“半導體光學”產教融合課程設計與教學實踐探索

［摘 要］ 產教融合是產業與教育的深度合作，是高等院校提高人才培養質量的必然選擇。以研究生“半導體光學”課程為切入點，開展產教融合課程設計與教學實踐探索，將光電信息產業需求與半導體光學教學目標相結合。通過模塊化課程設計、引入行業專家和實踐基地建設豐富課程內涵，并在教學實踐中探索采用翻轉課堂、小組項目制、多元化評估與反饋等方法提升研究生的理論水平和實踐能力，增強其就業競爭力，以滿足光電信息產業發展的人才需求。

［關鍵詞］ 產教融合；半導體光學；課程設計；教學實踐；研究生教學

［基金項目］ 2022年度江蘇省高校“高質量公共課教學改革研究”專項課題“船海類行業特色高校大學物理課程資源建設與研究”（2022JDKT121）；2024—2026年國家自然科學基金——青年基金項目“基于層間激子庫倫作用調控的二維WS2/WSe2異質結超快時空動力學研究”（62305135）

［作者簡介］ 邊 昂（1989—），男，遼寧遼陽人，博士，江蘇科技大學理學院講師，碩士生導師，主要從事光學工程、低維半導體材料光譜學研究；戴 俊（1981—），男，江蘇揚州人，博士，江蘇科技大學理學院教授，博士生導師（通信作者），主要從事大學物理、半導體物理研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）52-0096-05 ［收稿日期］ 2024-08-01

產教融合是近年來高等教育中一個非常熱門的概念，指的是產業界與教育機構之間深度合作的一種模式，旨在通過校企合作、產學研一體化等方式，實現教育與產業的無縫對接。這種融合模式強調理論與實踐的結合，旨在培養具備實際操作技能和創新思維的高素質人才，滿足社會和經濟發展對專業人才的需求［1］。產教融合是高等院校提高人才培養質量的必然選擇［2-4］。推進產教融合培養人才，要把產教融合、協同育人理念貫穿人才培養全過程，面向產業需求深化教學內容與課程體系改革，以學科前沿、產業和技術最新發展成果更新教學內容；要對接需求，加強產學研協同育人，擴大校企合作科研的溢出效應，從理論、實踐、應用三個維度，打造校企聯合培養人才的平臺，聯合開發課程、編寫教材，共建專業、實習實訓基地和產業學院；要深化產教融合，推動專業學位研究生培養改革，完善與經濟社會發展相適應、具有中國特色的專業學位研究生培養新模式；要加強“雙師型”教師隊伍建設，聘請行業企業的技術與管理專家到高校兼職任教，并作為青年教師的實踐實習導師，同時促進企業主動為青年教師提供掛職實習鍛煉崗位，增強教師實施產教融合培養人才的實踐能力［5-7］。

產教融合課程是產教融合的落腳點，是教育領域中一種創新的教學模式。這種教學設計與實踐能夠讓學生在學習過程中接觸最前沿的技術和產業動態，培養其解決實際問題的能力；能激發學生的創新思維，促進高校科研成果的轉化應用，加速新技術從實驗室到市場的轉移；能使高校獲得寶貴的行業資源，如企業導師、實訓基地、真實項目等。這些資源可以顯著提升課程的實踐性和實用性，從而提高教育質量和學生滿意度。參與產教融合課程的學生有機會在學習期間積累行業經驗，了解職場文化和規范，甚至通過實習獲得就業機會，這無疑增強了畢業生的就業競爭力［8-10］。本文以“半導體光學”課程為切入點，介紹了研究生“半導體光學”產教融合課程設計與教學實踐探索。

一、“半導體光學”產教融合課程建設的必要性

半導體光學作為現代光電科學與技術的核心領域之一，在信息通信、能源、醫療、軍事、航天等多個高科技產業中扮演著至關重要的角色。在2000年國際工程科技大會上，著名物理學家丁肇中指出，光與物質相互作用的研究是最早的物理課題之一。半導體中的光學現象研究曾是材料科學的革命性轉折點，也開啟了原子核物理和原子能時代［11］。隨著半導體技術的快速發展，產業界對于具備扎實理論基礎與豐富實踐經驗的高級工程技術人才的需求日益增加。高校需要承擔起培養滿足產業需要的半導體人才的任務［12］。江蘇科技大學作為一所以理工為主的行業特色型大學，以服務國家海洋強國和科技強國戰略為己任，強化“船舶、海洋、蠶桑”三大特色，努力建設國內一流的造船大學。我校光電信息工程專業碩士學位授權點緊密結合辦學特色與優勢，確立了半導體光電子、激光光電子、能源光電子等專業特色培養方向，聚焦半導體光學在海洋智能感知、海底光通信技術、水下成像等領域的應用，培養具有海洋光學特色的半導體光學人才。當前半導體產業正面臨技術迭代迅速、市場需求多樣化等挑戰，企業急需既懂理論又能動手解決問題的復合型半導體人才；在國家層面，半導體產業被視為戰略性新興產業，是國家安全和經濟競爭力的關鍵。“半導體光學”產教融合課程的建設有助于培養國家急需的半導體專業人才，支撐國家重大戰略目標的實現。

二、“半導體光學”產教融合課程設計

“半導體光學”產教融合課程設計的目的是在傳統單一化的教學模式基礎上，采用模塊化的課程設計、引入行業專家和實踐基地建設來實現產教融合，并在此基礎上進行教學實踐探索。

（一）模塊化課程設計

通過多個模塊化的課程改革設計將課程分為理論學習、實驗操作、項目實踐三個模塊，每個模塊都有明確的學習目標和評價標準。

1.理論學習模塊。本模塊旨在為學生打下堅實的理論基礎。側重于在傳統的半導體光學的基本原理的學習基礎上，增加最新研究進展等內容的講授與討論。這部分內容不僅包括對經典半導體光電子理論和重要概念的詳細講解，還將融入當前光電科技領域前沿技術的發展動態和最新科研成果，幫助學生了解學科的發展趨勢。課程將通過課程講授、科研論文閱讀和小組討論等多種形式，促使學生深入思考，培養他們獨立分析和解決問題的能力。基于我校物理學和光電信息工程等專業研究生的培養方案，以及半導體光學相關知識的學習要求，重點關注半導體的光與物質相互作用機制及其光譜學分析能力。課程大綱中選用了經典的半導體光學教材《固體光譜學》［4］。教材共包含十個章節，課程設計時根據教學內容和授課計劃將其重新劃分為四個主要部分：基本光譜學常數和測量方法、半導體基本光學躍遷與發射、復雜體系下半導體光學特征、半導體晶格振動光譜學。通過這四個部分的系統學習，更有助于建立各章節之間的統一與聯系，加深學生對知識體系的理解。

2.實驗操作模塊。學生在科研實驗室中通過親自動手操作、驗證實驗與探究實驗，加深對半導體理論和光譜學現象的理解。本模塊設計了多種實驗項目，從基礎光學實驗到復雜的半導體光學器件制作和光譜學測試，涵蓋半導體材料的基本制備、半導體吸收光譜、半導體熒光光譜、半導體時間分辨熒光光譜、半導體瞬態吸收光譜、半導體橢圓偏振光譜儀、微驅系統或超低溫條件下的半導體光譜測試，以及發光二極管器件和半導體光電探測器件制備和測試，全面覆蓋課程的各個知識點。學生將在實驗過程中學習如何使用各種實驗儀器和設備，掌握標準的實驗操作流程和數據分析方法。同時，實驗操作模塊也注重培養學生的實際動手能力和解決實際問題的能力。通過設置開放性實驗題目和項目式實驗，包括新型半導體材料獨立基本制備與探究等，加入系統全面的控制變量實驗組和對比實驗組。這種完整的科研實驗流程，使學生在實際操作中遇到問題并解決問題。教師將給予個別指導，幫助學生糾正操作中的錯誤并理解實驗現象背后的理論機制。此外，還將組織學生撰寫實驗報告，進行實驗結果的討論和交流，分析其與理論結果的差異及其來源，提升他們的科學寫作和表達能力。通過這種全方位的實驗訓練，學生不僅能夠鞏固課堂所學的理論知識，還能提升實驗設計與操作技能，為未來的科學研究和就業打下堅實基礎。

3.項目實踐模塊。該模塊旨在引導學生主動與光電半導體企業合作，讓學生參與到實際的科研或生產項目的合作中，如與光電企業合作開發光電傳感器，參與LED照明系統的開發與應用、半導體激光器在通信中的應用等項目，提升解決實際問題的能力。這一模塊通過校企合作的方式，使學生能夠接觸到當前行業中的技術難題和創新項目。學生將在企業導師的指導下，參與上述項目的各個環節，從需求分析、方案設計、實驗實施到最終的結果驗證，全面了解和體驗項目的全過程。在此過程中，學生不僅能夠應用所學的理論知識，還能學到許多課堂之外的實際技能，如項目管理、團隊合作、問題解決以及溝通協調等。企業導師和校內導師將對學生的項目進展進行共同監督和指導，定期組織項目評審和討論會，幫助學生及時發現和解決問題。同時，通過與企業工程師和技術人員的交流，學生能夠了解行業的發展動態和實際需求，拓寬視野，積累寶貴的實踐經驗。項目實踐模塊的設置旨在縮短理論與實際應用之間的距離，培養學生的實踐能力和創新能力，使他們在畢業后能夠更快地適應和勝任相關工作崗位。

（二）行業專家引入

定期邀請校區所在地及周邊城市的半導體行業專家和工程師到校授課。邀請單位包括揚州揚杰電子科技股份有限公司、中節能太陽能科技（鎮江）有限公司、泰州中來光電科技有限公司等光電子高新技術企業。專家將分享行業動態、技術趨勢和實踐經驗，以增強課程的實用性和前沿性。通過這些專家講座，學生可以了解到當前半導體光學領域的最新技術進展和實際應用案例，深入理解理論知識在工業中的具體實現。此外，專家豐富的行業經驗和實踐技巧能夠為學生提供職業發展建議和技能培訓，幫助他們更好地規劃職業路徑。這種直接與行業領袖接觸的機會，不僅能激發學生的學習興趣和創新思維，還能讓他們意識到行業對技術和人才的具體需求，進而調整自身學習重心和方向，不斷提升自我。專家授課的內容還將融入課程評估體系，通過專題研討、問題討論和項目合作等形式，確保學生能夠充分吸收和應用所學知識。這種引入行業專家講座的校企合作的方式，有助于構建一個理論與實踐緊密結合的教學體系，培養具有前瞻性思維和實際操作能力的復合型人才。

（三）實踐基地建設

學校積極與揚州揚杰電子科技股份有限公司、中節能太陽能科技（鎮江）有限公司、泰州中來光電科技有限公司等半導體相關企業建立緊密的合作關系，共建實習實訓基地，為學生提供實地操作的機會，增加其實踐經驗以及增強其就業競爭力。對于我校光電信息工程碩士點，鼓勵研究生在讀期間參與一定時間的企業實習，尤其對于專業學位碩士研究生的培養，安排派駐企業為期不少于六個月的企業實習。通過在這些基地進行實習和實訓，學生可以直接參與到半導體光電子相關企業的日常工作和項目開發中，了解實際生產流程和技術應用。企業將為學生安排具體的實訓任務，包括半導體芯片工藝制造、發光LED設計、光伏材料與薄膜制備、光電探測器件生產等項目，使他們在真實環境中應用所學知識，解決實際問題，同時積累工作經驗。學校和企業將共同制訂實習計劃和培訓內容，確保學生在實習期間能夠系統地學習和掌握半導體制造工藝和發光材料與器件的設計與制備等相關技能。企業導師和學校導師將密切合作，對學生的實習進行全程指導和評估，及時反饋和解決遇到的問題。此外，實訓基地還將為學生提供與企業員工交流和學習的機會，使他們了解光電子產業的最新發展趨勢和技術創新，提升職業素養和專業能力。這種校企合作模式不僅為學生提供了寶貴的實踐平臺，也為企業輸送了高素質的技術人才，實現了雙贏。通過實踐基地建設，學生不僅能夠將課堂知識轉化為實際操作能力，還能提高自身的就業競爭力，更好地適應未來的職業挑戰。

三、“半導體光學”產教融合課程教學實踐

在上述課程設計的基礎上實施了教學實踐，教學實踐中探索采用翻轉課堂、小組項目制、多元化評估與反饋等方法，提高了研究生的理論水平和實踐能力。

（一）翻轉課堂

通過翻轉課堂，將傳統的知識傳授環節移至課外。在慕課網等線上教學平臺上，授課教師提前錄制并發布每節理論課或實踐課所對應的課程導入的教學視頻、部分知識背景課件和思考題目資料。例如，理論學習模塊中半導體光物理過程的動畫演示，實驗操作模塊的詳細演示視頻，項目實踐模塊中的項目背景資料，均可用于引導學生自主預習。

在翻轉課堂的實施過程中，學生需要在課前觀看教學視頻、查閱相關資料，并完成預習任務。這不僅能夠讓學生以自己的節奏掌握知識，還可以帶著具體問題和思考進入課堂。課堂上，教師通過引導式提問和自由討論，促進學生之間的互動和思維碰撞，幫助他們深入理解和應用所學知識，從而極大地提高了課堂效率和學生的參與度。教師還可以在實驗操作和項目實踐之間，設計插入短暫的具體輔助分析環節，如仿真模擬實驗和數據建模分析等，這既能夠很好地銜接理論學習和具體實驗，又能讓學生在動手操作的同時，豐富學習維度，提高對實際復雜數據的分析處理能力。如在發光二極管和光伏器件的學習中，還可以增加虛擬仿真的上機實踐部分，模擬實驗室中難以實現的過程，為后續在企業實訓中可能遇到的問題做好充足的準備。同時，通過即時的問題與互動，教師能夠及時了解學生的學習情況，針對性地解決他們的疑問和困難。翻轉課堂的教學模式，不僅激發了學生學習的主動性和積極性，還培養了他們的自主學習能力和批判性思維，使教學效果得到了顯著提升。

（二）小組項目制

小組項目制通過讓學生分組完成實際的半導體光電子企業基礎研發項目，培養他們的團隊合作能力、項目管理能力以及解決實際問題的能力，并鼓勵跨學科背景的學生互相學習，取長補短。根據具體合作企業的核心產品對項目小組進行分類，例如，半導體器件小組可前往江蘇揚杰半導體有限公司，跟進半導體器件、MOSFET晶體管、IGBT功率模塊等子項目；光伏小組可針對中節能新能源泰州的光伏項目進行子項目的設計與實施；發光器件小組可以派駐蘇州長光華芯光電技術股份有限公司進行發光芯片項目或半導體激光器等子項目。在項目實施過程中，學生需要共同制訂項目計劃，分配任務，并在項目進行中定期匯報和調整，以確保項目按時保質完成。每個小組成員都要發揮自己的特長，同時學習他人的優點，形成有效的協作機制。教師在項目進行過程中起到指導和監督的作用，幫助學生克服遇到的技術難題和協調溝通問題，并提供必要的資源支持。

項目的最終成果將以書面報告和現場展示的形式進行評估，評估標準不僅包括技術內容的準確性和創新性，還注重團隊協作過程、項目管理效率和問題解決能力。通過這種全方位的實踐訓練，學生不僅能夠將課堂所學的理論知識應用到實際項目中，還能提升自己的溝通、協調和領導能力。最終，小組項目制不僅讓學生獲得了豐富的實踐經驗，還增強了他們的自信心和職業素養，為他們未來的科研和職業發展奠定了堅實的基礎。

（三）多元化評估與反饋

實施多元化評估體系，包括自我評估、同伴評估、教師評估和企業導師評估，及時反饋學習效果，調整教學策略。自我評估鼓勵學生反思自己的學習過程和成果，幫助他們識別自身的優缺點，制定更有針對性的學習目標。同伴評估則通過小組內成員之間的互評，促進學生之間的交流與合作，增強團隊的凝聚力和責任感。教師評估通過日常觀察、作業和項目結果進行全面考量，及時向學生提供專業反饋，指出改進方向。企業導師評估則結合實際項目的進展與成果，提供行業視角的評價，幫助學生了解自身在實踐中的表現和未來發展的方向。這種多元化的評估機制能夠全面反映學生的學習狀況，確保評估的公正性和多維性，使教師能夠根據反饋及時調整教學策略，優化教學內容和方法，進一步提升教學效果和學生的學習體驗。通過這種綜合評估體系，學生不僅能夠獲得更全面的成長，也能夠在實踐中不斷提升自己的專業能力和競爭力。

通過這些教學方法的探索和實施，不僅提升了學生的理論知識和實踐能力，還有效培養了他們的自主學習和創新能力，取得了顯著的教學效果。近年來，我校光電信息工程專業的碩士研究生就業率保持在100%，絕大多數進入半導體光電子、激光光電子、能源光電子等行業，受到兄弟院校和企業的高度認可，為國家半導體光電信息產業的發展做出應有的貢獻。

結論

本文通過對研究生“半導體光學”產教融合課程設計與教學實踐的探索，取得了顯著的效果。基于光電信息產業的需求，將教學目標與行業需求緊密結合，采用模塊化課程設計，結合行業需求，通過引入行業專家授課、與企業共建實踐基地，為學生提供理論與實踐相結合的學習平臺。在教學實踐中，探索了翻轉課堂、小組項目制和多元化評估與反饋等教學方法，提升了學生的主動性和參與度，培養了學生團隊合作和解決實際問題的能力，還通過多元化評估體系全面考查學生的學習效果，增強了他們的就業競爭力，滿足了光電信息產業的發展需求。這一探索為光電專業研究生教育提供了有效路徑，提升了人才培養質量，具有重要推廣價值。

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Curriculum Design and Teaching Practice Exploration of Integration of Industry and Education in Semiconductor Optics

BIAN Ang， HU You-you， DAI Jun

（School of Science， Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang， Jiangsu 212100， China）

Abstract： Industry-education integration is a deep cooperation between industry and education， and is an inevitable choice for colleges and universities to improve the quality of talent training. This paper takes Semiconductor Optics as the starting point to carry out the “industry-education integration” course design and teaching practice exploration， combining the needs of the optoelectronic information industry with the teaching objectives of Semiconductor Optics. Through modular course design， this paper introduces industry experts and the construction of practice bases to enrich the course content， and explores the use of flipped classrooms， group project systems， diversified evaluation and feedback in teaching practice to improve the theoretical level and practical ability of graduate students， enhance their employment competitiveness， and meet the talent needs of the development of the optoelectronic information industry.

Key words： industry-education integration; Semiconductor Optics; course design; teaching practice; postgraduate education