“五元聯(lián)動、全程貫通”課程思政模式在半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)中的教學(xué)探索

鄧婉玲 吳霞 羅志 黃君凱

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?以暨南大學(xué)微電子學(xué)院“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程思政的教學(xué)改革為契機(jī)，基于課程的內(nèi)在特點和“五元聯(lián)動、全程貫通” 課程思政模式，以課程目標(biāo)為驅(qū)動，通過對思政元素的多維度挖掘并貫通于教學(xué)全過程，為課程思政的教學(xué)提供了潤物無聲的融入和實施方案，推進(jìn)“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程“立德樹人”育人目標(biāo)的實現(xiàn)。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?課程思政;半導(dǎo)體器件;思政元素;立德樹人

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號] ?2096-0603（2022）03-0076-03

一、引言

集成電路芯片等高科技技術(shù)對國家戰(zhàn)略、經(jīng)濟(jì)和民眾生活具有重要性。目前，微電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)及集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)成為國家重點戰(zhàn)略。“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”作為微電子技術(shù)類專業(yè)本科生核心的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)內(nèi)容涉及半導(dǎo)體器件的科學(xué)與技術(shù)研究的諸多領(lǐng)域，蘊(yùn)藏著豐富的、具有課程自身特色的思政教育元素。本課程的思政教育除了貫徹課程思政的一般規(guī)律外，還必須深度融合微電子技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。在教育部積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)的背景下，半導(dǎo)體技術(shù)人才培養(yǎng)的本質(zhì)在于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此，課程思政應(yīng)重點從“新”出發(fā)，把正確價值觀融于新工科創(chuàng)新人才的知識、能力、情感目標(biāo)的培養(yǎng)之中，優(yōu)化課程思政內(nèi)容安排，形成思政教育全程貫通、教學(xué)元素多維聯(lián)動的有機(jī)教學(xué)體系。

本文基于“知識傳授與價值引領(lǐng)相結(jié)合”[1]的教學(xué)理念，在已有的教學(xué)積累和研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程的教學(xué)目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)評價等方面全程尋找多維思政教學(xué)元素的融入點，整理并總結(jié)了適合課程自身規(guī)律和特點的思政教學(xué)實施方案，解決了課程思政的難點問題，育人成效有了明顯的提高。基于“五元聯(lián)動、全程貫通”的方案凸顯課程特色，可推廣至其他類似的工科專業(yè)課程。

二、“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程思政的實施

（一）課程思政的實施模式及其體系

以習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)的“立德樹人”為引領(lǐng)[2]，本課程構(gòu)建和實踐的課程思政融入模式及其實施體系挖掘與課程專業(yè)教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的家國、工程、協(xié)作、創(chuàng)新和人文五個維度的思政元素，有機(jī)地融入課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評價等教學(xué)全流程的各個環(huán)節(jié)與時空，以“五元聯(lián)動、全程貫通”模式在思政的價值熏陶與專業(yè)的知識傳授之間產(chǎn)生潤物無聲的育人成效。

（二）思政元素的“五元聯(lián)動”

課堂教學(xué)是高校培養(yǎng)人才的重要途徑。教學(xué)過程既要進(jìn)行知識傳授，又要與價值引領(lǐng)相結(jié)合[1，3]。通過充分實踐和挖掘，本教學(xué)團(tuán)隊為“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程的教學(xué)建造了五維聯(lián)動的思政教育元素及其教學(xué)資源。

1.家國情懷，使命擔(dān)當(dāng)

微電子技術(shù)和集成電路在國家戰(zhàn)略中占據(jù)重要地位。我國在某些半導(dǎo)體器件的研究領(lǐng)域取得了突出的成果，一代又一代的科學(xué)家和工程師為我國半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路發(fā)展做出了努力。例如，黃昆院士在1951年英國留學(xué)后，懷著振興中華、報效祖國的殷切心情，放棄國外優(yōu)越的生活條件，回到祖國擔(dān)任北京大學(xué)物理系教授，創(chuàng)建了中國第一個半導(dǎo)體物理專業(yè)，為半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了第一批人才。黃昆先生被稱為中國半導(dǎo)體一代宗師，使中國半導(dǎo)體事業(yè)從無到有，并發(fā)展壯大。類似的中國半導(dǎo)體技術(shù)科學(xué)家、教育家的故事還有很多，他們堅定的信仰、愛國奮進(jìn)的精神總能讓學(xué)生終身受益。又如現(xiàn)代，華為海思的眾多工程師夜以繼日攻堅克難，自主創(chuàng)新研發(fā)了基于最新5 nm工藝制程的麒麟系列手機(jī)芯片，使我國集成電路設(shè)計領(lǐng)域追上先進(jìn)國家的技術(shù)。暨南大學(xué)微電子學(xué)院有多位畢業(yè)生在華為公司工作并參與了這些項目的研發(fā)，我們邀請他們回校跟學(xué)生分享他們工作的經(jīng)歷和感想，使學(xué)生更容易產(chǎn)生情感認(rèn)同和共鳴，筑牢科技報國的信念。

2.工程倫理，服務(wù)社會

在信息化社會中，工程倫理指引人們從倫理角度審視科學(xué)技術(shù)運(yùn)用于工程實踐時對社會的影響[4]。當(dāng)今信息化社會呈現(xiàn)出信息傳播與更新速度快、影響范圍廣、開放性強(qiáng)、復(fù)雜多樣等特點。因此，面對這些挑戰(zhàn)性，在課堂教學(xué)中需要針對性地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，為他們今后面對工程倫理相關(guān)問題時能作出對社會有利的判斷。以典型的電子信息領(lǐng)域違反工程倫理的例子為引導(dǎo)，以小組討論等形式激發(fā)學(xué)生從多個角度分析專業(yè)倫理對社會產(chǎn)生的影響，從而養(yǎng)成“讓科技更好地服務(wù)社會”的專業(yè)倫理。此外，通過分享學(xué)生在科技下鄉(xiāng)、社會調(diào)查、志愿服務(wù)等活動中的感想，進(jìn)一步深化科學(xué)與倫理的統(tǒng)一。

3.交叉融合，合作共贏

目前，新興交叉領(lǐng)域的科技創(chuàng)新層出不窮，如人工智能、生物醫(yī)學(xué)電子、物聯(lián)網(wǎng)等。這些創(chuàng)新都凸顯未來需要更多具備不同學(xué)科背景、來自不同研究領(lǐng)域的從業(yè)者進(jìn)行合作交流，共同對話碰撞產(chǎn)生創(chuàng)新的火花。例如，在“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程中，最基本、最重要的半導(dǎo)體器件——雙極型晶體管，是由貝爾實驗室的三位科學(xué)家共同發(fā)明的，他們?nèi)艘惨虼双@得諾貝爾物理學(xué)獎。其中肖克利和巴丁都是理論物理學(xué)家，而布拉頓則是實驗物理學(xué)家。起初的工作基于肖克利偏愛的金屬—半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在多次嘗試失敗之后，巴丁認(rèn)識到半導(dǎo)體的表面缺陷有著非常不利的影響，必須找到“鈍化”表面（消除缺陷）的方法。經(jīng)過這三個人的緊密合作，在短短幾個月時間里，他們?nèi)〉昧酥卮蟮倪M(jìn)展，終于實現(xiàn)了第一個半導(dǎo)體晶體管，并通過實驗的方法證明這是一個很有用的電子器件，從而開啟了信息時代。2021年，暨南大學(xué)微電子學(xué)院四名本科生聯(lián)合醫(yī)學(xué)院學(xué)子合作完成的“基于拉力傳感器的智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)”，該項目在第十六屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽上獲得特等獎。這些例子和成績都體現(xiàn)了交叉合作在未來社會中呈現(xiàn)出越來越重要的作用。

4.崇尚創(chuàng)新，批判思維

創(chuàng)新精神無疑是思政教育中最核心的元素之一。針對“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程和工科專業(yè)的特點，創(chuàng)新精神必須與工匠精神、批判思維和全球視野相融合。半導(dǎo)體晶體管與集成電路的發(fā)明都發(fā)生在美國，硅谷為芯片創(chuàng)新提供了肥沃的土壤。有人歸納硅谷精神包括叛逆精神、寬容失敗、追求卓越等。其中，仙童半導(dǎo)體公司的八位創(chuàng)始人被晶體管發(fā)明者肖克利稱為“八叛徒”。在批判思維文化的引領(lǐng)下，他們敢于挑戰(zhàn)傳統(tǒng)和權(quán)威，使仙童半導(dǎo)體公司成為當(dāng)時世界上最大、最富創(chuàng)新精神和最令人振奮的半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)。后來，肖克利不得不改稱他們?yōu)椤鞍颂觳拧薄９韫鹊膭?chuàng)造力和創(chuàng)新力令世人驚訝，世界上許多國家和地區(qū)都想模仿與復(fù)制，但都沒有成功。創(chuàng)新是進(jìn)行時，更是將來時，我們深刻總結(jié)與吸收世界各國的歷史與經(jīng)驗，同時也需要跟隨時代的發(fā)展，與時俱進(jìn)。需要給學(xué)生指出，目前我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)先進(jìn)國家相比還有比較大的差距，特別是在制造和裝備領(lǐng)域。解決這些“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)問題，需要啟迪學(xué)生擁有探究工程及科學(xué)奧妙的好奇心，使其善于質(zhì)疑辨析，攻堅克難。

5.提升人文素養(yǎng)，強(qiáng)健心理素質(zhì)

傳統(tǒng)的工科專業(yè)課程教學(xué)中，通常重視科學(xué)知識的傳授，而忽視人文素養(yǎng)的發(fā)掘，學(xué)生容易把專業(yè)知識看作單純的工具，而忽略其與人文、哲學(xué)的融合。在“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”的知識點中，很多體現(xiàn)著哲學(xué)的“矛盾論”“折中論”等。例如MOSFET器件的表面勢計算中，表面勢與柵壓之間關(guān)系是用隱含方程表述的。表面勢的精確求解必須采用數(shù)值迭代的方法，但是這樣消耗很多計算時間，特別在EDA工具的電路仿真中將是無法承受的。計算時間和準(zhǔn)確計算成為矛盾關(guān)系，如何在兩者之間達(dá)到平衡，實現(xiàn)高效計算一直是半導(dǎo)體器件模型領(lǐng)域需要解決的關(guān)鍵問題。延伸至其他工程問題，乃至日常生活，很多問題的解決沒有完美方案，需要根據(jù)不同條件、不同的應(yīng)用場景等采用不同的擇優(yōu)方案，優(yōu)先解決主要矛盾。在我們社會中，所有的事物都不是非黑即白，我們要綜合分析，清晰判斷。

（三）課程思政在教學(xué)實施中的“全程貫通”

強(qiáng)調(diào)以立德樹人為根本目標(biāo)的“五元”思政元素將有機(jī)地滲透到整個教學(xué)實施過程中的核心環(huán)節(jié)和空間中，并加以完善，全過程推進(jìn)。

1.課程教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定

在工科專業(yè)課程中有效地融入思政教育，首先需要思考“培養(yǎng)什么樣的人”[5]。為此，我們課程教學(xué)團(tuán)隊從知識、能力和情感三個方面設(shè)定“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程的教學(xué)目標(biāo)。以課程目標(biāo)為驅(qū)動，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評價等方面全程實施本課程的思政教育。

在知識目標(biāo)中，設(shè)置了基礎(chǔ)知識目標(biāo)和進(jìn)階知識目標(biāo)，共同支撐能力目標(biāo)的實現(xiàn)。基礎(chǔ)知識目標(biāo)強(qiáng)調(diào)學(xué)生必須掌握半導(dǎo)體器件物理的基本概念、基本工作原理、基本物理分析方法等，即包含“是什么”和“為什么”的知識;進(jìn)階知識目標(biāo)強(qiáng)調(diào)利用基礎(chǔ)知識進(jìn)行拓展與綜合，掌握設(shè)計新型半導(dǎo)體器件的科學(xué)方法和技術(shù)手段，并在形成對微納器件學(xué)科前沿問題的定性理解與定量分析的基礎(chǔ)上，建立并提升學(xué)生對課程知識體系的認(rèn)知。

在能力目標(biāo)中，培養(yǎng)學(xué)生能夠解決半導(dǎo)體器件領(lǐng)域中較為復(fù)雜的工程應(yīng)用問題，并形成半導(dǎo)體器件物理分析能力、半導(dǎo)體器件模型計算能力、半導(dǎo)體器件應(yīng)用能力和半導(dǎo)體器件設(shè)計能力這四種專業(yè)能力。

在情感目標(biāo)中，通過在課前、課中和課后的線上線下學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對半導(dǎo)體器件科學(xué)與技術(shù)的好奇心，鼓勵學(xué)生直面富有挑戰(zhàn)性的“卡脖子”問題和勇攀科學(xué)高峰的創(chuàng)新精神，增強(qiáng)學(xué)生以科學(xué)服務(wù)社會，助力國家發(fā)展的使命擔(dān)當(dāng)。

2.教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

本課程堅持基礎(chǔ)性與挑戰(zhàn)性并存，課程內(nèi)容設(shè)置具有基礎(chǔ)性、多樣性、層次性。具體地，遵循模塊化集成教學(xué)思想，把課程內(nèi)容分為四大教學(xué)模塊：基本半導(dǎo)體物理知識模塊、傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件模塊、新型半導(dǎo)體器件模塊和虛擬仿真模塊。“五元”課堂思政內(nèi)容適宜短小精煉，恰到好處地把握融入時機(jī)，而不是灌輸式“說教”，喧賓奪主。課堂顯現(xiàn)的思政元素應(yīng)精心設(shè)計，豐富多彩，小而精，與年青大學(xué)生的心態(tài)保持一致。半導(dǎo)體與微電子技術(shù)反映科技前沿和時代特征，根據(jù)“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”的課程特點，思政元素中創(chuàng)新精神、工匠精神、責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)确矫娓菀妆煌怀龊捅粚W(xué)生接納與認(rèn)可。

3.教學(xué)方法的創(chuàng)新

為了有效走出上述提到的課程思政實施困境，教學(xué)過程中需要充分結(jié)合網(wǎng)絡(luò)資源、校外實踐平臺、混合式教學(xué)、虛擬仿真實驗教學(xué)等多樣化平臺與智慧教學(xué)，令信息化教學(xué)承擔(dān)部分知識點的教學(xué)及學(xué)生自主的學(xué)習(xí)，而課堂教學(xué)更側(cè)重于知識點串聯(lián)、綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)及研討等功能。借此一方面增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，滿足學(xué)生的提升與個性化發(fā)展，另一方面教師可以重新將思政元素有機(jī)地融入課程目標(biāo)、知識點設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容等中，進(jìn)一步增強(qiáng)課程思政的系統(tǒng)性和整體性。

本課程團(tuán)隊的教師在課外積極鼓勵本科生參與半導(dǎo)體器件實驗室的科研工作，有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，有多位本科生以第一作者在國際權(quán)威期刊（如界面領(lǐng)域的國際Top期刊ACS Applied Materials & Interfaces等）上發(fā)表太陽電池方面科研論文。另外，課程團(tuán)隊的教師指導(dǎo)了多名本科生獲得“挑戰(zhàn)杯”競賽等學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽的立項。通過激發(fā)學(xué)生參加這些課外活動，全面鍛煉學(xué)生的工程、合作、創(chuàng)新等能力。

4.多維教學(xué)評價的建立

課程思政目標(biāo)的達(dá)成離不開評價體系的健全。課程考核評價從傳統(tǒng)的以卷面成績?yōu)橹鬓D(zhuǎn)向注重學(xué)生綜合能力的考查。因此，本課程組建立的多維評價系統(tǒng)，從時間上可分成平時（包括課前、課中和課后）、期中、期末三個階段。在平時和期中，著重考查學(xué)生對線上、線下思政內(nèi)容的學(xué)習(xí)積極性、參與度及互動、完成質(zhì)量等，通過學(xué)生自評與互評和教師評價的綜合，發(fā)揮學(xué)生在評價過程中的主體作用，達(dá)到過程化和個性化相結(jié)合的效果;在期末評價中，設(shè)置綜合能力考查項目，同時融入思政育人元素，重點考查學(xué)生分析、解決復(fù)雜問題的能力。

三、總結(jié)

本文主要結(jié)合暨南大學(xué)微電子學(xué)院“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程思政實踐經(jīng)驗，以“五元聯(lián)動、全程貫通” 課程思政模式為基礎(chǔ)，對思政元素進(jìn)行挖掘與融合，對課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、評價體系等的優(yōu)化進(jìn)行探索，實現(xiàn)課程專業(yè)教學(xué)與思政教育的有機(jī)融合，不僅能加強(qiáng)學(xué)生對課程知識系統(tǒng)的理解，更能促進(jìn)學(xué)生專業(yè)能力的提升以及正確價值觀的樹立。課程思政的有益經(jīng)驗可為其他高校該課程的思政實施提供參考與交流，進(jìn)一步豐富課程思政的建設(shè)方案，促進(jìn)“立德樹人”育人目標(biāo)的達(dá)成。

參考文獻(xiàn)：

[1]習(xí)近平主持召開學(xué)校思想政治理論課教師座談會強(qiáng)調(diào)用新時代中國特色社會主義思想鑄魂育人貫徹黨的教育方針落實立德樹人根本任務(wù)[N].人民日報，2019-03-19（1）.

[2]習(xí)近平.把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[N].人民日報，2016-12-09.

[3]高德毅，宗愛東.從思政課程到課程思政：從戰(zhàn)略高度構(gòu)建高校思想政治教育課程體系[J].中國高等教育，2017（1）：43-46.

[4]鄭凱，姜毅，李暉.信息領(lǐng)域工程倫理教育的挑戰(zhàn)與對策[J].高等理科教育，2021（4）：14-18.

[5]解光勇，全沛.基于《微電子學(xué)概論》開展“課程思政”的探索[J].高教論壇，2020（2）：39-42.

◎編輯 馬燕萍