“新基建”背景下《電子材料與器件》課程的教學改革初探

摘要：針對“新基建”背景下《電子材料與器件》課程的教學實際，分析了當前教學過程中存在的教學內容未緊隨發展潮流、教學手段單一、學生上課參與度較低等三方面問題;提出了教學內容發展化、教學手段多樣化、教學模式創新化三方面改革舉措。

關鍵詞：電子材料與器件;半導體;教學改革

引言

2020年4月20日，國家發改委創新和高技術發展司司長伍浩在新聞發布會上解釋稱，初步研究認為，新型基礎設施（本文簡稱“新基建”）是以新發展理念為引領，以技術創新為驅動，以信息網絡為基礎，面向高質量發展需要，提供數字轉型、智能升級、融合創新等服務的基礎設施體系。“新基建”對“引爆”以數字經濟、信息技術和新能源為代表的新一代技術革命至關重要，進而對我國經濟的快速增長起到巨大的推動作用。新基建的“基”在于信息網絡的建設，而信息網絡建設的核心要素是新材料及電子器件。盡管我國已是材料與器件的制造大國，但在高端設計與制造領域仍受制于人，如集成電路中的高端晶圓及芯片制造多來自于進口。因此，新材料與器件的發展成為當前我國社會發展的迫切任務，為滿足這一需要，高校開設了《電子材料與器件》課程，它的開設目標是通過學習，使學生對電子材料與器件制造工藝流程有一個較為基礎的理解和相對完整的概念，對電子材料與器件制造工藝中涉及到的新技術、新設備和新工藝有更為全面的了解，使學生具有電子材料與器件工藝設計與分析和解決工藝問題的能力，為學生今后適應“新基建”背景下電子材料與器件的設計開發及應用生產打下堅實的理論基礎。筆者結合自身講授該門課程的教學體會，分析了“新基建”背景下該課程教學中存在的幾點問題，并探討了相應的改革舉措。

一、存在問題

《電子材料與器件》課程是材料科學與工程專業大三學生的專業必修課，筆者在授課過程中發現該課程在教學內容、手段和模式等方面還存在若干問題，比如教學所用教材內容覆蓋知識不夠全面，未緊隨領域發展潮流;教學手段相對單一，以PPT講述為主的方式不夠“接地氣”，難以提高學生上課的注意力。此外，學生上課的參與度較低，導致學習知識的積極性不夠，整體學習效果還有待提高。

二、改革舉措

1.教學內容發展化

電子材料與器件講授的知識與學生后續的工作內容緊密相連，在授課時不但要重點強調經典知識內容，教師還要將授課內容實踐化、發展化，在課堂上更多展示和講解現階段企業正使用的技術、工藝及設備等內容，對于已過時或不能滿足現代大部分場景需求的技術或工藝知識則采用簡要概述或引導學生課后自學的形式，讓學生實實在在地感受到學有所用。例如在晶體管工藝部分，不但講授常用的金屬氧化物半導體場效應晶體管（CMOS）的應用場景，還及時將最新的FinFET（Fin field-effect transistor，鰭式場效應晶體管）以及正逐漸商業化的GAAFET（Gate-All-Around field-effect transistor，柵極環繞場效應晶體管）、MBCFET（Multi-Bridge-Channel FET，多橋-通道場效應管）、GAAFET（Gate-All-Around field-effect transistor，柵極環繞場效應晶體管）等工藝技術講授給學生，開闊學生的眼界，使學生的知識面不拘泥于書本。同時也可以選取一些領先的半導體集成電路制造企業如臺積電、英特爾等公司最新申請的專利，通過專利等案例的分析判斷他們的技術優勢及未來布局;啟發學生與從事集成電路研究的創新主體合作，嘗試在相關領域申請技術專利。

2.教學手段多樣化

電子材料與器件課程中存在非常多專業名詞及相關工藝設備，無論是對電子信息專業或其他專業學生來說，部分理論知識難以理解，工藝設備未實踐接觸過，僅采用傳統PPT課件講授的手段來授課的話，學生難以在短時間理解或形成畫面感，容易造成學生聽課興趣小，學習積極性不高。將多樣化的教學手段如視頻、線上教學與傳統理論講授相結合，將抽象的知識具形化、豐富化、生動化，實現優勢增強、劣勢補足的效果。通過播放相關設備如何工作及相應工藝流程如何運行的視頻，能相對更生動形象地展示所要傳達的知識信息，有助于集中學生的注意力，提高教學的效果;線上教學如慕課能夠實時與學生互動、探討交流，既能增加學生的學習緊迫感，也能讓教師基于學生的課堂參與度來及時調整授課進度和內容。以光刻工藝為例，在講授該部分內容時，筆者發現通過課堂上播放相對“接地氣”的華為斷供及光刻機難造原因分析的視頻，能夠迅速地吸引學生的注意力，不但使學生對光刻機設備及相關制造商有了一些初步的認識和了解，更能激發學生作為材料人的愛國熱情及責任感。在講述半導體基本元器件時，通過視頻動畫的形式講解PN結和二極管的工作原理，一方面讓學生更直觀理解了PN結和二極管的如何形成，另一方面也讓學生明白了為何要制造PN結，便于進一步理解后續章節中摻雜工藝的重要性。

3.教學模式創新化

電子材料與器件課程知識內容涉及范圍廣泛，工藝及設備種類繁多，其知識的交叉性和前沿性決定了一兩本教材難以全面涵蓋所有知識點。教師為主導的傳統教學模式雖能將專業知識完美輸出給學生，但學生的參與度低，知識的吸收率有待提高。此外教學模式的創新顯得尤為重要。很多教學人員發現以問題為導向的教學模式則能較好地改變這些不足，同時在互聯網普及化的現代，知識獲取非常便利。在這樣的背景條件下，教師可以在講授相關理論知識后將學生分組，采取適當的方式引導學生課后自主學習及查詢半導體材料及集成電路的相關文獻資料，通過在課堂上學生間的相互討論與分享、教師的糾正與補充等方式來突破傳統教材內容的束縛，有助于增加學生在課堂教學中的“知識輸出”與積極參與度，不但能避免單一輸入的乏味性，加深對所獲取知識的理解。

三、結語

在“新基建”戰略背景推動下，《電子材料與器件》課程的教學必須要緊跟時代發展的步伐和國家戰略的需求，以培養復合型、交叉型人才作為培養目標，從教學內容、教學手段及教學模式等方面進行改革，為支撐“新基建”高質量發展輸送優質人才。

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作者簡介：楊濤（1988-），男，漢族，湖北荊州，博士研究生，講師，研究方向是納米能源存儲材料與器件。

（杭州電子科技大學材料與環境工程學院?浙江杭州?310018）