“微電子器件”教學中的痛點問題及解決

任敏 劉繼芝 鐘智勇

[摘 要] 針對微電子行業對高素質復合型新工科人才的需求，課程以培養具有時代擔當精神、扎實專業基礎和創新能力的未來行業領軍人才為目標，秉承“以學生為中心”的教育理念，堅持價值塑造、知識傳授和能力培養三位一體的教學方式。以課程思政為統帥，實現專業知識與思想政治的有機融合。以課堂研討和實踐教學為兩個抓手，開展產—學—研融合的課程內容和教學方法改革。以學科競賽、大創項目等為牽引，鼓勵學生參與創新活動。以現代信息技術為輔助手段，通過線上線下混合式教學，增強課程的生動性，擴大課程的影響力。改革解決了工科教學中課程思政融入性差，課堂與產業和學科前沿脫節，學生實踐能力弱、創新能力不足，以及課程輻射面小的四大痛點問題，并成效顯著。

[關鍵詞] 微電子器件;痛點;教學改革

[基金項目] 2019年度教育部產學合作協同育人項目“新工科背景下基于產教融合的‘微電子器件’課程改革與建設”（201902082005）

[作者簡介] 任 敏（1980—），女，四川樂山人，博士，電子科技大學電子科學與工程學院副教授，主要從事功率半導體器件及其可靠性研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）05-0051-03 [收稿日期] 2021-11-22

引言

“微電子器件”是電子科技大學電子科學與技術（微電子方向）專業本科生的專業核心課程，主要內容包括半導體基本方程、二極管、雙極型晶體管與絕緣柵場效應晶體管。課程特點是專業性強，知識點豐富，以及和實踐結合非常緊密。學生通過“半導體物理”等前序課程的學習，雖然已具備了一定的專業基礎和動手能力，但知識深度和廣度不夠，對產業發展最新動態了解有限，對如何解決實際工程問題缺乏認識和必要的訓練，因此在“微電子器件”課程學習中經常感到吃力[1]。

隨著微電子技術日新月異的發展，未來行業需要的是具有開拓創新精神、能夠解決工程應用問題、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才[2，3]。但僅以知識傳授為核心的傳統課堂講授模式，會造成學生實踐能力差、創新意識和能力不足等問題。

傳統的教學方法和教學手段顯然已不能滿足學生的成長要求和行業的人才需求。課程組經過深刻的探討，梳理出“微電子器件”課程教學中存在的痛點問題，并秉承“以學生為中心”的教育理念，在教學內容、教學方法和教學評價等方面針對痛點問題開展了創新性改革。

一、痛點分析及改革措施

（一）痛點一：傳統工科教學中課程思政融入性差

課程的原教學大綱中僅設置了知識傳授目標，教師的授課重心幾乎都放在專業知識的講授上，對學生的思想引導和人文關懷不足，不利于學生人生觀、價值觀的形成和全方位發展。然而，要將課程思政自然地融入“微電子器件”這樣專業性非常強的理工科課程，并達到“潤物細無聲”的效果，存在較大難度。

針對上述痛點問題，課程組首先結合我國微電子產業發展的時代大背景和課程特點，將教學目標調整為：堅持價值塑造、知識傳授和能力培養三位一體，培養具有服務國家戰略需求的責任感和時代擔當精神、扎實專業基礎和創新能力的微電子行業未來領軍人才，并從提升教師素養、優化教學內容和教學方法三方面著手，開展了課程思政建設。

1.課程組教師在“育人必先自育”的理念指導下，將集體教研制度化、常態化，定期開展集中備課和學習交流，共同討論思想政治教育方案。課程組還邀請了本校馬克思主義學院教師作為課程顧問，對課程思政內容把關。教師在日常生活中也堅持學習，努力提升專業、政治和人文素養。

2.為了實現課程思政的有機融入，課程組探索了一套行之有效的教學設計流程：首先，集體研討進行精準定位，找專業和思想政治內容的契合點、學生的興趣點，以及國家重大需求點;其次，針對思政點落實具體方案，以“潤物無聲”的方式提升學生的哲學素養、科學精神，以“高調宣示”的方式弘揚社會主義核心價值觀;最后，收集教學反饋，對思想政治內容和方案進行修正和優化。利用上述方法，課程組建立了豐富的思想政治案例庫，涵蓋了國家戰略、行業發展、時事熱點、哲學人文、職業引導等，有針對性地培養了學生的政治認同、家國情懷、科學精神、創新能力、人文素養等。

3.將思想政治元素貫穿教學活動的每個環節。利用思想政治案例教學、學生分組報告等增加生動性;課外借助中英文MOOC平臺等開展線上思想政治教育。將思想政治環節納入考核，思想政治參與度、思想政治小論文質量與成績掛鉤，充分調動學生的積極性。利用問卷調查等建立反饋機制，及時對思想政治內容和方式進行改進，使學生反客為主，成為思想政治設計者。

（二）痛點二：學生實踐能力和創新意識不足

傳統工科教學以課堂教授為主，缺乏實踐環節。造成學生理論和實際脫節，動手能力差，創新能力不強，不符合“新工科”人才培養目標。

針對上述痛點問題，課程組探索和完善課程實驗環節，并以大學生創新創業項目、電子設計大賽等為牽引，強化學生創新能力的培養。

1.在學校實驗教改項目的資助下，建設了30個學時的課程配套實驗。其中包含4個測試實驗和3個仿真實驗，涵蓋了課程所學的所有器件的主要電學特性。

2.課程組從2018年開始開展小班教學的探索。在講授基礎理論之后，有針對性地給出研討題目，由學生分組完成課下討論、課堂報告和研討，既提升了學生的主動性和創造力，也鍛煉了學生的表達能力。

3.鼓勵學生利用課程所學知識，參加大學生創新創業項目、學科競賽等，或提前進入實驗室參與科研。課程組教師也會根據課程內容，發布相應的大創題目，供學生選擇。

（三）痛點三：課程內容與產業和學科前沿脫節

本課程現用教材為陳星弼等編著的《微電子器件（第4版）》，為普通高等教育“十二五”國家級規劃教材。該教材已經過4次改版，不斷對內容進行豐富和優化。但是，微電子是一個高速發展的應用學科，技術更迭非常快，僅依靠教材改版是遠跟不上行業技術進步的，而與產業和學科發展前沿的脫節，必然造成學生知識結構的欠缺。針對上述痛點問題，本課程組采取如下措施。

1.引入實踐板塊，培養學生的產業前瞻性眼光。在教育部產學合作協同育人項目“‘新工科’的背景下，基于產教融合的‘微電子器件’課程改革與建設”等資助下，課程組與芯源系統有限公司等業界知名企業合作，建設業界實踐板塊，邀請工程師進課堂研討交流，為學生講授業界前沿動態;帶領學生進企業參觀學習，了解器件及集成電路的設計流程，了解理論計算和實際設計的差異。有效避免了高校教育與產業界的脫節，開闊了學生的眼界。

2.授課教師的科研方向與課程內容高度相關，具有豐富的產業化經驗，與多個業內知名企業均開展了廣泛的合作，能夠很好地實現產教研的有機融合。授課教師收集實際工程項目中積累的真實案例，在教學中通過案例教學法，幫助學生更好地理解枯燥的理論知識，了解產業界的前沿。

3.授課教師每年通過ISPSD、ICSICT等國際會議與國內外同行交流，將學科前沿引入教學內容。授課教師前往國外高校開展訪問學者工作，將國外的研討式教學等先進教學經驗引進本課程教學。

（四）痛點四：課程輻射面小，影響力不足

傳統線下教學模式只能覆蓋選課的學生，課程輻射面小，影響力不足。

針對上述痛點問題，本課程組利用先進的信息化手段，積極開展線上課程建設，從線下教學轉變為線上線下混合式教學模式，擴大了課程的輻射范圍和影響力。課程組在2018年開設了“微電子器件”中文版MOOC課程，在2020年開設了“微電子器件”英文版MOOC課程，建設了支撐教學過程與自主學習的立體化教學資源，包括課堂視頻、線上練習測試、實時動畫等，教學效果良好，已在校內外師生甚至是業界從業人員中產生了較大影響。

二、建設成效

通過對痛點問題的解決，本課程在教學內容和教學方法上進行了卓有成效的改革，課程教學質量和學生培養質量得到了提升。

1.課程思政取得了顯著成效。本課程在2020年被認定為省級“課程思政”示范課，在2021年被認定為教育部“課程思政”示范課。課程連續多年評教均為最優等級，學生評價顯示課程對其人生觀、價值觀有積極影響，使其在獲取專業知識的同時，達到社會主義核心價值觀的重塑、個人修養和科學思維的提升，實現了全面發展。

2.學生的創新思維和科學精神得到了良好培養。應用課程中所獲得的知識和能力，很多學生在本科階段就參與科研活動和學科競賽，在全國大學生集成電路創新創業大賽等比賽中獲得佳績。

3.混合式教學模式極大地提升了課程影響力。“微電子器件”MOOC課程開設以來受眾累計超兩萬人，影響輻射到了校外學生甚至是微電子從業人員，在2020年被評為國家級線上一流本科課程。

結語

“微電子器件”課程組在深入分析課程教學痛點問題的基礎上，有針對性地給出了解決方案，從教學內容、教學方法和教學評價等方面開展了創新性改革，有效提高了專業課的教學質量，達到了立德樹人的教學目標，為高等院校理工科教學改革提供了很好的參考。

參考文獻

[1]任敏，張波，張慶中，等.“微電子器件”課程的教學方法[J].電氣電子教學學報，2014，36（1）：54-56.

[2]呂輝，王國裕，徐鵬，等.微電子學科專業的重新界定和培養方向的再思考[J].集成電路應用，2021，38（4）：30-32.

[3]張志強，黃曉東，宮照軍.產業需求導向的微電子人才培養模式研究[J].電氣電子教學學報，2020，42（5）：6-10.

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