江錫順

（滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽滁州 239000）

提高應(yīng)用型本科院校半導(dǎo)體物理教學(xué)質(zhì)量的方法研究

江錫順

（滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽滁州 239000）

半導(dǎo)體物理課程理論性、邏輯性和工程性較強(qiáng)，在新建應(yīng)用型本科院校開設(shè)此課程，教學(xué)內(nèi)容的整合和課程講授都存在一定難度。本文根據(jù)應(yīng)用型本科院校專業(yè)培養(yǎng)方案，提出改革現(xiàn)有教學(xué)模式，將理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)融為一體，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，提高半導(dǎo)體物理教學(xué)質(zhì)量。

應(yīng)用型；半導(dǎo)體物理；教學(xué)質(zhì)量

半導(dǎo)體物理是研究半導(dǎo)體原子狀態(tài)和電子狀態(tài)以及各種半導(dǎo)體器件內(nèi)部電子過程的學(xué)科，是固體物理學(xué)的一個(gè)重要分支。研究半導(dǎo)體中的原子狀態(tài)是以晶體結(jié)構(gòu)學(xué)和點(diǎn)陣動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，主要研究半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、晶體生長(zhǎng)，以及晶體中的雜質(zhì)和各種類型的缺陷。研究半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)是以固體電子論和能帶理論為基礎(chǔ)，主要研究半導(dǎo)體的電子狀態(tài)，即能帶結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)和缺陷的影響、電子在外電場(chǎng)和外磁場(chǎng)作用下的輸運(yùn)過程、半導(dǎo)體的光電和熱電效應(yīng)、半導(dǎo)體的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、半導(dǎo)體與金屬或不同類型半導(dǎo)體接觸時(shí)界面的性質(zhì)和所發(fā)生的過程、各種半導(dǎo)體器件的作用機(jī)理和制造工藝等［1－3］。半導(dǎo)體物理學(xué)的發(fā)展不僅使人們對(duì)半導(dǎo)體有了深入的了解，而且由此而產(chǎn)生的各種半導(dǎo)體器件、集成電路和半導(dǎo)體激光器等已得到廣泛的應(yīng)用。它的開設(shè)為學(xué)生以后學(xué)習(xí)其它課程和從事半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)工作提供了必要的半導(dǎo)體基本理論知識(shí)。但是，對(duì)于應(yīng)用型本科院校的學(xué)生來說，他們的專業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，而且要求有較扎實(shí)的高等數(shù)學(xué)知識(shí)和固體物理以及量子力學(xué)基礎(chǔ)，這樣勢(shì)必會(huì)增加學(xué)生的心理負(fù)擔(dān)，出現(xiàn)課堂出勤較低和教師積極性不高等現(xiàn)象，使半導(dǎo)體物理教學(xué)很難達(dá)到預(yù)期效果［4］。為了講授這門課程，讓學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體物理知識(shí)的理解和掌握達(dá)到教學(xué)目的的要求，就成為教研室和授課教師必須經(jīng)常研究和探討的問題。筆者結(jié)合本校學(xué)生的實(shí)際情況，針對(duì)在半導(dǎo)體物理課程教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問題淺談自己的看法。

1 半導(dǎo)體物理教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 重知識(shí)傾向的課程目標(biāo)，致學(xué)生興趣不高

學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理課程必須要有較強(qiáng)的高等數(shù)學(xué)和量子力學(xué)以及固體物理基礎(chǔ)知識(shí)，而不少同學(xué)在以前課程學(xué)習(xí)中基礎(chǔ)就比較薄弱，使得這門課程的學(xué)習(xí)變得更加難以理解和把握。也有不少同學(xué)在學(xué)習(xí)過程中積極性不高，僅僅是為了通過期末考試，對(duì)課堂教學(xué)中出現(xiàn)的問題很少加以思考。

1.2 教學(xué)資源欠缺

教學(xué)資源主要包括師資隊(duì)伍和實(shí)驗(yàn)條件等。但隨著近幾年學(xué)校的大發(fā)展，專業(yè)數(shù)和學(xué)生數(shù)都在逐年大幅度增加，而師資相對(duì)來說非常緊缺，教師工作量繁重［4］。往往一門課就一直由某位教師講授，這就使得教研室活動(dòng)內(nèi)容沉悶，教師間的交流學(xué)習(xí)不多。半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)作為一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)，旨在對(duì)半導(dǎo)體材料一些重要參數(shù)和特性進(jìn)行測(cè)試，讓學(xué)生能將課堂理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，為以后的學(xué)習(xí)和工作打好扎實(shí)的基礎(chǔ)。而對(duì)一些新建應(yīng)用型本科院校來說，半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)情況不佳，甚至沒有開設(shè)，就使得學(xué)生課堂學(xué)習(xí)覺得枯燥無味，教師講授中也遇到很多問題。

1.3 現(xiàn)有教學(xué)模式的欠缺

現(xiàn)有的半導(dǎo)體物理教學(xué)基本上以“教師講解學(xué)生聽課”的模式為主，教學(xué)內(nèi)容較多而且抽象枯燥；由于很多內(nèi)容涉及到固體物理知識(shí)的準(zhǔn)備，很多同學(xué)以前學(xué)習(xí)固體物理時(shí)基本知識(shí)不牢，造成學(xué)習(xí)中缺乏信心，普遍感覺到內(nèi)容很難理解。在學(xué)習(xí)完整門課程以后，學(xué)生很難系統(tǒng)的掌握各章節(jié)的主要內(nèi)容，更談不上所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力了。

以上種種問題，直接的結(jié)果就是課程教學(xué)質(zhì)量較低，教學(xué)效果不好，學(xué)生學(xué)習(xí)普遍被動(dòng)。因此，在教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中，修訂新的教學(xué)大綱，探求新的教學(xué)方法，采用新的教學(xué)手段，保證和提高課堂教學(xué)效果刻不容緩。

2 提高課程教學(xué)的有效性研究

2.1 修訂教學(xué)大綱，選擇適合學(xué)生特點(diǎn)的教材

教學(xué)大綱是落實(shí)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)計(jì)劃最基本的文件，是選定教材、組織課堂教學(xué)并對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核的依據(jù)，也是檢查和評(píng)估教學(xué)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)［5］。本課程教學(xué)應(yīng)圍繞“教師方便教，學(xué)生容易學(xué)”的中心，樹立夯實(shí)基礎(chǔ)，重在實(shí)踐的思想。因此授課教師應(yīng)根據(jù)學(xué)科發(fā)展的去向、教學(xué)改革和實(shí)踐的變化等情況，定期修訂教學(xué)大綱。目前的半導(dǎo)體物理教材一般都以詳細(xì)的理論分析為主，數(shù)學(xué)推導(dǎo)較多，學(xué)生學(xué)習(xí)起來感覺吃力。經(jīng)過分析比較現(xiàn)有眾多半導(dǎo)體物理教材后，我們選用了劉恩科等編寫的《半導(dǎo)體物理學(xué)》（第7版）。該教材較全面地論述了半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識(shí)，內(nèi)容豐富，覆蓋面廣，具有全新的體系結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)突出物理概念，強(qiáng)調(diào)基本分析方法，可讀性強(qiáng)，便于自學(xué)。并且每章后面的參考文獻(xiàn)讓讀者可以了解到自己所需要的知識(shí)細(xì)節(jié)，是目前使用較好的教材。但對(duì)新建應(yīng)用型本科院校學(xué)生來說，該教材仍然存在部分內(nèi)容過于深?yuàn)W的問題，因此教師在授課時(shí)不能照本宣科。筆者在授課時(shí)根據(jù)學(xué)生以后可能的就業(yè)方向，將某些側(cè)重于繁瑣數(shù)學(xué)推導(dǎo)的問題簡(jiǎn)化，而對(duì)教材實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)充，形成了適合本校學(xué)生實(shí)際的專業(yè)教材。

2.2 運(yùn)用類比學(xué)習(xí)法，做到舉一反三

所謂“類比”，是指根據(jù)兩個(gè)（或兩類）對(duì)象在某些方面的相同或相似從而推出他們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗤蛳嗨频囊环N邏輯思維［6］。半導(dǎo)體物理中的不少物理概念和方法存在著很大的類同性，可以根據(jù)這一點(diǎn)在教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生使用類比法進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。筆者在這教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，指導(dǎo)學(xué)生使用類比法進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，可以達(dá)到事半功倍的效果。比如在討論n型半導(dǎo)體載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)與溫度的關(guān)系以后，就可以讓學(xué)生運(yùn)用類比學(xué)習(xí)法，探究p型半導(dǎo)體中上述關(guān)系。這樣能讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下主動(dòng)學(xué)習(xí)，做到較快的掌握教材中給出的很多結(jié)論，能夠起到良好的學(xué)習(xí)的效果。

2.3 合理使用現(xiàn)代化教學(xué)手段

在教育現(xiàn)代化、信息化的今天，多媒體技術(shù)以圖文并茂、聲像俱佳、動(dòng)靜皆宜的表現(xiàn)形式走進(jìn)課堂。多媒體技術(shù)綜合了聲、光、電、圖等大量的信息，同時(shí)還可以對(duì)大小、速度和形狀進(jìn)行人為控制，所以運(yùn)用多媒體技術(shù)教學(xué)可以很好地對(duì)解決常規(guī)課堂教學(xué)中難以解決的難點(diǎn)［7］。但在半導(dǎo)體物理教學(xué)中，如果一味地使用多媒體課件，用電腦代替教師，忽略了教師在課堂中的主導(dǎo)作用，這必然違背了教學(xué)規(guī)律。針對(duì)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，筆者在課堂教學(xué)中先啟發(fā)學(xué)生的思維，在學(xué)生的求知欲被激發(fā)后，適時(shí)地運(yùn)用多媒體技術(shù)將教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)傳授給學(xué)生。在講解載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)容時(shí)，先引導(dǎo)學(xué)生回憶大學(xué)物理課程中熱學(xué)部分有關(guān)氣體分子的擴(kuò)散現(xiàn)象知識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體中載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的研究興趣。在學(xué)生興趣被激發(fā)以后，通過多媒體課件展示進(jìn)入課堂教學(xué)，這樣學(xué)生更容易接受相關(guān)理論的精髓。只有將教師在課堂中的主導(dǎo)作用與多媒體技術(shù)的輔助作用結(jié)合起來，才能獲得良好的教學(xué)效果。

2.4 激發(fā)學(xué)生的科研興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)

創(chuàng)新是民族進(jìn)步的靈魂，是國家興旺發(fā)達(dá)不竭的動(dòng)力，思考教育問題就不能離開這個(gè)重大的課題［8－9］。通過對(duì)學(xué)生施以教育和影響，使他們作為一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，能夠善于發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)有意義的新知識(shí)、新思想、新事物、新方法，掌握其中蘊(yùn)含的基本規(guī)律，并具備相應(yīng)的能力，為將來成為創(chuàng)新型人才奠定全面的素質(zhì)基礎(chǔ)。在對(duì)半導(dǎo)體物理知識(shí)點(diǎn)的講解和分析過程中，不能單純講解理論知識(shí)，而是要結(jié)合教師和學(xué)生的科研實(shí)踐對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行深入的解析，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研思維。將教學(xué)與科研相結(jié)合，不僅可以豐富知識(shí)內(nèi)容，而且讓學(xué)生了解半導(dǎo)體物理學(xué)科的研究前沿。筆者在講解半導(dǎo)體中載流子的輸運(yùn)現(xiàn)象時(shí)，結(jié)合自己主持的半導(dǎo)體材料相關(guān)科研項(xiàng)目，向?qū)W生介紹這部分內(nèi)容在研究半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理中的重要性，從而也能激發(fā)學(xué)生的科研能力。另外，筆者所在學(xué)校為提高大學(xué)生的科研能力，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的全面提高，近兩年都開展了大學(xué)生科研項(xiàng)目申報(bào)工作，鼓勵(lì)部分基礎(chǔ)扎實(shí)，動(dòng)手能力強(qiáng)的同學(xué)積極申報(bào)，涌現(xiàn)出一些科研素質(zhì)較高的學(xué)生科研人員，為學(xué)生以后從事科研工作打下一定的基礎(chǔ)。

2.5 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是應(yīng)用性人才培養(yǎng)的重要保證［10］。半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)是半導(dǎo)體課程的重要組成部分，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生加深和鞏固學(xué)生對(duì)現(xiàn)代半導(dǎo)體物理的基本理論和基本知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生樹立理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)和良好的科學(xué)工作作風(fēng)，提高學(xué)生綜合分析解決問題的能力。在實(shí)際教學(xué)過程中，筆者結(jié)合課程特點(diǎn)，按照由簡(jiǎn)單到綜合，由驗(yàn)證到創(chuàng)新的思路，確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，編制切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃和大綱。在教學(xué)內(nèi)容上，減少單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，適當(dāng)增加了綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，這樣可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，推進(jìn)學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)和合作實(shí)驗(yàn)。例如在學(xué)習(xí)半導(dǎo)體的光學(xué)吸收內(nèi)容時(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的薄膜透射曲線，引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)透射曲線的分析計(jì)算確定薄膜的光學(xué)常數(shù)和厚度，這樣極大的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到了較好的實(shí)驗(yàn)效果。另外，在教學(xué)手段上，筆者計(jì)劃開發(fā)、引進(jìn)和使用計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，運(yùn)用虛擬、仿真等實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，促進(jìn)虛擬、仿真環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)與真實(shí)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)際操作能力，進(jìn)而達(dá)到良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

3 結(jié)束語

應(yīng)用型本科院校是在原有的地方?？圃盒；A(chǔ)上升格成為多科型和區(qū)域型的高等院校。而半導(dǎo)體物理作為電子科學(xué)與技術(shù)和應(yīng)用物理專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過教學(xué)內(nèi)容的整合，教學(xué)方法和教學(xué)手段的改進(jìn)，可以逐漸形成適應(yīng)應(yīng)用型本科院校辦學(xué)定位的新的教學(xué)模式［11］。

［1］沈偉東，劉 旭，朱 勇，等.用透過率測(cè)試曲線確定半導(dǎo)體薄膜的光學(xué)常數(shù)和厚度［J］.半導(dǎo)體學(xué)報(bào)，2005，（02）：335－340.

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G642

A

1673－1794（2011）05－0110－02

江錫順（1980－），男，講師，研究方向：功能薄膜材料。

滁州學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（2009jyy033）

2011－03－23