“半導體物理學”課程思政教育與教學建設探索

［摘 要］ 思政教育是課程教學中非常重要的環節，進行相應的課程改革建設并將思政元素融入課程，實現智育與德育的交互發展，深入貫徹落實習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上的重要講話精神，實現各類課程與思想政治理論課同向同行?！鞍雽w物理學”在教學過程中多維度融入思政元素，將專業課程與思政教育有機結合，寓價值觀引導于知識傳授和能力培養中?？茖W設計課程教學內容與手段，把學生作為課堂主體，培養學生自主探究學習的良好習慣，形成師生高效溝通交流的良性循環，提高學生的學習效果。課程中涉及較多的理論知識，通過與科技前沿結合的方式增強學生的學習興趣與創新能力，激發學生建設我國半導體事業的使命感和責任感。

［關鍵詞］ 半導體物理學；課程建設；思政育人

［基金項目］ 2022年度北京工業大學教育教學研究課題（ER2022SZB01）

［作者簡介］ 周麗星（1992—），女，河北邢臺人，博士，北京工業大學信息科學技術學院講師（通信作者），主要從事半導體器件物理研究；張亞民（1985—），男，湖南岳陽人，博士，北京工業大學信息科學技術學院副教授，主要從事新型半導體器件及可靠性研究；馮士維（1961—），男，遼寧蓋州人，博士，北京工業大學信息科學技術學院教授，主要從事微電子器件及光電子器件可靠性物理、新型半導體器件制備與特性研究。

［中圖分類號］ G641 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）38-0121-04 ［收稿日期］ 2023-05-22

引言

2016年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，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［1］。“敬教勸學，建國之大本；興賢育才，為政之先務?！保ㄖ焖此吨焖此衽d》）教育是民族振興、社會進步與發展的重要基石，重視教育、鼓勵學習是建設國家的根本，起用賢良培養人才，是治理國家的首要任務，要德政育人?！陡叩葘W校課程思政建設指導綱要》指出，要全面推進課程思政建設，幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀，以提高學生的綜合素質，促進學生的全面發展，使學生成長為優秀的社會主義建設者和接班人［2］。高等學校專業課程在專業人才培養中發揮著重要作用，也支撐著學校專業的發展。高等學校人才培養是育才和育人相統一的過程，建設高水平人才培養體系，必須將思想政治工作體系貫通其中，做好課程思政建設，協同發展專業課程的顯性教育和思政培養的隱性教育，將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體，落實立德樹人根本任務。

“半導體物理學”是電子科學與技術、微電子科學與技術等專業的重要基礎課程。我國半導體相關專業起步于1956年，由北京大學、復旦大學、吉林大學、廈門大學和南京大學聯合開辦了半導體物理專業。隨后，涉及微電子器件的專業都將“半導體物理”作為專業基礎課程之一。北京工業大學電子科學與技術專業起始于1964年，隨著時代的發展，專業名稱、學時不斷調整，該課程一直是專業核心基礎課程之一。盡管新材料不斷出現（如GaN、SiC、ZnO等），課程核心理論仍然是支撐半導體器件的重要基礎。隨著微電子與集成電路成為國家先導性、基礎性、戰略性和政治性產業，面對國家微電子與集成電路人才緊缺的局面，該課程也更凸顯其建設的重要性。如今社會利益多元化，學生的價值觀受多方面的影響，為培養半導體領域的專業技術高端人才，將思政元素融入課程教學，實現浸潤式的思政育人，以更好地引導學生對主流價值觀的認同［3］。

半導體芯片造就了信息時代的飛速發展，然而，我國高端芯片嚴重依賴于進口輸入，尤其在美國打擊中興、斷供華為之后，我國半導體產業的發展面臨極大挑戰，實現我國半導體產業的自立自強，把握核心關鍵技術，全面發展我國的半導體產業是迫在眉睫的重要任務［4］。在這樣的行業發展背景下，對高等學校半導體專業領域的人才培養提出了嚴格的要求?！鞍雽w物理學”是本領域一門核心的專業基礎課程，半導體物理學課程的建設顯得尤為重要，要培養學生解決半導體物理問題的能力，以及敢于面對挑戰、勇于擔當的精神，以達到為國家培養具有堅實專業知識，優良道德品質，深厚家國情懷的高素養專業人才。為此，本文進行如下課程建設與思政育人的探索和實踐。

一、課程建設目標

“半導體物理學”課程是電子科學與技術專業的專業基礎課，前續課程有“普通物理”“理論物理”“固體物理”，后續課程有“半導體器件物理”“集成電路設計”“光電子器件”和“功率器件”等。在專業課程體系中，“半導體物理學”是初步了解和掌握利用半導體晶體制備固態器件的首門課程。通過學習該課程，培養學生“芯片微小”卻是“大國重器”的家國情懷，以及以努力求學、擺脫技術封鎖為己任的胸懷；掌握在利用半導體制備核心器件過程中涉及的核心理論、知識點和分析方法；能夠運用數學、物理知識，建立半導體材料制備固態器件理論模型，正確分析其載流子運動行為及基本工作原理、性能參數與材料和制備工藝的關系；具備初步綜合分析PN結、MOS結構和金屬半導體接觸，以及其性能與影響因素關系的能力。

二、課程教學內容與方法

（一）優化教學方式，線上線下教學相結合

傳統的教學方式只是教師在課上進行單方面的講授，學生只是被動地接受知識，教師的講授方式和學生的學習方式都比較單一，加之本門課程自身的特性，課程中含有大量的物理概念、物理公式及數學推導等，學生聽課時容易感到疲乏，難以理解。對教學方式進行改革，學生在課上能夠輕松地主動接受知識，將會在很大程度上提高學習效果。如今信息社會互聯網快速發展，結合線上教學和學習方式也是教學模式發展的需要。本課程針對本校學生建設了線上課程，線上課程包含教學視頻、習題練習等內容。學生在進行學習時可以不受時間和空間等的限制，學習的自由度更高，也更便捷。利用線上教學平臺也可以反饋學生的學習情況，如學生的學習時長、學習頻率等。例如，針對某一內容的課程視頻學生的觀看時長較長、頻率較高，在一定程度上反饋了學生對此知識點的掌握存在一定困難，教師在課上將會有針對性地并更細致地講授這些重點和難點問題。因此，協同線上教學和線下教學，使兩種教學模式相互促進，有利于達到理想的教學效果。

（二）注重科技前沿與教學內容的結合

“半導體物理學”課程的物理概念與公式較多，理論性較強，學生對所學課程內容易產生倦怠心理，降低了學習的積極性［5］。為使學生更好地理解知識點，教師在教學過程中要發揮科研積累的優勢，充分展現新科技發展的動態，豐富教學內容，激發學生探索新知識的興趣。如今，半導體產業日新月異，科技成果層出不窮，然而教材的內容較為滯后，對新的科研成果涵蓋較少，教學與科研存在脫節現象。在快速發展的信息時代，學生接觸的新事物、新技術都在增加，學生的自我意識也在不斷增強。將科技前沿成果等內容融入教學過程，不僅能夠豐富課堂知識內容，還可使學生拓寬視野，同時在一定程度上培養了學生的科研思維能力。照本宣科的授課方式在極大程度上降低了學生的學習積極性，結合具體科研實例，使學生真正學以致用，激發學生的創新思維能力，使教學達到事半功倍的效果。比如，在講解PN結特性時，結合科研中的實例，將如何利用PN結隨溫度變化線性，測量器件工作溫升、預測器件壽命，并應用于衛星組件檢測、華為5G核心器件溫升測量等，使理論知識變得“鮮活”起來。將科技前沿與科研成果融入教學，使科研與教學相促相長，以實現對學生的專業技術和創新能力、科研思維等方面的培養。

（三）翻轉課堂的互動教學理念

翻轉課堂以學生為中心，了解學生在學習過程中的差異，促進各層次學生不同的發展，利用線上學習平臺作為翻轉課堂的主要支撐，線上學習資源作為學生獲取新知識的途徑，依據學生的自驅力來完成學習任務。通過精心設置預習內容，要求學生在課前預先學習并完成相關預習作業，初步了解學生對課堂內容的掌握情況，把握學生的學習情況，將理解有偏差的共性問題拿到課堂中進行深入討論。教師和學生是教學過程中的兩個主體，教學方法和教學模式相互配合才會獲得比較好的教學效果［6］。“半導體物理學”課程通過部分翻轉課堂的設計，做到有的放矢，激發學生的學習熱情，提高其參與度，使學生成為課堂的主導，逐步引導學生形成自主探究式的學習方式，這樣學習就不再是教師一味地單方面輸出，而是在師生互相研討的過程中進行知識的發掘，充分發揮了學生的主體性，更有利于學生進行自主學習與發展。

（四）以實踐教學培養學生的綜合能力

本課程在基礎理論教學的基礎上，增設了實踐教學的內容，通過實踐教學，幫助學生更深層次地理解基礎理論知識，并培養學生分析和解決實際問題的能力?！鞍雽w物理學”課程具有較強的理論性，也是與實際工程應用結合得比較緊密的一門課程。課程的第六章和第七章內容講述了基本的器件PN結和MOS結構，這是兩種基礎的半導體器件結構，且這兩個章節的內容也綜合了前幾章的內容知識。為鍛煉學生對知識的綜合掌握和靈活運用，本課程在這兩個章節設置了兩個工程類大作業，使學生能夠依據本課程所學的知識解決實際工程問題。以此方法使半導體理論和實際應用相結合，不僅加強了學生對知識運用的綜合能力，而且使學生體會到了學以致用的快樂，對于激發學生的學習興趣有事半功倍的效果。此外，在學生的總成績考核中增加對此部分實踐作業的考核，使學生在平時學習過程中始終保持較好的學習效率，以期更好地完成課程教學目標。

三、課程思政建設實踐

（一）課程思政育人目標

通過對當前國家微電子與集成電路行業的分析，面對國家先導性、基礎性、戰略性和政治性的集成電路產業，課程寓價值觀引導于知識傳授之中，培養學生的理想信念、家國情懷、民族自信、責任擔當、職業素養、行為規范等；引導學生要有責任擔當意識和愛國敬業、創新奮斗精神，并結合半導體工藝特性方面的特殊要求，培養學生遵從行業規范、保護知識產權的工程倫理素養。

（二）課程思政元素案例

針對當下高端集成電路技術成為國家產業鏈中“卡脖子”技術瓶頸問題，在課程講授中，通過典型案例持續融入微電子人的家國情懷與責任感，以潤物無聲的方式將正確的價值追求、理想信念有效地傳遞給學生。例如，通過中興、華為被制裁事件，引導學生認識到：中美貿易爭端實質上是對中華民族偉大復興的中國夢的阻撓，激發學生樹立家國情懷；通過介紹老一輩科學家在中華人民共和國成立之初，如何不畏險阻建立半導體學科、專業及人才培養體系的感人事跡，激發學生的愛國主義情懷；通過介紹我國在半導體各方向的發展現狀、差距及突破，激發學生踏實學好基本理論、實現科技興邦的動力?！笆奈濉币巹澗V要指出，瞄準集成電路等前沿領域，制定實施具有戰略性的科學計劃項目［7］。如今學生的個人專業發展與國家的戰略需求相吻合，使學生能夠融入國家戰略，發展自我、成就自我。

（三）思政融入方式探索

鑒于前期課程建設的措施，采用部分翻轉課堂模式，并結合線上線下的混合教學方法，同時利用本校提供的線上教學平臺，為思政建設提供了強有力的支撐和開展條件。

1.線上平臺為學生提供相關的學習視頻資料。如今短視頻對信息的傳播十分流行，將思政視頻內容嵌入線上學習平臺，促進學生樹立正確的價值觀，進行潛移默化的涵養，如上文中提及的老一輩科學家建設我國半導體的艱辛歷程，通過設置視頻任務，學生觀看視頻后寫下觀看感受，對我國的半導體發展有更深入的了解。

2.設計翻轉課堂，學生在課下進行學習，在課上進行知識的討論與延伸思考。例如，在講授MOS結構的相關內容時，設計思考點：器件尺寸持續微縮會造成的問題及所引入的技術革新，開闊學生的思維，并結合科研實例，使學生對知識技術在半導體行業的發展有清晰的體會，提高學生的創新能力。

四、課程建設成效

目前，學生的學習熱情大幅提高，在課堂教學中能認真參與課程的討論，并積極表達自己的想法，專注聆聽教師講課。在課堂講授中持續融入思政教育，充分調動了學生對學習本專業的熱情，增強了學生對自身專業的認同感，并能夠積極投入半導體行業的建設。“半導體物理學”課程作為多數學校的考研課程，學生繼續深造率逐年提高，從2018年的51%上升到2022年的80%，這體現了學生對我國半導體事業建設的支持和決心。本科學生積極參加各種科技競賽，取得了較好的成績，其中國家級獎項20余項，表現出了極大的創造力。

結語

科技自立自強是國家的強盛之基，在半導體領域核心技術上實現自給保障，才能真正突破制約我國半導體產業發展的“卡脖子”技術瓶頸。人才的培養在實現高新技術產業發展中不可或缺，教育是人才培養的關鍵?！鞍雽w物理學”作為電子科學與技術專業培養半導體領域人才的一門重要專業課程，是對實現人才培養目標具有重大影響的基礎性課程，其建設是十分有價值的。通過對“半導體物理學”課程在教學方法和手段上進行改革，使學生擁有更多的機會主動思考問題，培養學生自主探究的學習方式，提高了教學效果與教學質量。將思政元素融入課堂，學生在接受專業知識的同時，在德育方面也潛移默化地受到熏陶，逐漸建立起愛國自信、創新奮斗的精神，積極承擔起建設中國半導體事業的使命擔當，不斷走向自立自強。

參考文獻

［1］習近平在全國高校思想政治工作會議上強調 把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創我國高等教育事業發展新局面［N］.人民日報，2016-12-09（1）.

［2］教育部.關于印發《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知：教高〔2020〕3號［A/OL］.（2020-06-05）［2023-04-22］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

［3］于桂花.“課程思政”教學實踐路徑探析［J］.教育理論與實踐，2020，40（15）：27-29.

［4］張倩.《瓦森納協定》調整下中國半導體產業發展的思考［J］.電子技術應用，2020，46（10）：34-38．

［5］張強，郝潤芳，菅傲群，等.半導體物理學教學改革的探索與實踐［J］.物理通報，2021（11）：25-27.

［6］李明剛.優質課堂教學的基本要素［J］.教育研究與評論，2020（5）：72-76.

［7］中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要［EB/OL］.（2021-03-13）［2023-04-22］.http：//www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm.

Research on Curriculum Ideology and Politics Construction of Semiconductor Physics

ZHOU Li-xing， ZHANG Ya-min， FENG Shi-wei， ZHU Hui

（College of Information Science and Technology， Beijing University of Technology，

Beijing 100124， China）

Abstract： Ideological and political education is very important link to course teaching. It contributes to the coordinated development of intelligence education and moral education to integrate ideological and political elements into the curriculum， thoroughly implement the spirit of Xi JinPing， General Secretary of CPC at the National Conference on Ideological and Political Work for Colleges and Universities， combining the professional knowledge and moral instilling guides correct values during the students’ cultivation. We scientifically design the course content and enrich teaching method to improve teaching standard， guide students to develop the ability of independent inquiry learning and improve the communication between teachers and students. Considering the characteristics of the course which involves lots of theoretical calculation and physical concept， we introduce frontier technology to enhance student learning interest and creativity， inspiring their sense of mission and responsibility.

Key words： Semiconductor Physics; curriculum construction; ideological and political education