“三位一體”教學模式探索與實踐

摘" 要：隨著科技的迅猛發(fā)展，半導體材料在集成電路、電子信息、新能源等領域的重要性日益凸顯。為提升學生的綜合素質(zhì)和實踐能力，該文探討半導體材料“三位一體”教學模式的探索與實踐，包括理論教學及實驗實踐兩方面的融合。在這一模式下，通過系統(tǒng)的理論課程與實際操作相結(jié)合，學生不僅掌握半導體材料的基本知識和前沿動態(tài)，還能夠通過參與項目實踐，加深對理論的理解，提升解決實際問題的能力。通過案例分析和實踐反饋，驗證該模式在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和解決實際問題能力方面的有效性。對于該教學模式的深入實施，將進一步推動教育與產(chǎn)業(yè)的融合，培養(yǎng)出更多適應時代需求的創(chuàng)新型人才。通過將學生的學習與社會需求相結(jié)合，提升學生的社會責任感和實踐能力，不僅為學生的個人發(fā)展奠定基礎，也為國家的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻力量。

關鍵詞：半導體材料；三位一體；交叉學科；教學模式；實踐

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）11-0124-04

Abstract： With the rapid development of technology， the importance of semiconductor materials in fields such as integrated circuits， electronic information， and new energy is becoming increasingly prominent. To enhance students' comprehensive quality and practical abilities， this paper explores the \"Trinity\" teaching model for the \"Semiconductor Materials\" course， including the integration of theoretical teaching and experimental practice. Under this model， by combining systematic theoretical courses with hands-on practice， students not only master the basic knowledge and cutting-edge developments in semiconductor materials but also deepen their understanding of theory and improve their ability to solve practical problems through participation in project-based practices. Through case analysis and practical feedback， the effectiveness of this model in fostering students' innovation capabilities and problem-solving skills is verified. The further implementation of this teaching model will promote the integration of education and industry， cultivating more innovative talents who are adaptable to the needs of the times. By aligning students' learning with societal demands， the model enhances students' sense of social responsibility and practical abilities， laying a foundation for their personal development and contributing to national technological innovation and industrial advancement.

Keywords： Semiconductor Materials; trinity; interdisciplinary; teaching method; practice

集成電路制造業(yè)作為信息通信、自動控制、網(wǎng)絡技術等眾多領域現(xiàn)代化產(chǎn)品的基礎，是國家科技水平和綜合實力的核心體現(xiàn)。隨著人工智能、5G、高性能計算等領域的快速發(fā)展，對高端芯片的需求持續(xù)增長，集成電路產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展階段。尤其是在國內(nèi)推進半導體產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)替代和信息化、數(shù)字化建設的背景下，集成電路相關專業(yè)人才需求急劇上升，專業(yè)教育也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)[1]。在這樣的背景下，培養(yǎng)一批既具深厚理論基礎，又具備實踐能力的集成電路及微電子領域的專業(yè)人才，成為了高等教育中亟待解決的重要任務[2]。

南方科技大學深港微電子學院于2019年1月獲批國家示范性微電子學院，作為粵港澳大灣區(qū)的創(chuàng)新型學院，致力于培養(yǎng)集成電路領域的高端人才。深港微電子學院匯聚了粵港澳大灣區(qū)世界著名高校的優(yōu)勢教學資源，并建有一流的科研平臺，微納工藝研發(fā)平臺和IC設計與測試平臺，聚焦集成電路設計方法學、集成電路設計、集成電路制造與工藝、微納系統(tǒng)與集成四大研究方向展開教學與科學研究。學院注重融合理論與實踐，強調(diào)教學內(nèi)容的前沿性與應用性，努力為半導體行業(yè)培養(yǎng)出既具深厚理論基礎，又具備實踐操作能力的人才[3]。

半導體材料是深港微電子學院微電子科學與工程專業(yè)開設的一門專業(yè)限選課，旨在系統(tǒng)地介紹典型半導體材料的特性、制備方法及表征技術。本課程的內(nèi)容涵蓋了半導體物理、材料科學、器件原理、材料加工技術和材料表征技術等多個方面。這些內(nèi)容構成了學生全面理解半導體材料基礎的知識框架。同時，該課程還注重培養(yǎng)學生的綜合能力，拓寬他們的專業(yè)視野，幫助學生了解半導體材料領域的國際前沿研究成果和發(fā)展趨勢，為未來的學術研究和產(chǎn)業(yè)實踐奠定基礎。通過課程的學習，學生能夠扎實掌握半導體理論基礎，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新意識，樹立嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度。這為學生在科研理論領域的進一步發(fā)展奠定了堅實的基礎，同時也為他們將來投身國家半導體行業(yè)提供了有力保障[4]。

一" 課程教學現(xiàn)狀

傳統(tǒng)教學模式往往側(cè)重于理論知識的傳授，忽視與實際應用的結(jié)合，這導致學生在畢業(yè)后往往難以適應行業(yè)快速發(fā)展的需求。傳統(tǒng)的教學模式在實踐環(huán)節(jié)上的短板，特別是在集成電路制造和半導體材料領域，亟待進行改革[5]。在半導體材料教學中，盡管學生在前期已經(jīng)修習了多門與材料相關的實驗課程，少數(shù)學生也參與過科研訓練，但在實踐層面上，他們對材料制備方法及相關設備的了解仍顯不足，尤其是在分析和解決實際問題的能力方面存在一定的差距。與此同時，課程中的材料制備與表征部分涉及的知識與實際應用緊密相連，但由于學生缺乏對設備及工藝的深刻理解，許多內(nèi)容對于他們來說顯得遙不可及，難以消化。實踐教學作為輔助半導體材料課堂教學的重要手段，能夠幫助學生直觀地理解材料及器件的制備流程和工藝技術。然而，半導體材料的制造一般需要在潔凈環(huán)境下進行，這使得學生很難進入企業(yè)的生產(chǎn)核心區(qū)域，深入了解生產(chǎn)工藝流程。加之相關企業(yè)的標準化管理流程限制了學生實踐機會，實踐教學資源的匱乏在某種程度上影響了教學效果。因此，探索一種將課堂教學與實習實踐相融合的教學模式顯得尤為重要[6]。

二" 三位一體教學模式的改革與實踐

針對該課程的教學現(xiàn)狀與存在的問題，作者結(jié)合教學目標和任務、課程內(nèi)容性質(zhì)以及授課對象的特點，結(jié)合自己多年的教學經(jīng)驗，提出并構建了“上課學生—學生助教—教師團隊”三方協(xié)同的理論課教學模式，以及“學生團隊—責任教師—項目導師”共同參與的實驗課教學模式。在課程設計中，始終堅持學生為主體、教師為主導、以人為本的教學理念，并將研究性學習有效融入教學過程中。通過課堂講授、課堂討論以及課外拓展學習的有機結(jié)合，鼓勵學生創(chuàng)新思維，激勵他們自主設計實驗方案。此舉不僅充分體現(xiàn)了素質(zhì)教育和個性化教育的現(xiàn)代教育理念，還構建了一個以學習者為中心、以學生自主實踐活動為基礎的動態(tài)開放式教學體系。在課堂教學中，結(jié)合國內(nèi)外半導體材料研究發(fā)展的最新趨勢，加深學生對理論知識的理解與掌握。同時，通過將課外的科技創(chuàng)新實踐活動與課程中的實踐教學環(huán)節(jié)相結(jié)合，組織并指導有興趣的學生參與大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽等活動，進一步激發(fā)學生的學習興趣，增強他們對課程內(nèi)容的理解與應用能力。通過這樣的教學安排，學生能夠更好地掌握如何運用所學知識分析和解決實際問題，提升創(chuàng)新實踐能力。通過這些探索，旨在為半導體材料課程的教學改革提供新的思路和方法，推動教育創(chuàng)新與發(fā)展。期望在未來，能夠進一步深化教育與行業(yè)的融合，提升學生的綜合素質(zhì)和實踐能力，以更好地應對快速發(fā)展的科技前沿和日益變化的行業(yè)需求。

（一）" 優(yōu)化理論課教學模式

理論教學是半導體材料課程的基石，是學生掌握半導體領域基礎知識和發(fā)展方向的重要途徑。理論教學的目標不僅僅是傳授知識，更在于提升學生的批判性思維和解決問題的能力[7]。通過精心設計的課程內(nèi)容，學生不僅能理解半導體材料的基本概念、性質(zhì)及應用，還能掌握與半導體行業(yè)相關的核心技術。在課堂教學過程中，課堂講解和學生自主學習的結(jié)合成為核心。為此，建立了“上課學生—學生助教—教師團隊”三位一體的學習共同體，旨在通過多方參與和互動，提高學生的學習主動性和教學質(zhì)量。該模式通過讓學生參與到備課、講課、研討、平臺交流及學業(yè)評價等教學環(huán)節(jié)中，增強了學生與教師的互動，強化了學生對知識的掌握和理解。高年級學生作為助教，不僅幫助低年級同學解決學習難題，還能夠通過教學實踐進一步鞏固和深化自己的知識，促進了教學資源的合理利用和知識的傳承。課堂教學的互動性不僅體現(xiàn)在師生之間，還擴展到了學生之間。通過組織專題討論和課前知識點回顧等形式，學生能積極參與到知識的消化和深化過程中。這些環(huán)節(jié)的設置不僅提升了學生的溝通與表達能力，還能幫助他們理解課堂內(nèi)容與實際問題之間的聯(lián)系。尤其是在半導體材料領域，這種跨學科的思維訓練至關重要。通過引導學生結(jié)合現(xiàn)實問題探討解決方案，激發(fā)他們對所學知識的思考，并在實踐中驗證理論的正確性。與此同時，課程的思政教育內(nèi)容也在課堂教學中得到了有效融入。教師不僅講解專業(yè)知識，還帶領學生了解半導體領域中的重大科研成果和技術突破，展示中國在半導體技術領域的自主創(chuàng)新成就。通過介紹國家級科技獎項、重大技術進展等內(nèi)容，激發(fā)學生的國家認同感和社會責任感。課程鼓勵學生關注國家半導體領域的核心技術和“卡脖子”問題，引導他們思考如何通過學術研究和技術創(chuàng)新為國家的科技自主做出貢獻。

為順應新工科發(fā)展的需求，課程設計還積極探索信息化教學手段的運用[8]。借助智慧課堂和現(xiàn)代教育技術，推動教學模式的創(chuàng)新。通過引入教學資源庫、在線課程平臺、電子教材等，使學生能夠隨時隨地接觸到最新的教學資源和科研成果。例如，在半導體材料課程的教學中，整合了視頻、圖表、仿真軟件等輔助工具，形成了一個互動性強、信息量大且教學內(nèi)容豐富多彩的課程體系。這不僅提升了課堂教學效果，使學生能夠更直觀地理解半導體材料的特性及其在實際應用中的表現(xiàn)，也為其他課程的教學改革提供了示范和借鑒。智慧課堂的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在教學手段的創(chuàng)新上，還體現(xiàn)在學生自主學習能力的培養(yǎng)上。學生可以通過觀看視頻、參與在線討論、完成習題練習等多種方式，強化對課堂內(nèi)容的理解。這種“翻轉(zhuǎn)課堂”模式使學生的學習不再局限于課堂，而是延伸到了課外和實踐中。學生可以根據(jù)自己的節(jié)奏進行學習和復習，提高了學習效率和質(zhì)量。借助現(xiàn)代教學手段，課堂內(nèi)容被多元化呈現(xiàn)，極大地提升了學生的學習興趣和課堂參與度。通過這些技術手段，學生不僅可以掌握抽象的物理原理，還能對復雜的實驗現(xiàn)象和技術應用有更加深刻的感知。在教學過程中，教師注重啟發(fā)式教學與探究式學習相結(jié)合，鼓勵學生自主發(fā)現(xiàn)問題并提出假設，而不是單純依賴教師的講解。這種方法促進了學生自主學習能力的提升，同時也提升了學生的創(chuàng)新思維。

通過優(yōu)化的理論課教學模式，半導體材料課程不僅增強了學生的理論基礎和學術研究能力，還有效提高了學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。更重要的是，學生通過課程中結(jié)合國家科技戰(zhàn)略的內(nèi)容，不僅學習了知識，更樹立了為國家半導體事業(yè)貢獻力量的責任感。在未來的教學中，這一模式將繼續(xù)創(chuàng)新和深化，推動學生更好地適應快速發(fā)展的半導體產(chǎn)業(yè)和科技前沿。

（二）" 優(yōu)化實踐課教學模式

在半導體材料課程中，實驗和實踐環(huán)節(jié)不僅是對理論知識的補充，更是提升學生動手能力、創(chuàng)新能力和解決實際問題能力的關鍵途徑。實踐課程通過具體的操作和項目式學習，幫助學生將所學的理論知識應用到實際問題中，從而培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)，尤其是在半導體領域這樣一個高度技術化和應用導向的學科中，實踐教學尤為重要[8]。為提升實驗教學的效果，本課程在實踐環(huán)節(jié)中構建了以“學生團隊—責任教師—項目導師”三方協(xié)作的研究性學習共同體。該模式圍繞項目驅(qū)動，充分發(fā)揮學生的主體作用，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、團隊合作精神和解決復雜工程問題的能力。具體而言，學生團隊作為項目主體，承擔實驗設計、實施、數(shù)據(jù)收集與分析等核心任務；責任教師則扮演項目顧問的角色，不僅負責指導學生團隊的實驗設計和方案可行性論證，還提供學術上的支持，包括論文寫作和研究方法的指導；項目導師則提供實驗平臺和專業(yè)技術指導，幫助學生將理論學習與實際操作相結(jié)合，進一步深化對半導體器件與封裝的理解。通過這種“學生主導、教師指導、導師支持”的多方互動模式，教學過程得以動態(tài)調(diào)整和靈活實施。在這個過程中，學生不僅學習到如何開展科研項目，更重要的是學會如何在團隊合作中發(fā)揮各自優(yōu)勢，共同推動項目的進展。團隊成員之間的溝通和協(xié)作，能夠有效地提升學生的團隊合作能力和項目管理能力。

在優(yōu)化實踐教學模式的過程中，課程不僅注重學術研究能力的培養(yǎng)，還緊密結(jié)合學生的未來發(fā)展路徑，尤其是與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐、畢業(yè)設計及后續(xù)學術深造之間的無縫銜接。通過與大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、校內(nèi)外科研項目及社會服務項目的結(jié)合，學生能夠在真實的行業(yè)和科研環(huán)境中錘煉自己的實踐能力。這樣一來，學生的學術訓練不僅限于課堂知識的積累，還包括與產(chǎn)業(yè)需求和社會發(fā)展相契合的實際項目經(jīng)驗。例如，在課程設計過程中，學生將參與開發(fā)新型半導體材料的項目，這一項目涉及文獻調(diào)研、實驗設計、數(shù)據(jù)采集、材料表征、結(jié)果分析及報告撰寫等多個環(huán)節(jié)。在這一過程中，學生們不僅能將所學的理論知識運用到實際問題中，還能夠通過解決實際問題的方式，深入理解半導體材料的復雜性及其在現(xiàn)代社會中的重要應用。通過與企業(yè)的合作，學生在真實的行業(yè)環(huán)境中得到了寶貴的實踐機會，同時也鍛煉了他們在面對真實世界問題時的應變能力和解決方案的設計能力[9]。

通過與半導體企業(yè)及研究機構的深度合作，學生可以直接參與到企業(yè)的研發(fā)項目中，甚至能夠參與到新產(chǎn)品的開發(fā)和技術突破過程中。企業(yè)導師在項目中的技術支持，不僅為學生提供了更專業(yè)的技術指導，還讓他們能夠從企業(yè)需求和市場趨勢的角度，理解學術研究和產(chǎn)業(yè)應用之間的差距和聯(lián)系。例如，在某一實踐項目中，學生們可能需要為一家半導體企業(yè)開發(fā)新型材料，整個項目包括從文獻調(diào)研到實驗設計，再到數(shù)據(jù)分析和報告撰寫等一系列環(huán)節(jié)。學生將在導師的指導下完成這些任務，體驗從理論到實踐的全過程。這不僅使他們學會了如何在真實的研發(fā)環(huán)境中開展工作，還提升了他們在工業(yè)界解決實際問題的能力。通過引導學生與不同學科背景的同學合作，例如與材料學、物理學、電子學等專業(yè)的學生共同完成實驗項目，可以幫助學生在更廣闊的視野中理解半導體材料的綜合應用和發(fā)展趨勢。跨學科合作不僅促進了學生的知識整合能力，還能夠培養(yǎng)他們在多領域之間靈活應用知識的能力。

（三）" 改革考核方式

優(yōu)化后的半導體材料教學模式充分體現(xiàn)了“以學生為主體、以實踐為導向”的教學理念，通過多元化的教學手段和資源支持，提升了學生的綜合實踐能力[10]。為了全面提升學生的綜合素質(zhì)，尤其是在基礎知識、實踐能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新思維方面，本教學模式采用了多元化的評估體系。最終成績不僅僅依據(jù)考卷分數(shù)和實驗結(jié)果的質(zhì)量，還包括學生在團隊中的貢獻、問題解決能力、團隊合作精神和學術寫作能力等多個維度。具體來說，評估方法包含教師評價、學生互評以及自評三方面內(nèi)容。教師根據(jù)學生的實驗表現(xiàn)、技術理解及論文撰寫等方面進行綜合評價；學生之間通過互評的形式，對團隊合作和項目進展中的貢獻進行反饋和評價；自評則讓學生反思自己的學習過程和實踐經(jīng)驗，提升自我認知和自我管理能力。這種綜合性評估方式不僅能夠全面評估學生在實驗中的表現(xiàn)，還能夠讓學生更加意識到自己在團隊中的角色和責任，提升其團隊協(xié)作能力。通過學生互評與自評的環(huán)節(jié)，還能促進學生之間的學習交流和知識共享，進一步增強課堂的互動性和實踐教學的效果。

三" 總結(jié)與展望

半導體材料“三位一體”教學模式的探索與實踐表明，理論、實踐與社會服務的結(jié)合能夠有效提升學生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維、實踐能力和社會責任感。在這一模式下，通過加強理論與實踐的緊密結(jié)合，學生不僅深化了對專業(yè)知識的理解，還能通過參與項目提升解決實際問題的能力。未來，教學應進一步深化這一模式，拓展更多的實踐項目與社會服務活動，尤其是在與企業(yè)和科研機構的合作中，學生將有機會參與到真實的技術開發(fā)和應用中，提升其實踐能力并增強社會責任感。為了確保教學模式的有效實施，教師的培訓至關重要。定期舉辦專業(yè)培訓、邀請行業(yè)專家講座和組織實地考察，能夠幫助教師更新知識體系，跟進行業(yè)最新動態(tài)，從而更好地指導學生。此外，加強跨學科、跨院系的合作，建立資源共享機制，能有效提升教學資源的利用效率，推動學科間的交叉融合，從而培養(yǎng)學生更強的綜合能力。同時，建立完善的評估與反饋機制，通過學生自評、互評、教師評價以及企業(yè)反饋，能夠及時發(fā)現(xiàn)和解決教學中的問題，不斷優(yōu)化教學內(nèi)容和方法。通過多維度的評估方式，確保學生在理論學習、實踐動手和團隊合作方面都能獲得全面提升。

參考文獻：

[1] 雷鑑銘，，劉繼文，鄒志革，等.供給側(cè)改革視角下“校政企三位一體”協(xié)同育人模式實踐探索——以武漢國際微電子學院為例[J].吉首大學學報（社會科學版），2018，39（S2）：238-241.

[2] 鐘登華.新工科建設的內(nèi)涵與行動[J].武漢：高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[3] 王樹國.關于一流大學拔尖人才培養(yǎng)模式的思考[J].北京：中國高等教育，2011（2）：9-11.

[4] 李建軍，王姝婭，張國俊，等.微電子教學實驗室建設的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2015，32（6）：239-242.

[5] 毛啟楠.微電子材料與器件課程教學改革初探[J].教學教法課程，2020（18）：128-129.

[6] 郝亞非.《半導體材料》教學方法探討[J].科技信息，2014（13）：238-249.

[7] 吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發(fā)展和建設新工科主動適應和引領新經(jīng)濟[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[8] 劉瑞，伍登學，鄔齊榮，等.創(chuàng)建培養(yǎng)微電子人才教學實驗基地的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2004，23（5）：6-8，23.

[9] 雷冰潔，耿莉，伍民順，等.新工科背景下微電子專業(yè)實踐教學改革[J].電氣電子教學學報，2019，41（5）：144-158.

[10] 宋成.研究生教育中的導學關系：影響因素與對策構建[J].學位與研究生教育，2021（3）：9-14.