“半導體光學”課程思政的設計與實踐

矯淑杰

摘? ? 要：“半導體光學”是半導體光電領域的基礎理論課程。文章從教學內容、學習目標和專業需求出發，提煉思政元素，并針對教學內容、教學模式和考核形式進行了探索和改革，以期通過課程思政的教學設計和實踐達到激發學生的興趣，培養基礎知識扎實、具有使命感和責任感以及產業亟需的半導體光電產業應用型人才。

關鍵詞：課程思政;半導體光學;教學設計;教學實踐

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）02-0069-02

半導體光電材料和器件涉及信息、能源、材料以及國防等眾多應用領域，在國民經濟和生產生活中占有非常重要的地位。近年來，我國光電技術領域科技發展突飛猛進，自主創新能力大幅提升，但也必須清醒地認識到，我國在某些關鍵領域依舊存在被其他國家“卡脖子”的情況，導致行業發展處處受制，直接影響到我國經濟社會發展目標的實現及綜合國力提升。要盡早解決“卡脖子”關鍵問題，把技術和發展的主動權牢牢掌握在自己手里，需要各領域從業者具備使命感和責任感，要有志氣和骨氣加快增強自主創新能力和實力，努力實現關鍵核心技術自主可控[1-3]。高等院校不僅要教授專業知識為各行業發展提供專業人才，更需培養具有創新精神、使命感、責任感和家國情懷的建設者，這就需要教師在傳統的只傳授專業知識外，加入必要的思政內容。

傳統的思政課程內容注重理論，學生容易產生厭學情緒，將思政元素有機融入到“半導體光學”的課堂教學中，除了掌握教學大綱規定的專業知識和專業技能，同時還要挖掘“半導體光學”教學內容中的思政元素，使思政教育融入課程教學和改革的全過程，實現課程思政德育功能與價值導向的引領作用。

一、“半導體光學”課程內容簡介

“半導體光學”是基于光與半導體相互作用的專業基礎課程，涉及到半導體能帶和帶間躍遷、激子及相關現象、拉曼散射及低維材料體系的光學性質等內容。教師在講授這門課時，首先可全面而清晰地論述“半導體光學”的物理概念，引導學生把復雜的實驗現象與簡明的概念聯系起來。其次要求學生初步運用量子力學和半導體物理的基礎知識理解半導體光學的原理和概念，掌握光與半導體相互作用的基本概念，并應用到各種半導體體系中。通過本課程的學習，使學生可以形成清晰、形象的物理概念和半導體光學的基礎知識及其相關的多種應用。

二、“半導體光學” 課程思政的改革探索

（一）教學大綱的修訂

教學大綱不僅是教師進行教學活動的主要依據，也是衡量教師的教學質量和評定學生學業成績的重要標準。專業課的教學大綱針對專業內容進行了詳細的設置，但缺少思政元素。針對課程思政的要求，應對教學大綱進行重新修訂并加入思政元素，使之與專業內容有機融合，滿足研究生教學改革和課程思政的需求。

（二）教學方法和考核方式的改革

思政元素在教學中承擔了價值引領的作用，是研究生培養中必不可少的一環。然而，如果只是通過刻板、簡單的課堂理論教學，容易使學生覺得枯燥，達不到教學目標。教師在教學過程中可運用多種教學手段，例如多媒體、短視頻、新聞報道、音頻、動畫和學生自主調研等多種形式結合的教學模式，不僅可以使思政內容通過生動的形式展示出來，也可使學生對專業知識產生興趣，提高他們的學習效率和學習積極性。

考核方式也應與單純專業課程的考核方式有所不同，課程思政內容不宜通過傳統閉卷考試的方式進行，可采用課堂演講、調研報告等方式進行考核[4]。以“學生學習效果”而不是考試成績為主導，形成課堂教學—評價—反饋—優化課堂教學的正循環，達到“潤物無聲”的形式，實現專業知識和思政元素的有效融合[5]。

（三）“半導體光學”課程思政教育內容的設計與實踐

根據“半導體光學”課程的教學大綱和教學目標，教師在講授專業知識的教學過程中，可通過研究背景、代表性人物事跡、國內外研究現狀、學科內涵和意義、時事政治等的介紹，使社會主義核心價值觀、科學精神、工匠精神、家國情懷、社會責任、理想信念等思政元素與“半導體光學”課程的專業知識有機融合。

1.培養學生民族自豪感的設計和實踐。在緒論部分（半導體光學發展歷史）認識光與物質相關作用的萌芽階段。公元前3世紀，我國就已將貴金屬納米顆粒鑲嵌在瓷器中，在陽光照射下色彩斑斕。公元前4世紀墨子就已經論述了光與影的關系。《墨子·經說下》第四十三中：“光至，景亡，若在，盡古息。”1961年8月，中科院長春光機所成功研制了我國第一臺激光器，雖比國外同類型激光器遲了一年，但在許多方面有自身的優勢，尤其比國外激光器具有更好的激發效率，這表明在當時，我國激光技術已達到世界先進水平。

通過這些知識的學習，不僅使學生了解半導體光學的發展歷史，也提升了他們的民族自豪感和責任感。這是基于半導體光學的發展歷史的特點引出的思政融入方向。

2.培養學生使命感和責任感的設計和實踐。教師在講述半導體帶間躍遷的基本理論時，課前要求學生以小組形式對兩種典型的半導體砷化鎵和硅的發展歷史和研究進展進行調研。課堂授課時，先由教師講述半導體帶間躍遷的基本理論，包括根據躍遷類型將半導體分為直接和間接帶隙半導體，分別講授這兩類半導體帶間躍遷的基本原理。然后，學生通過多媒體演示形式講解調研成果，講解這兩種典型導體的研究進展和發展歷史。

這兩種半導體應用廣泛，包括集成電路、人工智能、通訊系統，光伏發電、傳感探測等眾多領域，其發展和應用也主要以西方的貢獻為主，我國在其核心的研究領域處于跟隨地位，高質量的核心光電器件還需進口。尤其近幾年，西方一些國家對我國實行了禁運和限制出口，使我國在眾多領域受到了“卡脖子”的鉗制。所以，教師在講授時，不僅要讓學生深刻理解這兩種材料的基本性能和應用，更重要的是要讓學生認識到我們距離世界先進水平還有差距，使學生建立使命感和責任感，立志為我國半導體行業的發展貢獻力量，扎實學習理論知識，通過原始創新突破西方的封鎖。

3.培養學生愛國主義思想的設計和實踐。在激子的基本性質章節中，以李樹深研究員、夏建白院士在《2006年科學發展報告》發表的“激子和相關現象”的文章為切入點，講述激子效應在半導體理論和應用研究中的作用，尤其是在量子信息領域等前沿研究，量子信息是經典信息理論與量子力學相結合的新型交叉學科。激子態可以作為量子信息的有效載體，通過激子態之間的糾纏，可以對其攜帶的量子信息進行交換、傳遞和處理。

引入我國“量子信息和量子計算機”的發展歷程，我國在量子計算領域已處于國際領先地位，激發學生的自豪感和愛國主義激情，鼓勵學生努力學習，奮發向上。

4.培養學生創新精神和工匠精神的設計和實踐。在束縛和局域激子章節中，使學生掌握束縛激子的發光機理，同時使學生了解束縛激子在半導體發光領域的應用和最新進展。

我國LED發光及照明技術已取得了長足的進步，但是整個產業鏈上中下游分布不均，其中產業鏈的中下游包括封裝和各種照明燈具等應用已位于國際前列，但最核心的上游產業包括原材料、外延片、芯片等領域與國外相比仍缺少創新和知識產權優勢。以此為例，鼓勵學生崇尚原始創新，培養其不怕困難、勇于探索的精神，結合哈爾濱工業大學材料學院光電科學系的專業課程學習，穿插、整合創新精神和工匠精神教育。

5.培養學生具有勇于攀登科學高峰精神的設計和實踐。教師在講述聲子的光學性質章節時，可引入黃昆先生在晶格動力學的研究和貢獻。通過黃昆先生的求學和科研經歷及榮獲2001年度國家最高科技獎等多方面的榮譽，引發出其不怕困難、勇于探索的精神，鼓勵學生追求奮斗創新，努力攀登科學高峰。

6.培養學生自主創新精神的設計和實踐。半導體低維結構由于具有量子尺寸效應等眾多體材料不具備的優異性能，在半導體光電器件和芯片領域應用廣泛，以量子阱和超晶格的光電器件和制備光刻工藝為切入點，引入目前我們面臨的芯片制備過程中缺少高精度光刻機的“卡脖子”問題，引導學生勇于探索，克服困難，培養學生的自主創新精神。

三、結論

通過開展“半導體光學”課程思政教學，引領學生立志趕超國際先進半導體光電行業技術。在習近平總書記四個面向的指引下，培養造就一批基礎知識扎實、創新能力強、熱愛國家、具有使命感、責任感和產業亟需的半導體行業拔尖人才，服務國家半導體產業發展戰略需求。

參考文獻：

[1]劉亮.兩提“卡脖子”問題，這個重磅會議釋放鮮明信號[N].中央廣播電視總臺央視網，2020-12-21.

[2]新華社評論員.突破核心技術，鑄造國之重器——學習貫徹習近平總書記在中央財經委員會第二次會議重要講話[N].新華社，2018-07-14.

[3]人民日報評論員.把創新發展主動權牢牢掌握在自己手中——論學習貫徹習近平總書記廣東考察重要講話精神[N].人民日報，2018-10-31（4）.

[4]胡義偉，高元琪.大學生創新能力培養導向下的課程考試改革研究[J].創新與創業教育，2016（5）.

[5]徐啟江，周波，閆海芳.“分子生物學”課程思政教學探索[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2019（11）.

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