張挺聳 徐銘澤 楚學影 鄒鵬 金芳軍

摘 要 半導體科學技術與計算機和通信的現(xiàn)代化、國防的現(xiàn)代化和社會的信息化都有著緊密的聯(lián)系，而半導體物理學又是半導體科學技術的基礎，因此該門課程對于國家科技、科學發(fā)展及人才培養(yǎng)都有著重要的意義。本文擬采用理論教學與實驗教學及科研相結合的方法來對此課程進行改革，并通過改進教學內(nèi)容、教學方法及教學手段來提高授課質量，從而為半導體物理學課程的改革及復合型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供新的思路及方法。

關鍵詞 創(chuàng)新人才 半導體物理 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.03.062

Abstract Semiconductor science and technology are closely related to the modernization of computer and communication， national defense and social informationization. Semiconductor physics is the basis of semiconductor science and technology. Therefore， this course has important significance for national science and technology， scientific development and personnel training. This paper intends to reform the course by combining theoretical teaching with experimental teaching and scientific research， and improve the teaching quality by improving the teaching content， teaching methods and teaching means， so as to provide new ideas and methods for the reform of the course of semiconductor physics and the cultivation of compound innovative talents.

Keywords innovative talents； semiconductor physics； teaching reform

0 引言

隨著信息化時代的到來和科技的迅猛發(fā)展，當今社會急需基礎寬厚、適應性強、富有創(chuàng)造性的復合型高科技人才。[1]半導體科學技術是當代高級科學技術的組成部分，是多種邊緣學科和重大產(chǎn)業(yè)的重要支柱，是現(xiàn)代電子學和電子工業(yè)的基礎。而半導體物理是半導體科學技術的基礎，它是一門綜合性很強的專業(yè)基礎課，是基礎理論和眾多高科技應用學科之間的橋梁，為物理學、電子技術以及光電檢測及相關學科奠定了理論及實踐基礎并發(fā)揮著核心作用。[2]該門課程是面向大多數(shù)理工科專業(yè)開設的課程，其所研究的基本性質及內(nèi)在機理是電子、通信、控制領域的理論基礎，所以其教學質量直接影響相關學科的理論及實踐的后續(xù)教學，因此半導體物理學是一門涵蓋范圍廣而又非常重要的專業(yè)基礎課程。[3，4]然而在實際教學中我們發(fā)現(xiàn)，半導體物理學教學內(nèi)容與現(xiàn)代科學技術的發(fā)展速度相比，存在著一定的滯后性，而且有部分學生存在著厭學情緒，沒有體會到這門課程的重要性。這就需要教師對教學內(nèi)容進行不斷的調(diào)整改進，既保證課程的“與時俱進性”又能充分調(diào)動學生學習的積極性。本文從當前的半導體物理學教學現(xiàn)狀出發(fā)，以長春理工大學“半導體物理學”課程教學為例，闡述其存在的問題并結合該課程特點對半導體物理學的教學模式進行合理改革，并提出教學與科研相結合的設想，以期提高教學質量，培養(yǎng)合格的人才。

1 目前半導體物理教學過程中存在的問題

1.1 理論課程與實驗課程聯(lián)系不夠緊密

當前的半導體物理教學還是存在著理論課程與實驗課程聯(lián)系不夠緊密的現(xiàn)象，以長春理工大學物理學專業(yè)的半導體物理教學工作為例，在半導體物理的教學內(nèi)容中涉及到一些可以以實驗相輔助教學的相關知識點，如pn結的特性測試、變溫霍爾效應等。而相應的實驗課程安排在相同學期的近代物理實驗中，并由學生自主選擇實驗時間。這使得部分學生在學習相應知識點之前已經(jīng)完成了相關實驗，不能夠很好的起到以實驗輔助理論教學的作用，并且在進行實驗過程中由于缺少理論知識，也導致實驗基礎不牢。應優(yōu)化理論教學與實驗課程的時間設置，來解決該問題。

1.2 教材及考核模式有待優(yōu)化

長春理工大學選用的教材為劉恩科主編的《半導體物理學》（第七版，電子工業(yè)出版社），雖然該教材知識內(nèi)容體系較為完善，但其編著時間為2011年，無法對本學科最新研究進展進行實時介紹。而對于半導體這類發(fā)展較快的學科而言，近些年人們發(fā)現(xiàn)的前沿問題更能提起學生學習的興趣，可以在教學過程中適當融合本學科最新研究進展?？己朔绞较鄬我?，目前仍然采用平時成績20%+期末閉卷考試成績80%的方法。這種考核方式導致學生更多的關注書本題目，未能很好的注重綜合分析能力的培養(yǎng)。應該通過新穎的教學手段和教學方法來輔助教學內(nèi)容，以此來提高有效的授課質量，并通過優(yōu)化考核模式的方法來檢驗教學成效。

1.3 教學與科研相對獨立

大學教學的目的是為國家培養(yǎng)優(yōu)秀的高科技人才，需要將學到的知識最終應用到實際的生產(chǎn)生活中，而不能以期末的考試成績作為評判的唯一標準，要達到學以致用的效果。但目前來看，半導體物理的教學方式還是以應試教育為主的“學考”相結合的模式，老師教授理論知識，學生掌握一些為考試服務的內(nèi)容，這未能很好的與國家培養(yǎng)人才的理念相結合。半導體物理是近年來進展較快，進步較大的一門學科，在近年的科研領域中同樣占據(jù)重要的地位。作為半導體物理學課題組的成員，在擔任半導體物理學的教學任務同時也承擔相關的科研工作，在半導體物理教學與科研相結合方面有著一定的優(yōu)勢。應結合此門課程的特點，在教學中引入科研的因素，達到“學研”相結合的目的。

2 關于半導體物理教學改革的幾點探索

2.1 理論教學與實驗教學相結合

伴隨著該課程的理論教學，在課下及時將半導體物理學相關的實驗室對外開放，如掃描探針顯微鏡、超導材料的電磁特性、半導體PN結的物理特性研究、變溫霍爾效應等實驗，學生可以自主練習并選擇時間進入到實驗室，通過實驗操作及數(shù)據(jù)分析，使學生加深對半導體物理概念規(guī)律的理解，促進理論知識學習的同時，又可以培養(yǎng)學生的專業(yè)科學素質、提高學生的思考及自主學習能力，為學生的進一步深造打下基礎。也可讓學生設計一些具有創(chuàng)新性質的基礎實驗，從基礎理論及實驗入手，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，為創(chuàng)新思維的進一步拓展做好鋪墊。

2.2 用多樣化的授課形式及考核手段來輔助教學

在教學過程中引入多媒體教學，實現(xiàn)教學手段現(xiàn)代化。半導體物理的某些教學內(nèi)容，如電子躍遷、pn結結構、場效應晶體管結構等內(nèi)容使用多媒體動畫來表現(xiàn)能夠使學生對此類問題有著更深刻的理解。借助多媒體教學能夠提高課堂效率，增大信息量，并且能夠更生動形象的展現(xiàn)相關知識內(nèi)容，使學生更容易理解，消除學習障礙，增加學習興趣。也可加入學生班級群，采用網(wǎng)絡進行教學交流與答疑。并且可以在群內(nèi)針對某一問題進行討論，引導學生獨立思考并充分發(fā)表見解。同時，還可以利用這個網(wǎng)絡平臺師生間共享一些與本學科相關的最新研究成果。

在考核學生綜合成績時，對平時的20%成績加以重新分配，采取多樣化考核的方式，在原來的作業(yè)與出勤基礎上加入新的考核手段，如以上內(nèi)容中提到的討論課表現(xiàn)情況、平時討論發(fā)言情況等。更好的反應學生對半導體物理學的學習情況，避免學生局限于做題，而忽視學習知識本身。教學模式及考核手段的創(chuàng)新不僅有助于提高學生的學習興趣，還能督促學生進行積極思考，有利于學生思維的拓展及思考方式的創(chuàng)新。

2.3 教學與科研緊密結合

加強實踐環(huán)節(jié)，把物理知識和現(xiàn)代科技發(fā)展內(nèi)容相結合，是開設大學半導體物理學課程的目的之一，利用此課程的特點及相關教師的優(yōu)勢，在教學的過程中引入科研環(huán)節(jié)，達到“學研”結合的目的。在教授理論課的同時引入實踐教學，邀請有半導體學科背景的研究生導師，就本學科的前沿科研內(nèi)容為學生做系統(tǒng)的、高效的綜合性學術報告，并以趣味知識競賽的形式來檢驗成效，在保證基礎理論教學質量的前提下，因材施教，對其中一部分同學進行“英才式教育”。具體形式為：對學生聽取科研講座內(nèi)容的效果進行調(diào)查，篩選出一些對前沿科學知識非常感興趣的同學，用分組的方法將對同一科研問題感興趣的同學交叉分組，并由相關導師負責。通過面談或以互聯(lián)網(wǎng)的形式建立導師和相對應的本科生以及研究生和本科生之間的對接關系，建立合理的學術梯隊，從而促使本科生提前接受科研訓練。在固定了學術梯隊后盡早的進入相關負責導師的實驗室，在老師的帶領下與研究生一起進行和前沿知識相關的科學探索研究，最終以總結報告的形式和創(chuàng)新學分制的方法來檢測并體現(xiàn)半導體學科科研實踐的成效。促進半導體物理學教學改革的同時又能為本科生提供科研訓練的機會，最終為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才做出一定的貢獻。

3 結語

本項目針對半導體教學自身的特點，結合長春理工大學物理專業(yè)學生的培養(yǎng)模式和特點，通過對半導體物理課程中的基礎理論講授及相關實驗介紹相結合的方法改進教學手段，提高學生學習興趣；除此之外，通過本方向相關前沿科技問題的介紹，使學生了解當今科技發(fā)展方向，并通過科研訓練的方法來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，達到教學與科研相結合的目的。擬通過本次課程改革，推動教學質量的提高和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

參考文獻

[1] 馬麗，邵云飛.知識創(chuàng)造驅動下的高校創(chuàng)新人才協(xié)同培養(yǎng)[J].現(xiàn)代教育管理，2015（2）：109-114.

[2] 國家自然科學基金委員會.半導體科學與技術.北京：科學出版社.

[3] 胡云峰.半導體物理啟發(fā)式教學改革探討[J].科教導刊：上旬刊，2013（3）.

[4] 劉德偉，李濤.半導體物理課程教學改革探討[J].中國電力教育，2013（34）.