“1+X”背景下的《半導體器件物理》課程改革的實踐探索

席筱穎 黃瑋 謝亞偉

【摘要】? ? 2019年國務院發布《國家職業教育改革實施方案》，啟動1+X制度試點工作，全面提高職業教育的人才培養質量。《半導體器件物理》是微電子技術專業的專業核心課，為其他核心專業課奠定最重要的知識基礎，對專業人才培養起到支撐作用。本文意在探索如何在《半導體器件物理》課程中融入《集成電路開發與測試》1+X證書的考核標準，以提高教學質量，提升學生的應用能力。

【關鍵詞】? ? “1+X”制度? ? 半導體器件物理? ? 課程改革

引言：

“1+X”制度試點工作開展以來，我院微電子專業參與朗訊科技（中國）有限公司的《集成電路開發與測試“1+X”證書》（以下簡稱為“1+X”證書）申報工作的，課程具有實現“1+X”課證融通的先天優勢。《集成電路開發與測試》（中級）主要包括：版圖輔助設計、晶圓制程、晶圓測試、集成電路封裝、集成電路測試、集成電路應用幾方面。本文主要研究如何將《“1+X”證書》中相關職業技能與《半導體器件物理》的課程內容有機融合，提高教學質量，提升學生綜合能力。

一、課程整體設計

從培養學生能力本位出發，推翻原有“教師講授、學生驗證”的演繹策略，采用“任務驅動法”將理論教學融入學生實踐過程中。分析與后續課程的關系，將后續課程中的實踐技能應用到本門課程中，以支撐學生對理論知識的理解。同時將核心崗位所需的分析方法和職業技能融入到教學中，提升教育教學質量。本課程以往的理實一體教學，只是分散的針對一些理論知識點進行驗證性的實踐教學，教學設計缺乏整體性與連續性。本次課程改革，以常用半導體器件綜合設計為任務導向，將《集成電路開發與測試》1+X證書的職業技能標準融入到各單元的教學中，重構教學內容。下面以MOS型晶體管的分析與設計為例，說明教學的具體實施情況。

1.1教學策略

根據人才培養方案、課程標準及學生學情分析數據，確定“MOS型晶體管的分析與設計”的三維教學目標及教學重、難點。該單元的教學重點是MOS管的結構和原理，閾值電壓和輸出電流等參數的計算，器件結構參數和幾何尺寸的設計;教學難點為MOS管的特性測試，MOS管結構設計與仿真，MOS管的版圖設計。為突出重點，突破難點，將1+X證書的技能指標融入教學，增加大量的實踐操作完成整體教學設計。教學內容整體劃分為基礎理論、學以致用、提升拓展三個模塊，將理論知識與實踐內容有效結合，進行遞進式學習。通過本單元學習，學生不僅要具備MOS管特性分析和參數計算的專業知識，還要提升相應的專業能力和學習能力，達到“學而會用”的教學目的。

1.2教學方法

教學方法的選擇設計始終圍繞“學生為主體，教師為主導”這一原則，主要的教學方法有以下幾種。

1.2.1講授教學法

本單元教學任務包含有非常重的理論知識，需通過教師的系統講解使學生獲得MOS管結構和工作原理的相關知識，能使學生在較短時間內獲取大量知識信息。

1.2.2任務驅動法

教師設置MOS管參數測試、MOS管版圖設計的任務，圍繞任務組織和開展教學，學生在教師引導下完成知識學習、能力訓練、素質培養。

1.2.3分組教學法

將全班學生合理搭配，根據學習難度可分2到6人學習小組。課堂上合作完成參數仿真、測試、版圖設計等任務，充分發揮學生的主體作用，形成“組內成員合作，組間成員競爭”的學習模式，激發學生的學習興趣，變被動學習為主動學習。

1.2.4實驗教學法

學生在教師的指導下，使用集成電路測試儀和半導體管特性圖示儀，測量MOS管電流的變化及輸出特性曲線，從觀察這些現象的變化中獲取或驗證新知識。使學生把一定的直接知識同書本知識聯系起來，又能夠培養他們的獨立探索能力、實驗操作能力和科學研究興趣。

1.2.5對分課堂法

基于“講授—作業—討論”三個模塊展開課堂教學，學生通過獨學和分組討論化被動學習為主動學習，培養學生批判性思維、創造性思維、溝通能力、合作能力的4C核心素養。

1.2.6同伴教學法

教師講授MOS管結構、原理、閾值電壓等重點、難點內容，啟發學生思考，引導師生互動、生生互動，在傳授知識的同時引導學生探究、合作，培養學生獲取知識并融會貫通的能力。

二、教學實施過程

2.1實施過程

教學實施過程按課前、課中、課后三個環節來開展。

2.1.1課前

利用超星泛雅平臺發布學習任務，引導學生查閱資料、搜集信息，并提交自學報告或完成相關知識的測試，通過系統分析統計結果調整教學內容和教學方法。

2.1.2課中

以MOS管綜合設計為任務驅動，學生以小組為單位完成器件結構仿真、閾值電壓影響因素分析、電學參數測試、MOS管幾何尺寸設計、MOS管版圖繪制等一系列任務，最終完成一款MOS型晶體管的綜合設計。教學過程淡化理論講解，注重激發學生的學習興趣，提高學生的專業能力。推翻以往“理論內容教師先講解，實踐環節教師先演示，實驗結果教師先分析”的方式，反其道而行。做到“實踐操作學生先完成，實驗結果學生先討論，理論內容大家來推斷”。充分調動學生的積極性，對實驗結果進行小組討論和匯報，賦能學生，讓學生成為課堂主講人。利用網絡教學平臺和自主創建的國家資源庫、省在線開放課程等線上資源，中央財政支持的微電子綜合實訓基地、校企合作產教深度融合實訓平臺的生產型實訓基地等實驗實訓資源，以及Silvaco、Cadence、Multisim等專業仿真軟件，進行線上線下教學。實踐環節精心設計，對照1+X證書上的技能要求把學生難理解的知識融入到實踐環節里去，從實驗數據的變化學生能直觀理解器件的原理、公式、特性。通過項目訓練激發學生的探索興趣、求知欲望，進而引導學生進行理論分析和應用。使學生掌握MOS管的基本結構和工作原理、重要參數和工作特性等專業知識;具備用仿真軟件進行參數設計的能力、使用專業軟件繪制MOS管版圖的能力以及利用儀器儀表進行特性參數測試的能力。在實踐過程中還培養學生的家國情懷和責任擔當，培養學生的工匠精神和勞動意識。同時通過分組實踐，使學生體驗到完成相關內容操作的成就感、幸福感;小組之間的競爭使學生具有代入感、競爭感，使學生產生內在動力完成相應內容和環節的學習，變被動學習為主的學習。

2.1.3課后

1.上傳資料，鞏固拓展。及時上傳拓展資源等供學生復習和自學，發布課后練習并設置答題期限，以學習平臺自動評分和人工評分兩種方式提供時效反饋。2.收集反饋，匯總回應。實時收集學生的問題和反饋，挑重點整理成文檔分享給學生，轉化為學習資源供下次上課使用。

2.2教學過程特色創新

2.2.1探索1+X課證融合，提升職業技能、培養工匠精神

本專業參與申報《集成電路開發與測試》1+X證書試點，將1+X證書的高級職業技能標準融入教學，努力提升綜合應用能力的同時，培養學生勞動意識和工匠精神。

1.增加器件參數的測試，令學生逐漸掌握集成電路測試儀的使用方法，培養學生集成電路測試的專業技能，培養良好的勞動意識。

2.增加器件工藝仿真，令學生逐步建立器件與制造流程、物理結構和工藝參數之間的概念，培養學生細心嚴謹、精益求精的工匠精神。

3.增加器件參數設計和版圖設計，對接專業核心崗位，逐步培養學生掌握版圖設計的專業技能。

2.2.2以學生為主體，實施個性化服務的精準教學

通過分組教學形式，使不同學習基礎的學生在課前、課中和課后完成學習、討論、設計，實現簡單MOS管的綜合設計，調動學生學習的自信心，培養學生的自主學習能力。

課外，對基礎薄弱的學生加強輔導，對學業突出的學生采取導師制的教學方式，組建專業社團進行更深層次的學習，進行項目課題研究與開發，提升學生的專業技能，為社會培養出具有實踐技能和創業能力的高素質技能人才。

2.2.3聘請企業導師，拓寬學生的視野

聘請企業中有多年工作經驗的資深工程師、項目負責人和企業領導為企業導師。邀請企業導參與課堂活動，以在線答疑、訪談的形式對學生完成的MOS管設計進行點評，從企業實際工作的角度對學生進行相應的指導，一方面使學生深入理解相關設計要求，了解本課程在專業學習中的作用，強化學生對基礎知識的理解;另一方面可以使學生了解本專業的工作性質及發展前景，開拓學生視野，讓學生能提前對未來的工作有所了解，提前培養相關的職業素養和勞動意識。

三、評價方法

課程采用多元化的方式對學生進行綜合評價。學生的考評分三個模塊：教師評價、組間互評和組內自評。

教師評價包括客觀評價和主觀評價兩部分。客觀評價注意是利用課程平臺的反饋數據。比如學生作業、課堂測試的成績，課程資源和討論等參與程度。主觀分是同學們在課堂上的表現情況，比如操作的規范程度、在項目實施過程中表現出的能力和參與度。

組間互評根據項目設計完成度、交流展示情況和答辯情況等，主要針對學生專業素養進行小組之間的評分。小組自評根據組內同學的參與度、工作交流情況、在查閱資料等情況表現出的非專業素養進行小組間成員的打分。

1+X證書制度是推進職業教育深化改革，培養高質量人才的有利推動。實現課證融通，多角度直觀化、形象化的將專業知識呈現在學生面前，仍是課程改革的重點方向。通過程序改革，使學生理論基礎方面的理解更加深入，動手能力顯著增強。融入1+X考核標準后，學生的綜合職業素養顯著提高。

參? 考? 文? 獻

[1] 徐振邦主編.半導體器件物理[D].北京：電子工業出版社，2017.

[2]方娥，宋國芳.“1+X”證書制度下《建筑制圖與識圖》課證融通教學改革研究[J].經濟師，2020（11）：188-189.

[2] 陳欣欣. 基于“1+X”的“工業機器人編程與操作”課程設計與實施.福建輕紡，2020（9）：33-36.