“半導體物理與器件”課程思政教學改革與實踐

李 偉 王少熙 汪鈺成

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調：“高校思想政治工作關系高校培養什么樣的人、如何培養人以及為誰培養人這個根本問題。要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面。”[1]將思政教育融入高校專業課程，既是響應國家高校思想政治工作理念的一種途徑，也是目前高校各類專業課程實施課程思政改革的主要手段。課程思政是改進和加強高校思想政治工作的一種途徑，對于落實教書育人的主體責任及確保全員、全過程、全方位育人具有重要的推動作用，有助于全面提高高校思想政治工作的水平和質量[2]。課程思政包含哲學育人、道德育人、勞動育人、審美育人等，不同的專業具有不同的育人目標。因此，高校需要緊密結合人才培養目標進行課程改革，因課制宜。

一、課程思政改革的必要性

“半導體物理與器件”是微電子學專業的一門核心課程。該課程的學習在一定程度上可以影響學生對微電子學專業的認知及興趣。前期的基礎課程固體物理和量子力學中大量抽象的物理概念、復雜的數學公式已經使學生對半導體物理基礎知識產生了恐懼感。因此，高校需要對該課程的教學方式進行改革，使學生能夠主動接受這門課程，并對課程內容產生興趣。該課程內容緊貼時代背景，蘊含著大量的思政元素。同時，在多元化人才培養目標的指導下，該課程教學團隊將思政教育作為課程改革的主線，對教學內容、教學方式、考核機制等方面進行全方位改革，不僅能使學生意識到這門課程對專業能力培養的重要性，而且還能實現人文素養、創新能力、工程能力及職業能力全方位提升的教學目標。

二、課程思政改革思路及設計

（一）發揮專業特色，注重隱性教育

近年來，我國對微電子學專業的人才培養極其重視。國家“十四五”規劃已經將集成電路納入未來重要發展技術[3]。“半導體物理與器件”課程與當前的時代背景緊密切合，在課程思政實施方面具有一定的專業優勢。教師應發揮專業特色，在教學內容中穿插近兩年來與集成電路相關的國家政策，讓學生充分認識到集成電路作為信息產業的核心，對國家安全、工業、民生、經濟等領域的重要作用，讓學生了解我國在集成電路領域的“卡脖子”技術，從而教育學生積極投入微電子事業，培養學生的專業認同感及報效國家的責任心和使命感。教師需要將二者巧妙地融合在一起，注重隱性的思政育人，讓學生在課堂中不知不覺地接受德育。隱性的思政育人對教師的教學方法、教學模式、課堂內容等方面均帶來了挑戰。教師需要提前明確教學目標，做好教學設計，豐富教學內容，創新教學方式。

（二）明確課程目標，做好頂層設計

高校應圍繞價值塑造和能力培養相融合的集成電路人才培養目標，以課程育人支撐思政育人，以思政育人反哺課程育人，通過課程思政改革輔助學院培養新時代的集成電路人才[4]。西北工業大學微電子學院教學團隊從頂層設計了“1+2+3+X”的課程思政框架體系，并以“踐行社會主義核心價值觀，培養‘芯’人才”為主線，搭建課程思政整合平臺和創新實踐教育平臺，設計MOOC（慕課）、線上線下混合式、翻轉課堂三種教學模式，以實現思政內容在課程中全輻射的目標。

在課程思政整合平臺建設方面，高校可建立教學團隊和學生黨員師生融合黨支部。教師黨員既是黨支部成員，又是教學團隊成員，可以將思政育人從課堂拓展到支部活動，而且支部黨員作為模范代表可以帶領學生在課后主動自學課外內容。在創新實踐教育平臺建設方面，高校可利用學校團委、就業指導中心等機構建立社會實踐基地和就業實踐基地，多組織社會實踐活動，讓學生對行業有所了解，并提前做好職業規劃。此外，高校還可利用學院已有的科研平臺開展與課程內容相關的實踐研究，使學生在加深對課堂內容理解的同時，提升實踐動手能力。同時，教師應打破“半導體物理與器件”課程傳統的講授式教學模式，比如：利用MOOC資源拓展教學內容；利用雨課堂開展線上線下混合式教學，通過線上平臺及時反饋教學效果，從而動態調整教學內容；利用翻轉課堂將課堂主體從教師轉變為學生，通過課程群互動、課堂研討、分組辯論等形式，提升學生的參與度，引導學生養成獨立學習和思考的習慣。基于以上平臺和教學方式，教師可以隱性的方式將思政內容融入課堂教學，從而培養學生的愛國情懷、科學精神、哲學素養、創新思維等。

（三）挖掘思政元素，優化教學方式

課程思政的實施離不開思政元素，教師需要在課前深入挖掘思政元素，而思政案例能否被有效地融入課堂教學，則取決于教學方式的選擇。因此，教師需要對傳統的講授式教學模式進行優化，課前精心設計教學過程，讓學生在接受專業知識的同時，不斷地進行價值觀塑造。

根據“半導體物理與器件”課程內容，教師可將行業熱點、科學事跡、世界觀、人生觀、價值觀等思政案例融入課程教學。首先，在挖掘課程思政元素時，教師一定要結合課程特色，找準思政元素與課程內容的切合點，通過教學內容挖掘思政案例，不能將與課程內容無關的案例強行融入教學內容，可以從學生的生活、就業、興趣愛好、價值塑造、能力培養等方面尋找思政元素。其次，在課前、課中、課后等不同階段都要開展思政育人。在課前，教師要引導學生獨立學習，結合文獻閱讀、行業動態調研、科研故事搜集等方式布置預習作業，引導學生在預習的過程中發現問題并獨立思考。在課堂教學過程中，教師可通過線上線下、師生互動、分組討論等方式讓學生成為課堂主體，培養學生的主動學習意識，激發學生的辯證思維能力，讓學生通過主動探索的方式不斷學習專業知識。此外，教師還應將課堂內容延伸到課外，改變傳統布置作業的課外學習模式，給學生提供自由學習的機會，借助科研小課題、技術攻關、學術交流等方式，利用線上、課程群等渠道為學生分享課外學習內容，鍛煉學生的科研思維。最后，為了引起學生對思政教育的重視，教師可將課前、課中、課后所有環節都列入課程考核，并開展過程性評價，引起學生對學習過程的重視。

三、課程思政改革實踐

本文以“半導體物理與器件”課程中的“PN結的形成及工作原理”為例，分析西北工業大學微電子學院教學團隊開展課程思政實踐的過程。該部分內容從課前、課中和課后三個階段同時實行課程思政改革。在課前，教師給學生布置了兩方面的學習內容：一是復習N型材料和P型材料的導電機理；二是調研PN結在不同領域的應用，在課程群進行分享。在課堂教學中，教師結合P型材料和N型材料的導電性引入主題，提出問題：“P型材料和N型材料相互接觸時會形成怎樣的導電過程？”然后讓學生在課堂上討論，引導學生從載流子的運動過程分析工作原理。經過學生討論和教師的指導，最終得出PN結中主要存在漂移運動和擴散運動這一結論。同時，在對這一知識點進行講解的過程中，教師巧妙地融入了矛盾的對立統一哲學觀念，讓學生明白PN結中的漂移運動和擴散運動是相互抑制的。在講解完PN結整流特性和單向導電性的基本工作機理之后，教師還對學生進行分組，讓學生結合能帶變化、接觸電勢差、電流電壓特性、電容特性等相關基礎理論開展課后自主學習，隨后讓學生在課堂上講解。對于PN結知識點中的重難點，教師改變了以往的“灌輸式”教學模式，讓學生進行自主學習。這不僅加深了學生對重點知識點的理解和記憶，而且還有助于學生今后使用相同的方法分析其他器件的工作原理。自主學習和分組討論可以在無形中鍛煉學生主動思考、主動發現問題、團結協作的能力。同時，教師也根據實際情況對雪崩擊穿、隧道擊穿、熱電擊穿等內容進行了拓展與延伸。在對“PN結的擊穿”內容進行講解時，教師引入了“量變引起質變”的哲學道理，讓學生在平時生活、學習中注意堅持“量變適度”的原則。PN結是構成各種半導體器件的基礎。為了讓學生加深對PN結的理解，教師設置了課后實踐和調研作業，讓學生借助學院虛擬仿真平臺開展PN結工作原理、能帶變化、接觸電勢差的仿真實驗，使學生通過宏觀的器件仿真了解微觀的工作機制。同時，教師還引導學生借助實驗測試平臺測試二極管的電壓特性、電容特性、擊穿特性，以提升學生的實踐能力。此外，學生在課前調研時并未注意到我國在新型二極管方面存在的技術瓶頸，所以教師還讓學生在課后調研我國在特殊領域（如光電二極管、探測器、功率二極管、微波二極管）的二極管“卡脖子”技術難題，從而讓學生體會到國家發展半導體技術的重要性，進一步培養學生的專業興趣和專業責任感。

四、課程改革成效及改進措施

（一）課程改革成效

第一，結合專業特色進行了頂層設計，根據教學目標、教學內容和教學方式建立了課程思政框架體系；第二，系統挖掘了課程內容蘊含的思政元素，在遵循教學內容不縮減的原則上，增加了思政內容；第三，形成了一套創新性強并且可行的教學方式，以隱性教育的方式讓學生在專業知識學習過程中接受思政教育。

（二）改進措施

第一，建立系統的思政考核評價體系。需要制定更加精細的多元化考核標準，將學生的情感認知、價值觀取向、專業責任感等納入考核當中。

第二，借助課程思政培養“新工科”人才。“新工科”教育培養創新型人才的目標與課程思政目標一致。因此，教師需要將德育培養和學生的創新精神、創業潛質相結合，通過課程思政培養學生的創業意識和領導能力，構建符合時代發展和行業需要的“新工科”育人體系[5]。

第三，基于產教融合，培養學生的專業認同感。科技人才的培養既離不開高校的知識傳授，也離不開企業的行業引導。通過企業專家對行業技術和熱點的宣講，在企業和高校“雙導師”的指導下，學生對微電子學專業的學習興趣和認同感將會得到大大提升[6]。

“半導體物理與器件”是微電子學專業的核心課程，該課程概念抽象、公式復雜、理論性強，教師難講，學生難懂。但該課程緊貼時代背景，蘊含著大量的思政元素，是實施課程思政的典型課程。本文從課程育人、頂層設計、思政元素挖掘、教學方式改革等方面系統分析了課程思政改革路徑，并以“PN結的形成及工作原理”為例，闡述了課程思政改革實踐，最后分析了課程思政改革成效及下一步改進措施，以促進高等學校工科專業教學模式改革。