《半導體物理與器件》線上線下混合式教學模式探究

郝華麗

【摘要】線上線下混合式教學模式是信息技術發展的產物，其將線上資源和線下課堂有機結合起來，是提升教學效果的有效手段。本文以《半導體物理與器件》課程為例，分析課程目前存在現狀，針對存在問題從教學內容設計、教學資源庫建設、線上線下混合式教學實施過程、課程考核方式等方面進行了探究與實踐。

【關鍵詞】線上線下;內容設計;資源庫建設;教學實施;課程考核

【基金項目】黃淮學院教育教學改革研究項目（2019XJGLX0136、2019XJGLX0103）;黃淮學院青年骨干教師資助計劃.

中圖分類號：G212? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.17.090

隨著信息技術的快速發展，信息技術如何更好地融入到教學中，打破傳統的以教師為主體的教學模式，發展為以學生為中心的教學方式，越來越受到人們的關注。我國《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》指出：教育信息化的發展要以教育理念創新為先導，以優質教育資源和信息化學習環境建設為基礎，以學習方式和教育模式創新為核心。線上線下混合式教學是對傳統教學模式的提升，需要教師在學情分析、課程設計、考核評價等教學環節，充分利用線上教學和課堂教學的優勢，轉變教育理念、改變教學方法、更新學生認知，從而全而提升課堂教學效果?！栋雽w物理與器件》是相關專業的專業基礎課程。如果以傳統的教師講授為主，無法調動學生學習的積極性和主動性，學生參與度不高，教學難以達到預期效果。近年來，針對課程現狀，課題組對課程進行教學改革和實踐，重新設計和優化教學內容，借助超星學習通建設課程資源，采用以學生為中心的教學方法，利用線上線下混合式教學模式，改革考核方式，取得了較好的效果。

1. 課程現狀分析

1.1 內容較陳舊，理論知識繁多，學生主動學習的積極性不高

該課程理論較為深奧、知識點多、涉及范圍廣、理論推導復雜、學科性很強，對于學生的數學物理的基礎要求較高。因而現行的教材特點及傳統教學方式大都強調繁瑣的理論推導，容易使學生陷入“只見樹木，不見森林”的境地，在茫茫的公式海洋中逐步喪失學習興趣，影響了課程的教學質量。此外，半導體技術發展非常迅速，新的理論和研究成果不斷呈現，知識更新快、學科交叉更深入，因此教師很難在有限的授課時間里覆蓋所有內容。而此時學生的主動學習和探究問題的能力就變得更加重要，但是由于該課程概念多、理論深、公式復雜，學生主動學習的積極性不高。

1.2 注重理論知識講授，學生解決實際問題的能力不足

目前半導體物理與器件課程的教學過程以理論講授為主，主要講解基本物理概念和理論，缺乏與實踐結合的綜合性案例分析來指導學生進行工程實踐。雖然課題組已在整個半導體物理與器件的教學過程引入了研究性學習的思想，將科研中涉及半導體物理與器件的主要知識點融入教學中，但學生應用所學的理論知識解決器件設計與應用問題的能力還不夠。學生還需在老師的指導下進一步進行實踐和創新能力的訓練，提高工程設計意識和綜合工程設計的能力。

1.3 教學模式較為單一

目前，“半導體物理與器件”課程主要采用傳統的教師講授為主的教學模式，并且該課程理論性較強，公式繁多，微觀物理現象抽象難懂，增加了學生學習的難度。長期采用這種教學方法，不利于培養學生的學習的積極性和創新能力。

2. 教學內容設計

傳統的“半導體物理與器件”課程內容大多是先介紹半導體物理基礎知識，之后分別是PN結機理與特性，雙極型晶體管與MOS場效應晶體管的結構、工作原理、直流特性、頻率特性、功率特性和開關特性，半導體器件制備技術等內容。課題組從應用型技術人才培養的目標出發，以學生發展為中心，落實教育部提出的“金課”標準，結合實際需求，打破原來純粹理論知識內容的思想，提出基于應用導向的“半導體物理與器件”的教學內容設計。教學內容要能夠提升學業挑戰度、增加課程難度、拓展課程深度、提高教學質量，依據該理念，將教材內容設計五個單元，分別是二極管、三極管、MOS場效應管、其他常用半導體器件、半導體發展前沿。每一個單元內容都是基于實際應用為導向，首先是應用案例、任務驅動、情境展現。教學內容應能及時反映新的技術進展，涵蓋應用中的基本概念及主要內容，每部分內容要有與應用緊密結合的相應設計實例。對于每一種常用器件特性及其物理機理，倡導學生自主學習軟件進行模擬仿真，從而提升學習內容的深度和挑戰度。

在進行線上線下混合式教學內容設計時，將課程知識點進行細化，按難度區分為識記類、應用類、理解類三個層次。結合線上與線下模式在專業課教學中的優勢及特點，對不同層次知識點分別采用線上自主學習+線下研討交流等模式，有效運用網絡信息化的優勢和便利，同時高效利用線下課堂。

3. 線上線下教學資源庫建設

線上線下混合式教學中，需要大量豐富的教學素材供學生線上自主學習。以“學習通”APP作為載體，根據前述理論教學內容的設計原則，教學資源應以知識點為基礎進行構建，如知識點講解視頻、配套教學PPT、演示動畫等。設置學生自評和互動模塊，讓學生可以在自己想學的時候根據自己的時間自由學習，方便學生與老師的互動，提高半導體課程的教學質量。

4. 教學實施過程

依據教學計劃，采取“以學生為中心”的6部教學法。教學過程主要分為課前、課中和課后三個教學階段。具體實施過程如下：

4.1 課前

教師通過學習通平臺發布自主學習視頻、PPT、預習任務等內容，并進行測試和反饋。教師通過收集學生對課前自測題存在的問題，能及時了解學生對知識點的掌握情況，便于課堂教學活動的設計，使課堂教學內容更具有針對性。同時，學生通過觀看課前視頻對課程內容進行自學，與同伴交流增加了生生之間的互動，培養了學生的自主學習能力。

4.2 課中

4.2.1 導入

通過情境或任務導入，激發學生學習的興趣。比如，在學習三極管時，通過我國航空航天技術的飛速發展，可以激起學生的民族自豪感和自信心。同時，航空航天技術也離不開基本的元器件三極管，引入要學習的內容。

4.2.2 重難點講解

教師根據課前學習中存在問題，課中有針對性進行重難點講解，便于學生系統地掌握和理解知識內容。

4.2.3 任務實施探究

針對不同教學任務，可以采取多種教學方法，如分組討論法，同伴教學法，實驗探究法、仿真分析法等。下面分別對這幾種方法進行介紹。

分組討論法。比如，在探討三極管的判斷原則時，可以通過分組討論法來解決，學生通過小組討論與總結，分享小組討論結果，并進行小組互評，之后教師進行分析總結。在這個過程中，可以鍛煉學生團隊協作能力和歸納總結能力。

同伴教學法。該方法是使用專門設計的用于揭示學生概念錯誤和引導學生深入探究的概念測試題，借助計算機應答交互系統或選項卡片，引導學生參與教學過程，變傳統單一的講授為基于剖析概念的自主學習和合作探究，在大班課堂教學中能夠構建一種學生自主學習、合作學習、生生互動、師生互動的創新教學模式。

實驗探究法。為了探究三極管的輸入輸出特性，可以通過讓學生自主進行實驗探究分析總結，教師根據學生總結結果再進行補充。利用這種方式，不但能夠提高學生的參與度，體現以學生探究能力的培養為中心的教學理念，也能提升學生進行科學探究的能力等。

仿真分析法。對于二極管、三極管和場效應管都可以利用multisim軟件仿真分析其特性，并能夠設計應用電路。通過該方法，學生能夠利用工具進行仿真分析，能夠激起學生學習興趣，也能掌握一種專業技能。

4.2.4 總結分析

最后，教師根據課堂情況，對本節課內容進行總結。可以采用思維導圖方式，知識點清楚明了，重難點突出，并且知識比較系統，便于加強學生對本節課內容的理解和掌握。

4.3 課后

課后是知識的鞏固與拓展環節。根據學生課堂表現和任務完成情況，設定不同的課后任務。比如針對本節課知識點，設計問題了解學生對內容的掌握情況，為下一個課堂做準備。為了提升課程的深度和廣度，提升學生對知識的應用能力，讓學生分組設計制作簡單的應用產品，內容包括：系統軟件設計、硬件設計、軟件仿真分析、實物制作和調試，以及設計報告等。

5. 課程考核方式

本課程為考試課程。采用形成性考核、綜合性考核相結合的方式評估學生學習成效。具體要求如表1。

6. 總結

本文對《半導體物理與器件》課程現狀進行了分析，并對線上線下混合式教學中的教學內容設計、教學資源建設、教學實施過程、課程考核方式等具體問題進行了相應的探究，為后續混合式教學的實施奠定了一定的基礎。

目前，由于網絡與信息技術的發展，混合式教學模式也必然會成為高校教學的主流趨勢，能夠改變傳統的以教師的教為主體的現狀，轉變為以學生的學為主體的教學方式。通過課前下達任務，進行線上自主學習，課前測試和反饋。課中教師進行重難點講解，可采用分組討論法、同伴教學法、實驗探究法、仿真分析法、任務驅動法等方式最大程度地提升學生的參與度，能夠培養學生合作精神、科學探究精神等。課后是知識的鞏固和拓展，通過此環節，能夠檢驗學生對知識的掌握程度，并能提升學習的深度、廣度和挑戰度。總之，通過線上線上混合式教學模式的探究，有助于提升教學效果。

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