“1+X”背景下的《半導(dǎo)體器件物理》課程改革的實(shí)踐探索

席筱穎 黃瑋 謝亞偉

【摘要】? ? 2019年國務(wù)院發(fā)布《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》，啟動(dòng)1+X制度試點(diǎn)工作，全面提高職業(yè)教育的人才培養(yǎng)質(zhì)量。《半導(dǎo)體器件物理》是微電子技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課，為其他核心專業(yè)課奠定最重要的知識(shí)基礎(chǔ)，對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)起到支撐作用。本文意在探索如何在《半導(dǎo)體器件物理》課程中融入《集成電路開發(fā)與測(cè)試》1+X證書的考核標(biāo)準(zhǔn)，以提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的應(yīng)用能力。

【關(guān)鍵詞】? ? “1+X”制度? ? 半導(dǎo)體器件物理? ? 課程改革

引言：

“1+X”制度試點(diǎn)工作開展以來，我院微電子專業(yè)參與朗訊科技（中國）有限公司的《集成電路開發(fā)與測(cè)試“1+X”證書》（以下簡(jiǎn)稱為“1+X”證書）申報(bào)工作的，課程具有實(shí)現(xiàn)“1+X”課證融通的先天優(yōu)勢(shì)。《集成電路開發(fā)與測(cè)試》（中級(jí)）主要包括：版圖輔助設(shè)計(jì)、晶圓制程、晶圓測(cè)試、集成電路封裝、集成電路測(cè)試、集成電路應(yīng)用幾方面。本文主要研究如何將《“1+X”證書》中相關(guān)職業(yè)技能與《半導(dǎo)體器件物理》的課程內(nèi)容有機(jī)融合，提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生綜合能力。

一、課程整體設(shè)計(jì)

從培養(yǎng)學(xué)生能力本位出發(fā)，推翻原有“教師講授、學(xué)生驗(yàn)證”的演繹策略，采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)法”將理論教學(xué)融入學(xué)生實(shí)踐過程中。分析與后續(xù)課程的關(guān)系，將后續(xù)課程中的實(shí)踐技能應(yīng)用到本門課程中，以支撐學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。同時(shí)將核心崗位所需的分析方法和職業(yè)技能融入到教學(xué)中，提升教育教學(xué)質(zhì)量。本課程以往的理實(shí)一體教學(xué)，只是分散的針對(duì)一些理論知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證性的實(shí)踐教學(xué)，教學(xué)設(shè)計(jì)缺乏整體性與連續(xù)性。本次課程改革，以常用半導(dǎo)體器件綜合設(shè)計(jì)為任務(wù)導(dǎo)向，將《集成電路開發(fā)與測(cè)試》1+X證書的職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)融入到各單元的教學(xué)中，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容。下面以MOS型晶體管的分析與設(shè)計(jì)為例，說明教學(xué)的具體實(shí)施情況。

1.1教學(xué)策略

根據(jù)人才培養(yǎng)方案、課程標(biāo)準(zhǔn)及學(xué)生學(xué)情分析數(shù)據(jù)，確定“MOS型晶體管的分析與設(shè)計(jì)”的三維教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重、難點(diǎn)。該單元的教學(xué)重點(diǎn)是MOS管的結(jié)構(gòu)和原理，閾值電壓和輸出電流等參數(shù)的計(jì)算，器件結(jié)構(gòu)參數(shù)和幾何尺寸的設(shè)計(jì);教學(xué)難點(diǎn)為MOS管的特性測(cè)試，MOS管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真，MOS管的版圖設(shè)計(jì)。為突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，將1+X證書的技能指標(biāo)融入教學(xué)，增加大量的實(shí)踐操作完成整體教學(xué)設(shè)計(jì)。教學(xué)內(nèi)容整體劃分為基礎(chǔ)理論、學(xué)以致用、提升拓展三個(gè)模塊，將理論知識(shí)與實(shí)踐內(nèi)容有效結(jié)合，進(jìn)行遞進(jìn)式學(xué)習(xí)。通過本單元學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅要具備MOS管特性分析和參數(shù)計(jì)算的專業(yè)知識(shí)，還要提升相應(yīng)的專業(yè)能力和學(xué)習(xí)能力，達(dá)到“學(xué)而會(huì)用”的教學(xué)目的。

1.2教學(xué)方法

教學(xué)方法的選擇設(shè)計(jì)始終圍繞“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”這一原則，主要的教學(xué)方法有以下幾種。

1.2.1講授教學(xué)法

本單元教學(xué)任務(wù)包含有非常重的理論知識(shí)，需通過教師的系統(tǒng)講解使學(xué)生獲得MOS管結(jié)構(gòu)和工作原理的相關(guān)知識(shí)，能使學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)獲取大量知識(shí)信息。

1.2.2任務(wù)驅(qū)動(dòng)法

教師設(shè)置MOS管參數(shù)測(cè)試、MOS管版圖設(shè)計(jì)的任務(wù)，圍繞任務(wù)組織和開展教學(xué)，學(xué)生在教師引導(dǎo)下完成知識(shí)學(xué)習(xí)、能力訓(xùn)練、素質(zhì)培養(yǎng)。

1.2.3分組教學(xué)法

將全班學(xué)生合理搭配，根據(jù)學(xué)習(xí)難度可分2到6人學(xué)習(xí)小組。課堂上合作完成參數(shù)仿真、測(cè)試、版圖設(shè)計(jì)等任務(wù)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，形成“組內(nèi)成員合作，組間成員競(jìng)爭(zhēng)”的學(xué)習(xí)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

1.2.4實(shí)驗(yàn)教學(xué)法

學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，使用集成電路測(cè)試儀和半導(dǎo)體管特性圖示儀，測(cè)量MOS管電流的變化及輸出特性曲線，從觀察這些現(xiàn)象的變化中獲取或驗(yàn)證新知識(shí)。使學(xué)生把一定的直接知識(shí)同書本知識(shí)聯(lián)系起來，又能夠培養(yǎng)他們的獨(dú)立探索能力、實(shí)驗(yàn)操作能力和科學(xué)研究興趣。

1.2.5對(duì)分課堂法

基于“講授—作業(yè)—討論”三個(gè)模塊展開課堂教學(xué)，學(xué)生通過獨(dú)學(xué)和分組討論化被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維、創(chuàng)造性思維、溝通能力、合作能力的4C核心素養(yǎng)。

1.2.6同伴教學(xué)法

教師講授MOS管結(jié)構(gòu)、原理、閾值電壓等重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生思考，引導(dǎo)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，在傳授知識(shí)的同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生探究、合作，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)并融會(huì)貫通的能力。

二、教學(xué)實(shí)施過程

2.1實(shí)施過程

教學(xué)實(shí)施過程按課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)來開展。

2.1.1課前

利用超星泛雅平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料、搜集信息，并提交自學(xué)報(bào)告或完成相關(guān)知識(shí)的測(cè)試，通過系統(tǒng)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。

2.1.2課中

以MOS管綜合設(shè)計(jì)為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，學(xué)生以小組為單位完成器件結(jié)構(gòu)仿真、閾值電壓影響因素分析、電學(xué)參數(shù)測(cè)試、MOS管幾何尺寸設(shè)計(jì)、MOS管版圖繪制等一系列任務(wù)，最終完成一款MOS型晶體管的綜合設(shè)計(jì)。教學(xué)過程淡化理論講解，注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的專業(yè)能力。推翻以往“理論內(nèi)容教師先講解，實(shí)踐環(huán)節(jié)教師先演示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果教師先分析”的方式，反其道而行。做到“實(shí)踐操作學(xué)生先完成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果學(xué)生先討論，理論內(nèi)容大家來推斷”。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行小組討論和匯報(bào)，賦能學(xué)生，讓學(xué)生成為課堂主講人。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和自主創(chuàng)建的國家資源庫、省在線開放課程等線上資源，中央財(cái)政支持的微電子綜合實(shí)訓(xùn)基地、校企合作產(chǎn)教深度融合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的生產(chǎn)型實(shí)訓(xùn)基地等實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)資源，以及Silvaco、Cadence、Multisim等專業(yè)仿真軟件，進(jìn)行線上線下教學(xué)。實(shí)踐環(huán)節(jié)精心設(shè)計(jì)，對(duì)照1+X證書上的技能要求把學(xué)生難理解的知識(shí)融入到實(shí)踐環(huán)節(jié)里去，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化學(xué)生能直觀理解器件的原理、公式、特性。通過項(xiàng)目訓(xùn)練激發(fā)學(xué)生的探索興趣、求知欲望，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論分析和應(yīng)用。使學(xué)生掌握MOS管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、重要參數(shù)和工作特性等專業(yè)知識(shí);具備用仿真軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)的能力、使用專業(yè)軟件繪制MOS管版圖的能力以及利用儀器儀表進(jìn)行特性參數(shù)測(cè)試的能力。在實(shí)踐過程中還培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷和責(zé)任擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神和勞動(dòng)意識(shí)。同時(shí)通過分組實(shí)踐，使學(xué)生體驗(yàn)到完成相關(guān)內(nèi)容操作的成就感、幸福感;小組之間的競(jìng)爭(zhēng)使學(xué)生具有代入感、競(jìng)爭(zhēng)感，使學(xué)生產(chǎn)生內(nèi)在動(dòng)力完成相應(yīng)內(nèi)容和環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主的學(xué)習(xí)。

2.1.3課后

1.上傳資料，鞏固拓展。及時(shí)上傳拓展資源等供學(xué)生復(fù)習(xí)和自學(xué)，發(fā)布課后練習(xí)并設(shè)置答題期限，以學(xué)習(xí)平臺(tái)自動(dòng)評(píng)分和人工評(píng)分兩種方式提供時(shí)效反饋。2.收集反饋，匯總回應(yīng)。實(shí)時(shí)收集學(xué)生的問題和反饋，挑重點(diǎn)整理成文檔分享給學(xué)生，轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)資源供下次上課使用。

2.2教學(xué)過程特色創(chuàng)新

2.2.1探索1+X課證融合，提升職業(yè)技能、培養(yǎng)工匠精神

本專業(yè)參與申報(bào)《集成電路開發(fā)與測(cè)試》1+X證書試點(diǎn)，將1+X證書的高級(jí)職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)融入教學(xué)，努力提升綜合應(yīng)用能力的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生勞動(dòng)意識(shí)和工匠精神。

1.增加器件參數(shù)的測(cè)試，令學(xué)生逐漸掌握集成電路測(cè)試儀的使用方法，培養(yǎng)學(xué)生集成電路測(cè)試的專業(yè)技能，培養(yǎng)良好的勞動(dòng)意識(shí)。

2.增加器件工藝仿真，令學(xué)生逐步建立器件與制造流程、物理結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)之間的概念，培養(yǎng)學(xué)生細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的工匠精神。

3.增加器件參數(shù)設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)，對(duì)接專業(yè)核心崗位，逐步培養(yǎng)學(xué)生掌握版圖設(shè)計(jì)的專業(yè)技能。

2.2.2以學(xué)生為主體，實(shí)施個(gè)性化服務(wù)的精準(zhǔn)教學(xué)

通過分組教學(xué)形式，使不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的學(xué)生在課前、課中和課后完成學(xué)習(xí)、討論、設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單MOS管的綜合設(shè)計(jì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

課外，對(duì)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生加強(qiáng)輔導(dǎo)，對(duì)學(xué)業(yè)突出的學(xué)生采取導(dǎo)師制的教學(xué)方式，組建專業(yè)社團(tuán)進(jìn)行更深層次的學(xué)習(xí)，進(jìn)行項(xiàng)目課題研究與開發(fā)，提升學(xué)生的專業(yè)技能，為社會(huì)培養(yǎng)出具有實(shí)踐技能和創(chuàng)業(yè)能力的高素質(zhì)技能人才。

2.2.3聘請(qǐng)企業(yè)導(dǎo)師，拓寬學(xué)生的視野

聘請(qǐng)企業(yè)中有多年工作經(jīng)驗(yàn)的資深工程師、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)為企業(yè)導(dǎo)師。邀請(qǐng)企業(yè)導(dǎo)參與課堂活動(dòng)，以在線答疑、訪談的形式對(duì)學(xué)生完成的MOS管設(shè)計(jì)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，從企業(yè)實(shí)際工作的角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)，一方面使學(xué)生深入理解相關(guān)設(shè)計(jì)要求，了解本課程在專業(yè)學(xué)習(xí)中的作用，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解;另一方面可以使學(xué)生了解本專業(yè)的工作性質(zhì)及發(fā)展前景，開拓學(xué)生視野，讓學(xué)生能提前對(duì)未來的工作有所了解，提前培養(yǎng)相關(guān)的職業(yè)素養(yǎng)和勞動(dòng)意識(shí)。

三、評(píng)價(jià)方法

課程采用多元化的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。學(xué)生的考評(píng)分三個(gè)模塊：教師評(píng)價(jià)、組間互評(píng)和組內(nèi)自評(píng)。

教師評(píng)價(jià)包括客觀評(píng)價(jià)和主觀評(píng)價(jià)兩部分。客觀評(píng)價(jià)注意是利用課程平臺(tái)的反饋數(shù)據(jù)。比如學(xué)生作業(yè)、課堂測(cè)試的成績，課程資源和討論等參與程度。主觀分是同學(xué)們?cè)谡n堂上的表現(xiàn)情況，比如操作的規(guī)范程度、在項(xiàng)目實(shí)施過程中表現(xiàn)出的能力和參與度。

組間互評(píng)根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成度、交流展示情況和答辯情況等，主要針對(duì)學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)進(jìn)行小組之間的評(píng)分。小組自評(píng)根據(jù)組內(nèi)同學(xué)的參與度、工作交流情況、在查閱資料等情況表現(xiàn)出的非專業(yè)素養(yǎng)進(jìn)行小組間成員的打分。

1+X證書制度是推進(jìn)職業(yè)教育深化改革，培養(yǎng)高質(zhì)量人才的有利推動(dòng)。實(shí)現(xiàn)課證融通，多角度直觀化、形象化的將專業(yè)知識(shí)呈現(xiàn)在學(xué)生面前，仍是課程改革的重點(diǎn)方向。通過程序改革，使學(xué)生理論基礎(chǔ)方面的理解更加深入，動(dòng)手能力顯著增強(qiáng)。融入1+X考核標(biāo)準(zhǔn)后，學(xué)生的綜合職業(yè)素養(yǎng)顯著提高。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 徐振邦主編.半導(dǎo)體器件物理[D].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[2]方娥，宋國芳.“1+X”證書制度下《建筑制圖與識(shí)圖》課證融通教學(xué)改革研究[J].經(jīng)濟(jì)師，2020（11）：188-189.

[2] 陳欣欣. 基于“1+X”的“工業(yè)機(jī)器人編程與操作”課程設(shè)計(jì)與實(shí)施.福建輕紡，2020（9）：33-36.