朱華麗

（長(zhǎng)沙理工大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 湖南·長(zhǎng)沙 410114）

0 引言

電子材料和光電子材料是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，它們是信息的獲取、傳輸、存儲(chǔ)、顯示及處理和運(yùn)算的各種材料。[1]“電子與光電子材料”課程是我校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)重要的選修課程之一，根據(jù)教學(xué)進(jìn)程計(jì)劃安排在第七學(xué)期，課程講課32 學(xué)時(shí)，其中討論12 學(xué)時(shí)。光電信息科學(xué)與工程專業(yè)是信息科學(xué)類專業(yè)之一，其目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)與物理基礎(chǔ)、電子信息科學(xué)與技術(shù)的基本理論和基本知識(shí)，受到嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練和初步的科學(xué)研究訓(xùn)練，創(chuàng)新意識(shí)好、動(dòng)手能力強(qiáng)，能在國(guó)防、新能源、光通信、光電信息處理、光纖傳感等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和管理等工作的應(yīng)用型高級(jí)專門(mén)人才和行業(yè)精英。在開(kāi)設(shè)本課程前，學(xué)生已具有“普通物理”“固體物理與半導(dǎo)體物理”“光電子學(xué)”“光線通信技術(shù)”等相關(guān)課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，但對(duì)于各電子與光電子材料組成、性能和制備技術(shù)等涉及到的材料學(xué)知識(shí)、前沿及應(yīng)用的了解不足，因此選取學(xué)習(xí)本課程的積極性和主動(dòng)性欠缺。本文基于當(dāng)前“電子與光電子材料”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，圍繞課程教材和教學(xué)內(nèi)容選取、教學(xué)方法含課程考核改進(jìn)等方面進(jìn)行了初步的探討，提出了一些有利于提高教學(xué)質(zhì)量的舉措。

1 課程開(kāi)設(shè)現(xiàn)狀

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)很多高校為信息科學(xué)類本科學(xué)生開(kāi)設(shè)了與本課程相近的一些課程，如“電子材料”[2-7]“光電子材料”[8]“電氣功能材料學(xué)”[9]電子材料與（元）器件[10,11]等。這些課程雖然名稱不完全一致，但教學(xué)內(nèi)容有許多相同之處。同時(shí)，針對(duì)各自的專業(yè)培養(yǎng)規(guī)劃和學(xué)科優(yōu)勢(shì)，課程教學(xué)的學(xué)時(shí)數(shù)不同，教學(xué)內(nèi)容上也各有側(cè)重點(diǎn)。徐曼等[9]對(duì)比了美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）開(kāi)放的相近課程“Electrical, Optical & Magnetic Materials and Devices”和“Electronic and Mechanical Prosperities of Materials”，得到了許多值得國(guó)內(nèi)借鑒和引進(jìn)消化的經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)有的高校還開(kāi)設(shè)了“電子材料學(xué)”全英文教學(xué)，[12]為培養(yǎng)與國(guó)際接軌的現(xiàn)代化復(fù)合型人才開(kāi)闊了思路。

2 教材的選擇和教學(xué)內(nèi)容安排

我校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)采用文獻(xiàn)[13]作為“電子與光電子材料”課程的主要參考教材，教學(xué)內(nèi)容主要涉及電性材料、電介質(zhì)材料、壓電材料、磁性材料、太陽(yáng)電池材料、固體激光材料、光信息存儲(chǔ)材料和光顯示材料。此門(mén)課程涵蓋的理論基礎(chǔ)廣泛，課程學(xué)習(xí)難度較大。鑒于學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)的不完善和材料科學(xué)發(fā)展的更新，引入內(nèi)容較新的文獻(xiàn)[14]作為參考教材。同時(shí)，根據(jù)專業(yè)教師的研究特長(zhǎng)和學(xué)生就業(yè)需求，在教學(xué)內(nèi)容的安排上進(jìn)行適當(dāng)取舍并補(bǔ)充最新的電子與光電子材料研究前沿和成果介紹。

2.1 增加電子材料分析表征和制備工藝介紹

材料的組成、結(jié)構(gòu)決定了材料的性能?？紤]到授課專業(yè)的學(xué)生雖然已完成“固體物理”方面的課程學(xué)習(xí)，但在課程學(xué)習(xí)后并沒(méi)有結(jié)合到具體材料的實(shí)踐應(yīng)用，本課程需要對(duì)電子材料的晶體特征進(jìn)行簡(jiǎn)單的回顧。同時(shí)，由于所授課專業(yè)學(xué)生沒(méi)有材料學(xué)其它課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，本部分內(nèi)容重點(diǎn)介紹電子材料的分析和表征方法，如化學(xué)成分分析方法、X射線衍射分析法（XRD）、顯微分析法（SEM）、電導(dǎo)率測(cè)定方法等，以及功能材料制備的工藝，如薄膜工藝、厚膜工藝和陶瓷工藝等。這將有利于開(kāi)闊信息科學(xué)類學(xué)生的視野，增強(qiáng)學(xué)科交叉融合的意識(shí)，為學(xué)生后續(xù)從事相關(guān)的科研工作培養(yǎng)良好的綜合能力。

2.2 增加超導(dǎo)材料內(nèi)容

超導(dǎo)材料是一種物理化學(xué)性能優(yōu)異的功能材料，在強(qiáng)電和弱電方面都具有良好的發(fā)展前景，如應(yīng)用為超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)輸電線、超導(dǎo)磁懸浮列車、核磁共振和磁共振成像等。本部分內(nèi)容重點(diǎn)講解超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)歷程、超導(dǎo)材料的基本性質(zhì)和應(yīng)用，并特別介紹2016 年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)人趙忠賢院士的主要科研貢獻(xiàn)。超導(dǎo)臨界溫度很低，其廣泛應(yīng)用受到影響，尋找液氮溫區(qū)的高溫超導(dǎo)體甚至室溫超導(dǎo)體一直是科學(xué)家長(zhǎng)期的夢(mèng)想。在百余年超導(dǎo)研究史中，出現(xiàn)了兩次高溫超導(dǎo)的重大突破，趙忠賢院士及其合作者都取得了重要成果——獨(dú)立發(fā)現(xiàn)液氮溫區(qū)高溫超導(dǎo)體和發(fā)現(xiàn)系列50K 以上鐵基高溫超導(dǎo)體并創(chuàng)造55K 記錄。趙忠賢院士研究的高溫超導(dǎo)材料使中國(guó)超導(dǎo)技術(shù)走在世界前列，具有非常重大的意義。通過(guò)本內(nèi)容的學(xué)習(xí)，激勵(lì)青年學(xué)子樹(shù)立家國(guó)情懷，學(xué)習(xí)新時(shí)代科學(xué)家精神，了解科學(xué)前沿，增強(qiáng)學(xué)生的時(shí)代責(zé)任感。

2.3 自主鞏固非線性光學(xué)材料和光纖材料內(nèi)容

非線性光學(xué)材料和光纖材料是光電材料的重要組成部分。但是由于本專業(yè)在開(kāi)設(shè)“光電子學(xué)”“光纖通信技術(shù)”等課程時(shí)，專任教師已涉及這部分內(nèi)容，故這部分內(nèi)容不作為課堂講授內(nèi)容，留給學(xué)生自主學(xué)習(xí)和討論。另外，半導(dǎo)體材料也在本專業(yè)“半導(dǎo)體物理”等相關(guān)課程中涉及，故本課程弱化了這部分教學(xué)內(nèi)容。

3 教學(xué)方法探討

3.1 多媒體結(jié)合板書(shū)

采用PPT 進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容講授，講解思路和重要的公式推導(dǎo)采用板書(shū)展示，在增大課堂信息量、保持教學(xué)內(nèi)容豐富和形象的同時(shí)，兼顧學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和前后關(guān)聯(lián)。通過(guò)圖片、視頻、動(dòng)畫(huà)等多媒體手段，能夠很好的演示電子與光電子材料相關(guān)儀器設(shè)備構(gòu)成、原理和工作模式，直觀形象的展示材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其器件的工作原理。這些多媒體內(nèi)容包含電子與光電子材料晶體結(jié)構(gòu)的展示，如鐵氧體磁性材料和各類固體激光材料晶體；材料分析表征儀器及其工作原理和數(shù)據(jù)分析的演示，如XRD、SEM 分析；材料制備過(guò)程的動(dòng)畫(huà)展示，如采用導(dǎo)模法（直拉法）將硅料在石英坩堝中加熱熔化，用籽晶與硅液面接觸，然后開(kāi)始向上提升長(zhǎng)出柱狀晶棒的生產(chǎn)過(guò)程。在講解太陽(yáng)電池材料章節(jié)時(shí)，采用動(dòng)畫(huà)和示意圖展示太陽(yáng)電池工作原理，進(jìn)而分析太陽(yáng)電池器件各部件所采用的材料，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)材料及其最終器件的感性認(rèn)識(shí)。在講解超導(dǎo)材料章節(jié)前，播放一段最新的超導(dǎo)體磁懸浮列車的高速運(yùn)行視頻，用離生活很近的先進(jìn)高科技產(chǎn)品激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并引導(dǎo)學(xué)生積極思考其理論依據(jù)。

3.2 實(shí)物教學(xué)

電子與光電子材料具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為了使大家有親身體驗(yàn)的感受，引發(fā)學(xué)習(xí)的好奇心，教學(xué)上采用實(shí)物教學(xué)。將一些常見(jiàn)的電子材料和元器件帶入課堂做展示和傳閱，如電阻、電容、電感、傳感器、印制電路板、晶體管、激光器件、電子顯示器件、太陽(yáng)電池、壓電、石英、陶瓷磁性材料等。將實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的動(dòng)畫(huà)帶入課堂，結(jié)合實(shí)物認(rèn)識(shí)各類電子器件的組成材料，將理論與實(shí)踐結(jié)合，有利于彌補(bǔ)本選修課程沒(méi)有設(shè)置實(shí)踐環(huán)節(jié)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握不牢的不足。

3.3 專題討論結(jié)合科技論文寫(xiě)作

為了達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果，課程的考核分成兩部分：平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)。其中平時(shí)成績(jī)包括考勤和課堂分組專題討論，期末成績(jī)?yōu)檎n程科技論文寫(xiě)作。課堂專題討論為教學(xué)計(jì)劃中設(shè)定但任課教師沒(méi)有講解的內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)興趣自行組成討論小組，課外通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和書(shū)籍收集并篩選與專題相關(guān)的電子或光電子材料的信息后制作成PPT，并由其中1-2 名學(xué)生代表在討論課上進(jìn)行演示和講解，爭(zhēng)取每一位同學(xué)都得到資料整理鍛煉或?qū)W習(xí)成果展示的機(jī)會(huì)。專題討論分組匯報(bào)旨在通過(guò)發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性培養(yǎng)其探索知識(shí)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、書(shū)面和口頭表達(dá)能力。

課程科技論文的寫(xiě)作要求在課程一開(kāi)課即布置，要讓學(xué)生帶著目標(biāo)、帶著問(wèn)題主動(dòng)去學(xué)習(xí)本門(mén)課程，并在學(xué)習(xí)過(guò)程中找到自己的興趣所在。論文寫(xiě)作需要學(xué)生獨(dú)立完成，選取某種電子與光電子材料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行廣泛的文獻(xiàn)檢索和歸納，使學(xué)生掌握了解專業(yè)前沿動(dòng)態(tài)的方法，按照本科畢業(yè)論文格式撰寫(xiě)，從形式上和內(nèi)容上切實(shí)發(fā)揮課程學(xué)習(xí)的作用，將教學(xué)和科研有機(jī)結(jié)合。本課程采用專題討論結(jié)合科技論文寫(xiě)作的考核方式，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主性和研究性學(xué)習(xí)能力。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展依賴于電子和光電子材料性能的提升和新材料的涌現(xiàn)。本文基于“電子與光電子材料”課程開(kāi)設(shè)現(xiàn)狀，從教材的選擇和教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)方法含課程考核方式等方面進(jìn)行了幾點(diǎn)探討。嘗試將學(xué)科融合應(yīng)用到本科教學(xué)實(shí)踐中，結(jié)合信息科學(xué)類專業(yè)特點(diǎn)，適當(dāng)補(bǔ)充材料學(xué)知識(shí)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。同時(shí)將最新的科研成果引進(jìn)課堂，讓學(xué)生緊跟專業(yè)發(fā)展前沿。不斷改進(jìn)教學(xué)方式方法，靈活運(yùn)用多媒體教學(xué)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合實(shí)物教學(xué)，提高課堂教學(xué)效果。通過(guò)專題研討和科技論文寫(xiě)作，培養(yǎng)學(xué)生的自主性和研究性學(xué)習(xí)，為學(xué)生今后從事電子與光電子材料相關(guān)領(lǐng)域的科研和工程技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。