，我國各級政府對新工科建設非常重視。《制造業人才發展規劃指南》預測到2025年與新工科有關的產業領域人才需求的缺口非常大。與人工智能、大數據、新一代信息技術產業和機器人等新工科領域相關的產業，需要半導體物理與器件課程作為基礎。新工科人才培養的一個重要目標是提高實踐能力，與企業合作是培養人才的一個重要手段。通過產教融合，可以讓學生通過在企業的實踐活動，加深對半導體物理與器件知識的理解。

3 調整教學內容，夯實基礎

目前普遍電子類工科專業學生在學習半導體物理與器件課程前沒有或缺乏完整的相關課程背景知識，比如量子力學和固體物理學等入門課程。由于半導體物理與器件中很多概念非常抽象[3]，比如有效質量，空穴，能帶等。如果沒有相關基礎知識和事先的鋪墊，學生很容易產生畏難心理，以致于后面的課程都沒有信心去學習。教師在講授半導體物理與器件課程時，需要對學生的實際情況進行深入了解，然后根據實際情況對教學內容進行重新編排設計，適當增加知識的鋪墊，減小知識點之間的難度梯度，循序漸進，不可盲目追求內容的廣度。只有把學生的基礎知識打牢了，才能加深學生對半導體物理與器件課程的理解。

4 教學方法和教學手段多樣化，促進理解

以往講授半導體物理與器件課程以傳統的注入式教學方法為主。由于半導體物理與器件課程理論性強，概念多，不易理解。要想提高教學效果，教師就要根據不同知識點的難易程度，靈活地使用適宜的教學方法。美國著名教育學家拉斯卡按新行為主義的理論將基本的教學方法分為四類，分別是實踐法、呈現法、強化法與發現法。每種基本方法有其適宜的使用場景，每種基本方法又有多種特殊的教學方法構成。在教學過程中，教師可根據實際情況靈活運用不同的方法。比如，呈現法適合易于理解的知識點，對于簡單的知識內容，教師可以用圖片或影片顯示等;實踐法適合需要理解，掌握的比較難的知識點，教師可采用布置任務，使用案例等讓學生通過實踐活動加深對知識的理解。近年來隨著科技的進步，以MOOC和SPOC等在線課程為代表的網絡教學手段逐漸興起。教師可以根據學生的實際情況，采用MOOC+SPOC線上線下結合的混合教學手段提高教學質量。

5 總結

電子類工科專業學生在學習半導體物理與器件課程時，由于普遍存在先修基礎知識的缺乏問題，要想在這種情況下，讓學生學好、學懂半導體物理與器件課程，教師就需要對教學內容進行調整，增加背景基礎知識的講授。另外，通過與企業合作，可讓學生加深對知識的理解。為了提高教學質量，教師還需要采用靈活多樣的教學方法和教學手段。

參考文獻：

[1]王印月，趙猛.改革半導體課程教學，融入研究性學習思想[J].高等理科教育，2003（01）：71-73.

[2]劉吉臻，翟亞軍，荀振芳.新工科和新工科建設的內涵解析——兼論行業特色型大學的新工科建設[J].高等工程教育研究，2019（3）：21-28.

[3]連曉娟.“半導體物理”教學改革與實踐初探[J].教育現代化，2019，6（18）：55-56.

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作者簡介：劉林生（1978-），男，河北河間人，博士，副教授，主要從事電子科學與技術方向教學與科研工作。