張 彥，于永強(qiáng)，陳士榮，于寶證，呂洪君

(合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，安徽合肥 230009)

半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體科學(xué)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)［1］。根據(jù)“半導(dǎo)體材料”課程教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生應(yīng)通過學(xué)習(xí)掌握常用半導(dǎo)體材料的性質(zhì)和功能、生長(zhǎng)和制備及主要應(yīng)用，為后續(xù)的相關(guān)課程打好基礎(chǔ)。然而，該課程的實(shí)際教學(xué)效果并不理想:課程涉及理論知識(shí)多，概念抽象，教學(xué)方法手段單一等。另外，“半導(dǎo)體材料”屬于開放式課程，內(nèi)容需要不斷地深化和延伸。因此，該課程在教學(xué)內(nèi)容和方法上必須不斷更新才能保持活力。針對(duì)以上問題，文獻(xiàn)［2-4］探索了該課程教學(xué)改革之路。然而由于各校在專業(yè)特點(diǎn)、資源配置、生源及專業(yè)發(fā)展方向等情況各不相同，一些改革方法并不具有通用性。筆者認(rèn)為，要想切實(shí)有效地改善教學(xué)效果，我校必須從本專業(yè)學(xué)生的實(shí)際特點(diǎn)和整個(gè)專業(yè)課程分布入手，注重該課程與其他課程承前啟后，有機(jī)融合，在實(shí)踐中摸索出一套高效實(shí)用的教學(xué)方法，以滿足學(xué)科自身發(fā)展和對(duì)學(xué)生創(chuàng)新培養(yǎng)的要求。

1 教學(xué)內(nèi)容改革的依據(jù)

1.1 教學(xué)內(nèi)容改革的考慮

對(duì)傳統(tǒng)“半導(dǎo)體材料”課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革時(shí)，引入前沿知識(shí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新，是“半導(dǎo)體材料”教學(xué)改革的突破口。我們根據(jù)本專業(yè)實(shí)際情況，對(duì)教學(xué)內(nèi)容改革進(jìn)行了如下的考慮。

(1)注重教學(xué)內(nèi)容的承前啟后:本課程開設(shè)時(shí)間為大三下學(xué)期。在此之前，學(xué)生已經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)了微電子專業(yè)的各門專業(yè)基礎(chǔ)課和部分主干專業(yè)課。在“半導(dǎo)體材料”課程教學(xué)中，教師要注重相關(guān)知識(shí)點(diǎn)在先后課程的側(cè)重點(diǎn)，有機(jī)融合并深化。另外，在本課程后續(xù)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生會(huì)接觸到更具體的材料應(yīng)用和研究熱點(diǎn)。因此，教師在介紹相關(guān)知識(shí)時(shí)應(yīng)整體把握，以激發(fā)興趣為主。具體課程內(nèi)容銜接關(guān)系如圖1所示。

圖1 “半導(dǎo)體材料”教學(xué)內(nèi)容銜接關(guān)系圖

(2)內(nèi)容設(shè)置應(yīng)偏重于材料的特性及應(yīng)用:為學(xué)生將來選擇研究方向提供更多的參考信息，并為進(jìn)一步深入實(shí)踐研究打下基礎(chǔ)。此階段的本科生即將面臨著考研或就業(yè)的選擇和準(zhǔn)備，開始重視所學(xué)知識(shí)與未來研究方向或從事工作的相關(guān)性。因此，在講授某種半導(dǎo)體材料時(shí)，注重與其應(yīng)用領(lǐng)域和研究現(xiàn)狀等結(jié)合起來，增強(qiáng)該課程對(duì)以后研究和工作的實(shí)用性。

1.2 教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

我們?cè)凇鞍雽?dǎo)體材料”教學(xué)內(nèi)容的安排上，除了緒論部分對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行整體介紹外，將其主要課程內(nèi)容分成了兩大單元，如表1所示。

表1 “半導(dǎo)體材料”教學(xué)內(nèi)容(未計(jì)緒論)

這樣，在整個(gè)微電子行業(yè)仍以硅基工藝占據(jù)主導(dǎo)地位的現(xiàn)狀下，課程用近1/3篇幅詳細(xì)介紹了硅鍺(其中以硅為主)兩種材料;而Ⅲ－Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族及其他半導(dǎo)體材料則作簡(jiǎn)要講授，同時(shí)增加了學(xué)科前沿內(nèi)容，與當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展中研究熱點(diǎn)難點(diǎn)緊密結(jié)合，注重引入研究實(shí)例。

例如，在講授GaN時(shí)，指出GaN基材料正是憑借其良好的物理化學(xué)性質(zhì)及連續(xù)可調(diào)的禁帶寬度成為制造高亮度藍(lán)光LED的理想材料，而開發(fā)新一代GaN基白光LED也成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。這樣，以教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，在保證課程內(nèi)容精華的同時(shí)，持續(xù)保持課程自身與時(shí)俱進(jìn)的活力。

2 教學(xué)方法改革思路與措施

如表1所示的“半導(dǎo)體材料”課程各章節(jié)都具有一定獨(dú)立性，涉及的概念多且較分散。不同半導(dǎo)體材料的講授，分別需要多個(gè)相關(guān)知識(shí)做鋪墊，如外延、摻雜、相圖和熱力學(xué)平衡等。“半導(dǎo)體材料”課程教學(xué)必須打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，積極探索尋求新方法新思路，使教學(xué)在富有知識(shí)性和趣味性的過程中展開。

在課程部分章節(jié)的教學(xué)中，我們嘗試引入了互動(dòng)教學(xué)法［5］。教師在設(shè)計(jì)互動(dòng)環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)在保持原有知識(shí)體系完整的前提下，結(jié)合課程前沿和最新發(fā)展形勢(shì)，針對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)和特點(diǎn)，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)合理安排互動(dòng)內(nèi)容。同時(shí)，互動(dòng)教學(xué)的手段也要注意變化，使學(xué)生能產(chǎn)生新鮮感，吸引學(xué)生積極參與。

例如，我們?cè)诠桄N部分的教學(xué)中，從回顧“微電子工藝”相應(yīng)內(nèi)容開始，精講理論，注重啟發(fā)和設(shè)問。教師通過提出“區(qū)熔法獲得的單晶純度較高，為什么大多數(shù)都采用直拉法制備單晶呢”?“想一想用直拉法制備單晶時(shí)可能會(huì)引入哪些有害雜質(zhì)呢”?“怎么才能降低雜質(zhì)的影響”?等問題。在師生互動(dòng)力過程中培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的思路和素養(yǎng)，并逐步插入新知識(shí)和新研究趣聞以引起學(xué)生的興趣。隨后，視學(xué)生的接受程度和反應(yīng)，從第二單元開始，以提問討論的方法活躍課堂氣氛，構(gòu)建教與學(xué)之間的良性互動(dòng)機(jī)制。

在教學(xué)過程中，我們應(yīng)用了研究型教學(xué)的教學(xué)理念并設(shè)計(jì)了三種形式的課堂教學(xué)活動(dòng)［6，7］。

(1)課堂氣氛被調(diào)動(dòng)后，給學(xué)生提供一個(gè)展示和交流的平臺(tái)，讓其充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，積極自主地學(xué)習(xí)和調(diào)研。我們把學(xué)生分成若干小組，讓學(xué)生提前1-2周的時(shí)間查閱、搜集資料并準(zhǔn)備課件。每次課安排一組學(xué)生，選擇一個(gè)章節(jié)或其中感興趣的熱點(diǎn)問題上臺(tái)講授。針對(duì)學(xué)生在講解和回答問題過程中出現(xiàn)含糊不清或概念混淆的地方，教師及時(shí)進(jìn)行修正補(bǔ)充，并對(duì)本次課的內(nèi)容加以整理總結(jié)，由重要概念(點(diǎn))→思路(線)→整體內(nèi)容(面)，形成一個(gè)完整知識(shí)鏈的學(xué)習(xí)。

(2)開展課堂指定命題辯論會(huì):在學(xué)習(xí)Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的外延生長(zhǎng)時(shí)，教材列舉了多種外延方法。我們選擇了MBE和MOCVD這兩種熱門的外延技術(shù)作為指定辯論命題，將學(xué)生分成兩組進(jìn)行辯論。引導(dǎo)他們積極發(fā)揮主動(dòng)性，探索兩種技術(shù)的優(yōu)劣，不僅研讀教材，回顧以前課堂上講解的信息，甚至進(jìn)一步自己查找資料。通過辯論，學(xué)生從最初對(duì)教師將MBE解釋為“Money Burning Equipment”的一知半解，到真正理解了每種方法的特點(diǎn)和應(yīng)用，業(yè)內(nèi)看法以及市場(chǎng)前景。討論時(shí)，教師注意調(diào)節(jié)課堂氣氛和節(jié)奏，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表不同見解，然后針對(duì)焦點(diǎn)問題，深入分析并作必要的點(diǎn)評(píng)和總結(jié)。

(3)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)介紹:我校學(xué)生從大二開始，可以選擇與本專業(yè)不同研究領(lǐng)域的教師和題目開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，有些學(xué)生的題目是和“半導(dǎo)體材料”課程相關(guān)的。我們?cè)谶@些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)探索過程中，讓參與的學(xué)生提前準(zhǔn)備后，結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，安排一到兩次實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的介紹課。如:某組學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目為“一維ZnS納米紫外探測(cè)器”，學(xué)生在課堂上系統(tǒng)地介紹該實(shí)驗(yàn)的相關(guān)概念、過程和結(jié)果等，也介紹了做實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)，以及自己對(duì)該課題未來發(fā)展的看法。由于是自己的親身體會(huì)，學(xué)生的課件準(zhǔn)備精細(xì)充分，講解認(rèn)真詳盡，分析思路清晰。他們對(duì)自己在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題、疑惑和對(duì)未來的思考會(huì)引起大家的共鳴。

3 結(jié)語(yǔ)

“半導(dǎo)體材料”課程是微電子專業(yè)的重要專業(yè)課。在教學(xué)實(shí)踐中，我們將半導(dǎo)體材料的新理論、新應(yīng)用和一些科學(xué)研究成果引入到教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，處理好基礎(chǔ)性和先進(jìn)性、經(jīng)典和現(xiàn)代的關(guān)系。我們積極引入研究型教學(xué)的教學(xué)理念和互動(dòng)教學(xué)法，處理好傳統(tǒng)講授與互動(dòng)教學(xué)的關(guān)系。這些方法不僅培養(yǎng)了學(xué)生良好的思維模式，還增強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探究和創(chuàng)新能力有著重要的意義。

［1］ 楊樹人.半導(dǎo)體材料［M］.北京:科學(xué)出版社，2004

［2］ 李立珺.半導(dǎo)體材料課程的教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.合肥:科教文匯，2013，(2):67-68

［3］ 李新宇.半導(dǎo)體材料與技術(shù)教學(xué)改革的探討［J］.廣州:廣東化工，2011，(7):204-205

［4］ 楊德仁.《半導(dǎo)體材料》課程改革［J］.杭州:材料導(dǎo)報(bào)A:綜述篇，2012，(1):108-109(118)

［5］ 王環(huán).互動(dòng)教學(xué)法探索［J］.蘭州:高等理科教育，2003，(教育教學(xué)專輯研究二):178-180

［6］ 張安富.改革教學(xué)方法 探索研究型教學(xué)［J］.北京:中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012，(1):65-67

［7］ 鐘華.創(chuàng)新型、研究型人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)范式及應(yīng)用［J］.北京:中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012，(3):39-42