基于OBE理念的半導(dǎo)體工藝類課程教學(xué)改革初探

張?jiān)粕? 許吉 萬洪丹

摘?要：半導(dǎo)體工藝類課程是高等院校電子信息類專業(yè)的重要課程之一，此類課程以半導(dǎo)體物理、固體物理等為基礎(chǔ)，針對半導(dǎo)體類器件的制作工藝流程展開教學(xué)。半導(dǎo)體工藝類課程內(nèi)容涉及知識面廣，綜合性強(qiáng)，在課程內(nèi)容和教學(xué)方式等方面存在一些問題。本文基于成果導(dǎo)向教育理念（OBE），以《光電子器件工藝與設(shè)計(jì)》課程為例，分析和總結(jié)該課程存在的問題，提出該課程的教學(xué)內(nèi)容、授課方式、考核方法等方面的改革策略，著力培養(yǎng)學(xué)生在半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：成果導(dǎo)向;教學(xué)改革;半導(dǎo)體工藝;光電子器件工藝

中圖分類號：G642

一、緒論

半導(dǎo)體工藝類課程是高等院校電子信息類專業(yè)非常重要的專業(yè)課程之一，此類課程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生在半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝制造方面的實(shí)踐和創(chuàng)新能力[1]。然而半導(dǎo)體工藝類課程以半導(dǎo)體物理、固體物理等理論課程為基礎(chǔ)，以材料生長、光刻、刻蝕等比較程序化的工藝流程知識作為授課內(nèi)容，涉及知識面非常廣，在較短的課時內(nèi)很難讓學(xué)生對半導(dǎo)體工藝內(nèi)容有較好的掌握，更不用說培養(yǎng)創(chuàng)新和實(shí)踐能力了。2016年6月2日，我國成為《華盛頓協(xié)議》正式締約成員，“復(fù)雜工程問題”的解決能力成為認(rèn)證工程專業(yè)畢業(yè)生必須具備的核心能力。成果導(dǎo)向（OBE）理念是工程教育必須遵循的教育理念[2-4]。原來的半導(dǎo)體工藝類課程存在一些共性的問題，不再符合OBE教育理念的要求。本文以《光電子器件工藝與設(shè)計(jì)》課程為例，分析課程內(nèi)容和教學(xué)過程存在的問題，基于OBE教學(xué)理念對《光電子器件工藝與設(shè)計(jì)》課程進(jìn)行改革，明確教學(xué)目標(biāo)，提出相應(yīng)的改革策略，重新設(shè)計(jì)課程內(nèi)容和教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和分析解決半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。

二、光電子器件工藝與設(shè)計(jì)課程存在的問題

（一）課程內(nèi)容與課時不匹配，以理論教學(xué)為主

光電子器件工藝與設(shè)計(jì)課程涉及的內(nèi)容包括半導(dǎo)體材料的制備與外延生長、光刻工藝、電子束曝光、刻蝕、薄膜制備等。每一項(xiàng)工藝又涉及到半導(dǎo)體物理、固體物理、化學(xué)等基礎(chǔ)知識。之前該課程只有32學(xué)時，學(xué)生很難在如此短的時間內(nèi)掌握如此多的內(nèi)容。并且32學(xué)時全部是理論教學(xué)內(nèi)容，由于內(nèi)容都是程序化的工藝流程和工藝參數(shù)，對于沒有做過工藝的學(xué)生來說，內(nèi)容枯燥很難激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，教學(xué)效果一般。另外，由于課時少，授課壓力大，授課老師和學(xué)生之間的互動和輔導(dǎo)時間被壓縮，進(jìn)一步降低了教學(xué)效果。

（二）教學(xué)方式比較單一，理論灌輸為主

光電子器件工藝與設(shè)計(jì)課程所涉及的工藝流程很難讓學(xué)生親自動手去做，內(nèi)容相對抽象。而課程的教學(xué)方式比較單一，主要是以理論灌輸式課堂教學(xué)為主，沒有結(jié)合先進(jìn)的現(xiàn)代化教學(xué)方式。教學(xué)過程只注重灌輸理論知識沒有關(guān)注學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

（三）考核評價方式單一，試卷考核占主導(dǎo)

光電子器件工藝與設(shè)計(jì)課程以期末試卷考試為主要考核方式，考核內(nèi)容主要是理論知識，最后的總評成績是卷面成績與平時成績相結(jié)合計(jì)算出來的。成績中只體現(xiàn)了學(xué)生對工藝?yán)碚撝R的掌握情況，并不能反映學(xué)生能力的培養(yǎng)效果。

三、基于OBE理念的光電子器件工藝與設(shè)計(jì)課程改革

（一）確立符合OBE理念的課程目標(biāo)

OBE理念能夠很好地解決傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，它以預(yù)期學(xué)習(xí)所達(dá)到的目標(biāo)為中心來設(shè)計(jì)、實(shí)施和評價教學(xué)。OBE理念強(qiáng)調(diào)最終學(xué)習(xí)成果、注重實(shí)踐過程、強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心。OBE理念下課程目標(biāo)是自上而下建立的，也就是學(xué)校根據(jù)國家和行業(yè)發(fā)展的需求制定本科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，然后根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)來合理設(shè)計(jì)該專業(yè)的畢業(yè)要求，而畢業(yè)要求的達(dá)成則需要通過課程體系來支撐，課程體系中的不同課程要支撐畢業(yè)要求中不同的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，課程目標(biāo)就是根據(jù)其支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)來設(shè)計(jì)的。

根據(jù)OBE理念制定的光電子器件工藝與設(shè)計(jì)課程的目標(biāo)如下：

課程目標(biāo)①：掌握光電子器件的原理、結(jié)構(gòu)和性能，使學(xué)生了解光電子器件的制備工藝技術(shù)，具備描述和分析光電子器件工藝復(fù)雜問題的理論基礎(chǔ);

課程目標(biāo)②：培養(yǎng)學(xué)生能夠針對光電子器件工藝領(lǐng)域復(fù)雜問題的解決方案，能夠設(shè)計(jì)滿足特定要求的光電子器件，并確定相應(yīng)工藝制作流程;

課程目標(biāo)③：培養(yǎng)學(xué)生利用專業(yè)的計(jì)算機(jī)軟件對光電子器件工藝及相關(guān)領(lǐng)域的具體問題進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，對結(jié)果進(jìn)行預(yù)測和模擬，并理解其局限性。

以上課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系

（二）基于OBE理念優(yōu)化課程內(nèi)容

光電子器件的發(fā)展日新月異，更新?lián)Q代非常迅速，新工藝和新器件不斷涌現(xiàn)。光電子器件與工藝課程內(nèi)容要緊跟新技術(shù)的發(fā)展步伐，優(yōu)化課程內(nèi)容，摒棄過時老舊的內(nèi)容。培養(yǎng)學(xué)生對新技術(shù)的感知度，引領(lǐng)學(xué)生探索發(fā)現(xiàn)光電子器件和工藝的發(fā)展趨勢。在拓展新的課程理論內(nèi)容的同時，增加相應(yīng)的上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容。上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容引入專業(yè)的半導(dǎo)體工藝仿真軟件，與理論課程內(nèi)容結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生對光電子器件工藝的設(shè)計(jì)和仿真能力。優(yōu)化后的課程內(nèi)容與能力培養(yǎng)矩陣關(guān)系如表2所示：

（三）優(yōu)化課堂教學(xué)方式

OBE理念以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力為主要目的，注重教育輸出結(jié)果。能力的培養(yǎng)不能單靠傳統(tǒng)的課堂灌輸式教學(xué)方式。本課程將根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)方式以提高教學(xué)效果。一是利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)和多種教學(xué)APP軟件（如雨課堂、問卷星等）實(shí)現(xiàn)多種多樣的課堂互動和課后輔導(dǎo)答疑，提高理論教學(xué)效果;二是合理利用相關(guān)工藝的視頻內(nèi)容，比如電子束曝光工藝視頻、刻蝕工藝視頻等，將抽象內(nèi)容形象化和具體化;三是部分教學(xué)內(nèi)容可采用翻轉(zhuǎn)課堂形式，例如材料生長工藝包含金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝、分子束外延工藝、液相外延工藝等，部分材料生長工藝內(nèi)容可以讓學(xué)生自己搜集資料，制作課件，并進(jìn)行課堂講解，讓學(xué)生提出問題集體討論;四是將上機(jī)內(nèi)容與理論內(nèi)容緊密結(jié)合，利用上機(jī)仿真練習(xí)加深理論學(xué)習(xí)，理論與實(shí)踐結(jié)合培養(yǎng)學(xué)生在光電子器件工藝方面實(shí)踐能力。

（四）更注重過程的考核方式

改革后的光電子器件工藝與設(shè)計(jì)課程的考核方式更加多樣化，更加注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核。一是對學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程考核評估，以教學(xué)過程中學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動及其分析、解決問題能力為考核指標(biāo);二是在教學(xué)過程中，教師讓學(xué)生明確課程性質(zhì)、章節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)、課堂學(xué)習(xí)要求、具體考核方法，進(jìn)而學(xué)生可以合理地規(guī)劃自己的學(xué)習(xí)時間。新的考核方式課程的總成績應(yīng)該涵蓋學(xué)生的分組討論參與度、PPT匯報情況、作業(yè)、上機(jī)仿真、線上學(xué)習(xí)、隨堂任務(wù)、期末考試等部分。

四、結(jié)語

本文以光電子器件工藝與設(shè)計(jì)課程為例，分析了半導(dǎo)體工藝類課程普遍存在的問題，基于OBE理念提出了課程改革的策略：一是確立符合OBE理念的課程目標(biāo)，根據(jù)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)合理設(shè)計(jì)課程目標(biāo);二是基于OBE理念優(yōu)化課程內(nèi)容，增加了上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié);三是優(yōu)化課堂教學(xué)方式，采用多媒體教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、上機(jī)實(shí)踐與課堂講授相結(jié)合的方式;四是制定更注重過程的考核方式。通過課程改革，提高學(xué)生在半導(dǎo)體器件工藝與設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

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[4]張其亮，陳永生.基于OBE的多維度階梯式實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，37（03）：206-209.

基金項(xiàng)目：本文由南京郵電大學(xué)校級教改項(xiàng)目“工程教育認(rèn)證背景下專業(yè)基礎(chǔ)核心課程評價體系的建立——以《電磁場理論與光波導(dǎo)技術(shù)》課程為例”（JG03318JX04）和“基于CDIO工程教育理念的光電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)改革研究與實(shí)踐”（JG10619JX15）資助

作者簡介：張?jiān)粕剑?982—?），男，漢族，博士，副教授，碩導(dǎo)，研究方向：光子集成與光通信;許吉（1983—?），女，漢族，博士，副教授，碩導(dǎo)，研究方向：微納光子學(xué);萬洪丹（1984—?），女，漢族，博士，副教授，碩導(dǎo)，研究方向：光子學(xué)與光通信。