面向光電材料專業創新需求的課程教學模式探索

［摘 要］ 為給半導體行業國產裝備的替代研發、攸關國家戰略安全的關鍵“卡脖子”技術突破提供人才儲備，按照卓越創新人才培養目標，根據學科特色，通過與專業知識有機結合，調整教學內容，改進教學方法，培養學生的思維能力和應用能力，培養滿足光電功能與信息材料類學科創新需求的卓越人才。通過教學改革，建立完整的，符合高端化、國際化、工程化培養要求的，適合光電功能與信息材料類學科創新需求的課程教學模式。改革成果將對光電功能與信息材料類專業的其他專業基礎課程以及其他高校光電功能與信息材料類專業的教學改革具有重要的參考價值。

［關鍵詞］ 光電功能與信息材料；創新需求；課程教學模式；材料科學與工程

［基金項目］ 2020年度國家自然科學基金“非極性ZnO薄膜的跨層缺陷調控及光電性能優化”（51972283）；2022年度浙江省普通本科高?！笆奈濉苯虒W改革項目“把握新校區建設契機全面提升材料專業實驗教學”（jg20220016）

［作者簡介］ 潘新花（1982—），女，浙江湖州人，博士，浙江大學材料科學與工程學院副教授，主要從事半導體功能薄膜材料、ZnO基發光器件研究；王鳳志（1993—），女，山東諸城人，博士，浙江大學材料科學與工程學院助理研究員，主要從事半導體材料研究；葉志鎮（1955—），男，浙江蒼南人，博士，浙江大學材料科學與工程學院教授，中國科學院院士，主要從事半導體薄膜與器件研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）11-0017-04 ［收稿日期］ 2023-02-02

引言

信息產業是我國全面建成小康社會和創新型國家的戰略性、基礎性和先導性的支柱產業，在迎來巨大發展機遇的同時，也面臨著技術更替加快、全球新一輪產業轉移和競爭加劇等嚴峻挑戰，但是目前我國產業核心基礎薄弱、創新能力不足等問題仍較突出，必須盡快實現向創新效益型的轉變。其關鍵在于培養一批能夠站在建設信息產業強國戰略高度、掌握產業發展趨勢及關鍵技術的高素質工程創新人才。

半導體材料是現代信息產業的基礎，半導體薄膜是新型光電子器件和超大規模集成電路的核心，而優質半導體薄膜材料和結構的實現依賴于其制備技術［1-2］。浙江大學材料科學與工程學院開設的“薄膜材料技術與物理”課程是由我國知名半導體薄膜專家葉志鎮院士開創的本科生專業選修課程，是浙江省的精品課程。本課程立足學科前沿，密切結合國家科技創新與經濟發展的重大戰略需求，促進教學與行業/產業實踐應用相結合，系統講述各種半導體薄膜、結構及器件的制備技術、物理基礎、裝備支撐及產業應用［3］。通過該課程的學習，可培養學生在實踐應用場景中根據需要優選相關半導體材料結構的制備技術路線、掌握影響材料構效關系的物理本質和工藝優化路徑、增強半導體材料與器件結構的設計能力。同時，也為半導體行業國產裝備的替代研發、攸關國家戰略安全的關鍵“卡脖子”技術（如半導體芯片）突破提供人才儲備。

一、存在的問題

對于光電功能與信息材料類專業的學生，如何在學院開設的專業課程中激發學生的創新意識是一個值得探討的問題。目前光電功能與信息材料類學科的課程教學體系取得了不錯的效果［4-6］。但難以滿足快速發展的光電信息技術的創新需求，主要存在以下兩個方面的教學問題。

從教學內容看，“薄膜材料技術與物理”課程內容包括半導體薄膜材料與器件制備技術的發展歷史、基礎理論、工藝制程、相關裝備等，包含的內容寬泛、理論強、概念多。課程的設置主要是針對光電功能與信息材料類專業的學生側重介紹薄膜材料與器件的制備技術與相關物理知識，由于覆蓋范圍廣，對采用所學知識解決實際工程問題的引導和相互融合方面有待加強。學生對相關物理知識有一定的了解，但對薄膜材料和相關的薄膜技術的掌握停留在表面，缺乏對其本質的深入理解以及在實際工程創新中的深刻認識［7-9］。

從教學方法看，“薄膜材料技術與物理”課程作為專業基礎課，基本以傳統的知識點講授和課程作業為主要教學方法，與工程專業特色結合不緊密，思維方式、思辨邏輯、研究方法等方面的引導有待提升。一方面，單純講授相對枯燥的知識難以激發工科學生的興趣，導致學生主觀能動性下降，教學效果必然受到影響。另一方面，缺乏分析和解決實際工程問題的思路引導，導致以知識傳授為核心，對學生解決問題能力的提高不足［10-12］。

以上問題也是目前工科專業在專業課程中普遍存在的一些共性問題。因此，按照卓越創新人才培養目標，根據學科特色，通過與專業知識有機結合，調整教學內容，改進教學方法，培養學生的思維能力和應用能力，培養滿足光電功能與信息材料類學科創新需求的卓越人才。

二、教學內容與教學方式的改革

（一）建立緊密結合光電功能與信息材料類專業特色的教學內容

在做好經典基礎知識、基本概念和理論、關鍵技術等講授的基礎上，圍繞經濟社會需求和國家重大發展戰略關切，及時充實國內外相關領域的最新成果，進行教材修訂和課堂教學內容更新，保障教學內容的先進性和前沿性。

在課堂教學中，將習近平總書記關于教育的重要論述和對浙大重要指示精神等思想政治內容與專業知識講授進行有機結合，聚焦立德樹人，引導學生胸懷使命愿景、涵育家國情懷，服務“國之大者”，實現自己的人生價值。堅持立德樹人的“全過程、全方位”育人理念，完善“科學化”的育人體系。全方位引導學生堅定理想信念、厚植愛國主義情懷、加強品德修養、增強奮斗精神。培養具有中華文化底蘊、社會主義核心價值觀和國際視野的人才。通過課程思政方式，將知識傳授與價值引領相結合，激發學生的求知欲望，培養學生的專業責任感、使命感、自豪感，提高他們的自我學習能力和科研創新意識。

在“薄膜材料技術與物理”的教學中，結合本學科的發展歷史和現狀，將社會主義核心價值觀、家國情懷、創新意識和工匠精神融于課堂。在講述半導體先端制備技術MOCVD過程中，結合近幾年國內的行業發展現狀——MOCVD生產裝備從高價進口到國產MOCVD已占藍光LED制造領域一半以上份額的生動實例，切實增強學生的專業自信心和國家自豪感。引導學生辯證理解我國在半導體行業取得的成績以及在核心技術領域存在的差距，激發他們的學習興趣和熱情。鼓勵作為青年學生中的佼佼者——浙江大學材料科學與工程學院的本科學子理應擔當歷史使命與責任，為解決攸關國家戰略安全的半導體“卡脖子”技術（如半導體芯片）貢獻自己的力量和智慧，走科技報國之路。

同時，為了適應時代的發展和學校學科建設的需要，課程講授內容進行不斷的完善和發展。將理論和實踐相結合，深入介紹半導體薄膜技術的物理基礎，每種制備技術均結合一種或幾種半導體材料進行針對性論述。在此基礎上，融合多年的教學科研實踐，將科研第一線的相關研究成果帶入課程教學中。將最近前沿的溶液法技術及發光器件的制備加入了教學中，新增了溶液法制備LED的最新進展（量子點LED、鈣鈦礦LED、有機LED），使課程覆蓋了新型半導體薄膜材料的生長技術和物理基礎。

（二）探索培養光電功能與信息材料類專業創新能力的教學方法

在特定知識點，引入標桿人物的事跡，激發學生的學習興趣，加深他們對于專業知識的理解。除電子教案外，還將建立教學網絡平臺，實現教學課件網絡化。課程相關資源（科研視頻、教學圖片、討論題等）上傳到教學網絡，讓學生根據需要選擇學習，實現因材施教。同時，加強實踐課程，將實驗室的資源融入課程中，將課本上所學的理論知識與實踐結合起來，安排學生進實驗室參觀相關的薄膜生長設備，并在實驗室給學生現場演示相關薄膜制備技術用于生長薄膜材料。

在講述浙江大學半導體學科的發展歷程中，以闕端麟先生為例，鼓勵學生學習他的遠見卓識和開創精神；通過講述闕先生在艱苦的條件下創建浙江大學硅材料國家重點實驗室，為中國半導體材料產業做出重大貢獻的實例，啟迪大家要有堅強的信念和不屈的奮斗精神。以我國半導體之母——林蘭英先生沖破重重阻撓，放棄高薪回到祖國懷抱，為國家的半導體材料事業鞠躬盡瘁的事跡，激勵同學們要有為國奉獻的信仰和情懷。

同時，對光電信息領域的實際工程問題開展引導式教學，引導學生主動思考，培養學生解決問題的能力。通過講述最新的光電功能與信息材料類學科的實例，對學生的知識進行鞏固和再現，增強學生對專業知識的理解，也加深其對所學知識在實際中應用的認識。

要想將所學知識點熟練掌握和靈活運用，最好的方式是給學生提供各種各樣的應用和實踐機會。在課程中，把應用能力作為考查重點，通過課程大作業的形式給學生提供獨立解決問題的培養機會，提高學生的創新能力。

將課內外進行結合，鼓勵學生參加大學生創新項目、科研訓練計劃、挑戰杯等活動，進一步理解和深化所學的知識，并用以解決具體問題，把課程知識上升到學科創新的高度，形成論文和專利等成果。

三、教學特色與創新

（一）課程教育與立德樹人相結合

在課程教學中圍繞“堅定理想信念、厚植愛國主義情懷、加強品德修養、增長知識見識、培養奮斗精神、增強綜合素質”育人目標，將立德樹人融入課程教育環節。

（二）基礎性與前沿性相結合

本課程包含半導體薄膜技術的經典基礎知識、各發展歷程中的關鍵技術和重要方向，還充實了相關高新科技領域中的新成果和新發展，增強了內容的先進性和前沿性。

（三）系統性明顯

課程教學中除講述蒸發、濺射、脈沖激光沉積、電化學沉積等傳統鍍膜技術外，還重點闡述了應用于現代光電子和微電子的金屬有機物化學氣相沉積、分子束外延等先進半導體薄膜技術。

（四）理論性和實踐性相結合

課程不僅介紹半導體薄膜技術涉及的物理基礎和理論，講述每種制備技術時均結合一種或幾種典型半導體材料進行針對性論述，同時針對每種薄膜制備技術進入實驗室現場參觀學習。

結語

通過知識傳授與價值引領相結合的形式，實現課程教學內容與教學方法的改革。提煉薄膜材料體系中所蘊含的思政價值和精神內涵，適當增加課程的人文性，提升時代性和開放性。把學科方法論教學與科學精神的培養結合起來，提高學生正確認識、分析和解決問題的能力。注重科學思維的訓練和科學倫理的教育，培養學生探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感，努力促進學生在自主學習、健康成長、責任擔當、實踐創新等方面得到發展。通過本文的教學改革，建立完整的，符合高端化、國際化、工程化培養要求的，適合光電功能與信息材料類學科創新需求的課程教學模式，提高學生解決光電信息領域實際問題的能力。通過課內外結合的方式，學生解決自主選取的實際問題，獲得創新性成果。本文改革的成果，對光電功能與信息材料類專業的其他專業基礎課程以及其他高校光電功能與信息材料類專業的教學改革將有較大的參考價值。

參考文獻

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Exploration on the Teaching Mode of Professional Courses for the Innovation Demand of Optoelectronic Materials Majors： Taking the Course “Thin-Film Material Technology and Physics” as an Example

PAN Xin-hua， WANG Feng-zhi， YE Zhi-zhen， LYU Bin， LIU Fu

（School of Materials Science and Engineering， ZhejiangUniversity， Hangzhou，

Zhejiang 310030， China）

Abstract： Providing talent reserves for the replacement research and development of domestically produced equipment in the semiconductor industry， as well as breakthroughs in key “bottleneck” technologies that are crucial to national strategic security， following the goal of cultivating outstanding innovative talents， this paper adjusts the teaching content and improves the teaching methods through organic integration with professional knowledge according to the subject characteristics， to cultivate students’ thinking ability and application ability， and cultivate outstanding talents who meet the innovation needs of optoelectronic function and information materials disciplines. Through the teaching reform in this paper， a complete course teaching model that meets the requirements of high- end， international and engineering training and is suitable for the innovation needs of optoelectronic functions and information materials disciplines is established. The results of the reform will have important reference value for other basic courses of optoelectronic function and information materials major， as well as the teaching reform of optoelectronic functions and information materials majors in other universities.

Key words： Optoelectronic function and information materials; Innovation demand; Curriculum teaching mode; Materials Science and Engineering