呂淑媛 劉崇琪 李曉莉 朱海燕 羅文峰 梁猛

摘 ?要：為進一步提升課程質(zhì)量和學生的課程獲得感，以《半導體物理與器件》課程為例，在其教學實踐中通過編寫課程學習說明手冊、開展混合式教學、建立課程質(zhì)量監(jiān)控與質(zhì)量提升系統(tǒng)和改革考核方式等舉措努力踐行“以學生為中心”中的“學生學習原則”“學生發(fā)展原則”和“學習效果原則”，實現(xiàn)從“以教師為中心”向“以學生為中心”的轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：以學生為中心;本科教學;教學改革;課程質(zhì)量

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）21-0143-04

Abstract： To enhance the course quality and student's course sense of gain， we compile a course learning manual， launch blended learning， build course quality monitoring and quality enhancement system and examining reform. It implements three focuses of student-centered： student-learning， student-development and learning-outcome and transform teacher-centered to student-centered.

Keywords： student-centered; undergraduate teaching; educational reform; course quality

《半導體物理與器件》是電子科學與技術(shù)及光電信息科學與工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程主要以半導體內(nèi)載流子運動規(guī)律為基礎(chǔ)，研究幾種半導體器件的工作原理、工作特性及應用。通過這門課的學習，培養(yǎng)學生利用半導體物理理論分析相關(guān)器件工作原理和工作特性的能力，使學生具有解決相關(guān)實際工程問題的能力，是一門為后續(xù)專業(yè)課提供支撐的專業(yè)基礎(chǔ)課。

目前大學的課程教學中，傳統(tǒng)地以教室、教材和教師為中心的“以教師為中心”的教學模式仍占主導地位，教師在教室圍繞教材的講授是課程教學的主要形式[1]。在“以教師為中心”的教學模式中，從教師的角度重知識講授，輕能力培養(yǎng);從學生的角度重學分獲得，輕課程目標是大學課程學習中存在的普遍問題。下面結(jié)合《半導體物理與器件》課程，總結(jié)在傳統(tǒng)“以教師為中心”的教學實踐中，學生在課程學習過程中遇到的具體問題。

一、“以教師為中心”的教學模式中，學生在課程學習中遇到的主要問題

（一）學生在前期學習中容易產(chǎn)生畏難情緒，后期參與學習的主動性不高

半導體物理與器件課程的學習需要一定的基礎(chǔ)知識包括量子力學、固體物理和熱力學統(tǒng)計物理等。由于學分壓縮等原因，目前國內(nèi)高校大部分電子科學與技術(shù)及光電信息科學與工程專業(yè)取消了以上課程，而在先修課程只有《大學物理》的前提下，直接進入《半導體物理與器件》課程的學習。這在增加了教師教的難度的同時也增加了學生學的難度。同時該課程內(nèi)容多，具有物理類課程的普遍特點：涉及的基本概念多，公式多，理論抽象。在“以教師為中心”的教學模式中，教師負責知識傳授，學生被動接受知識，學生的主觀能動性未得到激發(fā)。學生在課程第一章、第二章被動學習過程中往往只看到了一個個的概念、公式和既定的結(jié)論，沒有主動深入思考概念之間或公式之間的邏輯關(guān)系，若單純依靠記憶，則很難記住所有的概念和公式。以上這些因素導致學生在課程學習初期容易產(chǎn)生畏難情緒，后期參與課程學習的積極性和主動性不高，成為阻礙學生課程目標達成的重要因素之一。

（二）學生難以建立起該課程的系統(tǒng)理論知識體系

半導體物理與器件課程具有鮮明的特點，其中就包括其具有一套自己的系統(tǒng)的用能帶處理半導體及半導體器件的方法，這需要在學生學習該課程的過程中逐步培養(yǎng)和建立起來。要求學生在學習的過程中不僅要學習每一個具體的知識點，還要在此基礎(chǔ)上提出更高的要求，就是了解這些知識點之間的邏輯關(guān)系，總結(jié)我們面對每個問題時處理的策略和方法，在此基礎(chǔ)上搭建起由知識點組成的知識框架，并找到隱藏在知識后面的用能帶的角度分析和處理半導體或半導體器件的方法論，即該課程特有思維模式。在“以教師為中心”的教學模式中，由于教師過于重視知識的傳授，對學生課程思維方式的培養(yǎng)重視不夠，沒有給學生創(chuàng)建一個基于解決某個問題，以培養(yǎng)學生課程思維方式的學習環(huán)境。建立課程的系統(tǒng)理論知識體系及方法論對知識點的學習尚感抽象和難理解的學生是一個更大的挑戰(zhàn)。

（三）課程學習目標不明確，對該課程的相關(guān)內(nèi)容在相關(guān)后續(xù)課程中的作用缺乏認識

在“以教師為中心”的教學模式，更看重系統(tǒng)的知識傳授，課程大綱中體現(xiàn)的往往是知識目標，往往忽視課程目標中很重要的，在知識學習過程中培養(yǎng)的能力目標。教師講授內(nèi)容，學生被動學習，沒有教師的引導作用加之學生的學習主動性未被充分調(diào)動起來，故學生很少深入思考為什么學習這部分內(nèi)容，這部分內(nèi)容在本章、本課程和本專業(yè)中的作用，在這部分內(nèi)容學習過程中培養(yǎng)了什么能力，這些能力又有可能應用到哪些場合等問題，這導致出現(xiàn)學生學習時能力目標不明確。

同時由于半導體物理與器件課程是專業(yè)基礎(chǔ)課與后續(xù)的幾門專業(yè)課之間均有交叉，“以教師為中心”的教學模式僅著眼于本課程的知識內(nèi)容，使學生在學習完本課程后仍不知道本課程的學習完成后，對后續(xù)課程的學習有什么作用和幫助，由于這方面原因?qū)е碌膶W生課程學習目標的不明確，學習效果也因此大打折扣。

以學生為中心的觀點最早是由美國的心理學家卡爾.羅杰斯在1951年提出的，并從上世紀80年代開始在美國大學中推廣改革[2]。1998年聯(lián)合國教科文組織在世界首屆高等教育大會宣言中，提出高等教育需要轉(zhuǎn)向“以學生為中心”的新視角和新模式[3]，這一觀點和模式逐漸被高等教育界接受并實行以提升教學質(zhì)量[4]。

將以學生為中心的思想貫徹到高校課堂中是將學生作為所有教學活動開展的出發(fā)點、聚焦點和落實點，是促使教師重新站在學生的角度，研究學生學習新知識規(guī)律，關(guān)注學生在學習過程中的學習體驗和感受的關(guān)鍵。教師通過研究教學設(shè)計和教學方法探索如何激發(fā)學生的興趣、如何給予學生及時反饋及幫助，如何引發(fā)學生深入思考，如何設(shè)計課程質(zhì)量監(jiān)控與質(zhì)量提升系統(tǒng)保證學生課程目標的達成及如何在傳授知識的同時實現(xiàn)能力培養(yǎng)等問題。

以學生為中心的教學模式強調(diào)在教學過程中體現(xiàn)三個原則，分別是“學生學習原則”“學生發(fā)展原則”和“學習效果原則”[2，5-7]。仍結(jié)合《半導體物理與器件》課程的教學實踐，談談如何在教學中體現(xiàn)這三個原則，貫徹“以學生為中心”的教學理念，找到學生在課程學習中的痛點并采取相應策略幫助他們一一突破，以提升課程質(zhì)量和學生的課程獲得感。

二、以學生為中心，提升課程質(zhì)量的教學改革與實踐

（一）給學生推送課程學習說明手冊

將“以學生為中心”的指導思想貫徹到半導體物理與器件的教學實踐中，從學生的角度出發(fā)，在學習這門課程之前，首先回答學生心中最常見的三個困惑：這門課學什么、怎么學、學了有什么用。

作者所在教學團隊開發(fā)了《半導體物理與器件》課程的課程學習說明手冊，該手冊給學生提供了課程目標、到達課程目標的路徑和課程質(zhì)量監(jiān)控等一整套的課程學習說明完備手冊。該手冊包括課程教學大綱、課程總目標，課程學時安排，每節(jié)課的知識目標和能力目標，每節(jié)課提供的參考資料及課堂活動和作業(yè)的量化評價表。該學習說明手冊中還給出了每節(jié)課所學內(nèi)容的結(jié)構(gòu)圖及每節(jié)課內(nèi)容與前面所學知識的關(guān)系，對本課程后面學習提供的支撐作用，和對后續(xù)相關(guān)課程的支撐作用。編寫圍繞課程大綱的學習說明手冊，解決了學生課程學習目標不明確的問題，提升了課程教學大綱的質(zhì)量，這二者是提升課程質(zhì)量的設(shè)計保障。

學生通過閱讀手冊能夠明確，教學內(nèi)容不僅是課程中必需的知識點，同時也是其能力培養(yǎng)的抓手，幫助其在后續(xù)學習中實現(xiàn)知識遷移。學生明確了課程總目標及每節(jié)課的小目標后，理解了教師對其的期望，提升了師生交流水平，提高了學生學習效果，提升了實現(xiàn)目標可能性。在課程學習中教師是學生學習活動的設(shè)計者、引導者和反饋者，所有的一切都為學生學習服務，充分體現(xiàn)“學生學習的原則”。

（二）開展線上線下結(jié)合的混合式教學

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，線上課程的興起，在線上課程基礎(chǔ)上開展的混合式教學方式很受00后這些網(wǎng)絡原住民的認可。為此課程團隊制作了涵蓋全部課程內(nèi)容的，講解時間在10-15分鐘之間、相對獨立知識點的微課視頻98個，通過學習通教學平臺按照教學進度發(fā)布。學生在上課前利用線上課程學習基礎(chǔ)知識及概念等可以自學的內(nèi)容，同時鼓勵學生通過線上課程的主動學習，探索新知識，自己構(gòu)建自身的知識和理解。

在課堂上留出更多的時間進行合理教學設(shè)計，一方面不能滿足于學生在線上學習完成后參差不齊的掌握狀況，通過以小組為單位開展翻轉(zhuǎn)課堂的教學形式讓學生用自己的語言闡明線上課程學習的概念、理論，同時接受其他同學的質(zhì)疑，回答其他同學提出的問題。在講解與答疑過程中教師在旁邊觀察記錄，發(fā)現(xiàn)學生沒有理解透徹和回答不準確的地方及時糾正并補充講解，保證學生自學部分內(nèi)容教學目標的達成。

除此之外，在課堂上還以教師設(shè)計的有一定挑戰(zhàn)性的問題為驅(qū)動，組織開展小組討論、合作學習等新的教學活動，通過這些新的教學形式，提高學生課堂參與度的同時也提升學生課程目標達成度，不僅能夠使學生理解和接受學習的內(nèi)容，而且教師抽出更多的時間幫助學生從分析問題、解決問題的角度認識到內(nèi)容之間的相互關(guān)系，解決學生認為概念多，公式多，學習時產(chǎn)生畏難情緒的問題，體現(xiàn)課程的高階性。

同時，教師結(jié)合工程實際，提出相關(guān)的實際問題，引導學生關(guān)注重要問題，通過討論促使學生思維發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，教師通過引導學生思考如何應用相應方法來解決問題，實現(xiàn)學生的深度學習，發(fā)展其專業(yè)能力，解決學生難以建立課程的系統(tǒng)理論知識體系的問題。在混合式教學中，教師合理的教學設(shè)計和教學組織是課程質(zhì)量提升的實施保障。

比如，在學習完施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)的概念和在本征半導體中分別摻入施主雜質(zhì)或受主雜質(zhì)形成n型、p型半導體后，可以給學生介紹實際中生長pn結(jié)的工藝流程，引導學生在過程中自己提出問題：對實際工藝中經(jīng)常出現(xiàn)的本征半導體中同時摻入施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)（補償半導體）如何判斷其導電類型的問題，在分析這一問題中要求學生綜合利用前面學習過的能帶相關(guān)知識和剛學習過的施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)的定義及其電離的知識，進行思考。

帶領(lǐng)學生做一個思想實驗，即在腦子里想象一個本征半導體中摻入了一個施主雜質(zhì)原子和一個受主雜質(zhì)原子，引導學生思考這兩種雜質(zhì)發(fā)生電離的優(yōu)先級，提示學生認識到過程發(fā)生需要滿足的條件容易實現(xiàn)與否決了該過程發(fā)生的優(yōu)先級別高低，引導學生思考并認識到雜質(zhì)補償過程發(fā)生的最高優(yōu)先級及必然性。突破在施主雜質(zhì)電離、受主雜質(zhì)電離和雜質(zhì)補償三種過程優(yōu)先權(quán)的問題后，并對補償半導體按照摻入施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度的不同進行分類，分析補償半導體導電類型的問題就迎刃而解了。

學生通過課堂活動與教師和其他學生交流、交換觀點，逐漸培養(yǎng)課程特有的思考模式與專業(yè)的判斷準則。在小組討論和翻轉(zhuǎn)課堂中，鍛煉了每一位學生的表達、傾聽、提問、演講的能力，培養(yǎng)學生的自信心，幫助學生實現(xiàn)個人成長。利用課堂活動，帶來了管理能力和不同角色實踐的機會;通過對每次活動的反思，學生可以從其它學生身上學習如何提高其表達能力和理解能力。教師是幫助學生成為對自己的成長和發(fā)展負責的人，充分體現(xiàn)了“學生發(fā)展的原則”。

（三）建立課程的質(zhì)量監(jiān)控與質(zhì)量提升系統(tǒng)

各種教學活動的開展是為了幫助學生實現(xiàn)課程目標從而提升課程質(zhì)量，為了保證學生最終實現(xiàn)課程目標，要求教師在教學活動開展過程中不斷的審視和檢查每節(jié)課一個個小目標的實現(xiàn)情況，切實保證學生一步一步在教師的引導下實現(xiàn)課程大目標。這就需要建立課程的質(zhì)量監(jiān)控和與之配合的質(zhì)量提升系統(tǒng)。

教師一方面要與教學的主體——學生之間進行不斷的溝通與交流，了解學生在學習中存在的困惑，關(guān)注學生學習的主觀體驗與感受，并分析學生這種體驗和感受背后的原因，幫助學生找到相應的薄弱環(huán)節(jié)。

課程的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)每節(jié)課的小目標和課程的階段目標，選擇監(jiān)控方式、設(shè)置監(jiān)測點，對整個課程建立多層次的監(jiān)控體系，用于監(jiān)控教學各階段的目標達成情況，及時發(fā)現(xiàn)問題，找出問題并解決問題。監(jiān)控體系中所有不同形式的監(jiān)控方式均是圍繞課程目標（包括大目標和小目標）達成展開的。

在開始學習新章節(jié)的學習階段，會涉及很多新的概念和知識點，可用包含選擇題、填空題、設(shè)計題、計算題等題型考試這樣的監(jiān)控方式來監(jiān)控學生對概念和知識的掌握情況。隨著課程的深入，學生對課程的理解會更深入和更加系統(tǒng)化，可通過完成某個實際任務等方式大范圍地監(jiān)控學生的學習狀態(tài)和他們對課程的理解和掌握程度。通過布置閱讀相關(guān)文獻資料及學生自己根據(jù)教師要求查找相關(guān)資料解決教師提出的一些開放性題目，在培養(yǎng)學生科學研究專業(yè)素養(yǎng)的同時，也是監(jiān)測學生對相關(guān)概念理解及學習狀況的不錯選擇。此外在混合式教學中開展的小組討論、合作學習和翻轉(zhuǎn)課堂等形式，也是教師對學生進行學習狀況監(jiān)控的很好的機會，教師可以從書面作業(yè)，學生對討論的貢獻、學生的表達及課堂交流能力等方面出發(fā)由教師主導制定，學生參與討論確定的評價量化表來監(jiān)控學生的學習狀態(tài)。

當通過監(jiān)控系統(tǒng)反饋得到學生的課程目標達成狀況，教師需要利用這些信息從學生的角度出發(fā)，分析學生在學習中遇到的困難，對課程各環(huán)節(jié)進行質(zhì)量評估，研討課程質(zhì)量提升的措施并應用于課程的相應環(huán)節(jié)，重新進行教學設(shè)計并相應地改善教學方式。

比如，通過與學生交流溝通表明學生對定性分析pn結(jié)在接正向偏壓和反向偏壓時，由pn結(jié)的正向注入和反向抽取決定的pn結(jié)的單向?qū)щ娦缘睦斫庥欣Щ?。教師針對學生對能帶圖不能很好的理解和利用的問題，調(diào)整了教學方式，在教學過程先對平衡pn結(jié)能帶圖中由于內(nèi)建電場的存在對n區(qū)電子和p區(qū)空穴存在的勢壘進行說明，利用一段滑滑板的男孩在滑上斜坡后又被迫返回的視頻表達其與n區(qū)電子和p區(qū)空穴類似的處境。在此基礎(chǔ)上強調(diào)外加電壓是調(diào)控勢壘高度的抓手，請學生自己小組討論思考分析外加不同電壓時pn結(jié)勢壘的變化，進而確定在不同電壓下n區(qū)電子和p區(qū)空穴的擴散和平衡時相比較發(fā)生的變化。與不同電壓下少子漂移電流發(fā)生的變化對照，得出正向偏壓下多子擴散占優(yōu)勢，而反向偏壓下少子漂移占優(yōu)勢的結(jié)論。

同時，找到與這種抽象概念相似的實際中具體事物的類比，如可借助實際中一張水庫泄洪的照片和用針管抽血的照片對應多子的注入和少子的抽取，通過兩張照片的強烈對比引導學生體會正向注入和反向抽取的差異，進而幫助學生打通理解pn結(jié)的單向?qū)щ娦缘淖詈笠还铩?/p>

監(jiān)控系統(tǒng)反饋的信息還為教師的教學進度提供參考依據(jù);如果監(jiān)控反饋的信息表明有部分學生的達成情況已在及格線之下，需對這部分學生建立課程學習預警機制，及時與這部分學生進行溝通、交流，給予他們課程學習方面的個性化的幫助，在后續(xù)學習過程高度關(guān)注該群體以保證這部分學生的課程目標達成。教師以課程目標為導向、通過課程質(zhì)量監(jiān)控和質(zhì)量提升系統(tǒng)，持續(xù)改進，確保課程質(zhì)量的提升，體現(xiàn)了“學習效果原則”。

三、以學生為中心的課程考核方式改革

一個合理的“以學生為中心的”課程考核方式是以上所有教學改革和實踐實施效果的重要保障。圍繞課程目標的達成作為課程學習的唯一追求，以學生為中心，改變傳統(tǒng)的所有學生一張卷子的考核方式，對學生提供多種選擇考核方式。

對于平時成績在85分以上的優(yōu)秀學生可以選擇項目答辯的方式進行考核，通過學生自主選題，經(jīng)教師審核通過后，學生自主進行文獻檢索和項目實施，在項目完成后在全班進行答辯并回答其他同學提出的問題，按照文獻檢索占30%，項目實施占50%，答辯占20%（包括學生評委占該部分的40%，教師評委占該部分60%）確定學生最終項目實踐得分作為最終成績的60%，加上40%的平時分作為該門課程的最終得分。答辯的形式一方面給答辯學生提供了一個很好的機會與舞臺，同時對于其他同學也是一個很好地引領(lǐng)與示范的作用，有助于形成一個良好的班級學習氛圍。

除去項目答辯進行考核的同學外，其余同學的考核中遵循更關(guān)注學生學習過程并力求考核方式多元化的原則，避免傳統(tǒng)的由期末考試一次大考決定課程通過與否和學生在考前突擊，考后忘的狀況。最終課程成績包括課堂活動的參與度（占總成績的25%），每次作業(yè)完成情況（占總成績的10%），線上課程的學習情況以及參與線上討論的情況（占總成績的10%）。對于考試環(huán)節(jié)包括課堂隨機考試（考五次，占總成績的15%）和期末考試（占總成績的30%）以及教師對學生的一對一面試（占總成績的10%），通過學生隨機抽取課程相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系課程所學進行闡述，考察學生課程素養(yǎng)，時間限定在15分鐘內(nèi)由兩位老師打分取平均分。

四、結(jié)束語

通過在《半導體物理與器件》課程中開展“以學生為中心”出發(fā)的教學實踐表明：課程學習說明手冊為學生的努力提供了目標，激發(fā)學生自主學習，提升了學生實現(xiàn)目標的可能性和學習效果。線上線下混合式教學的開展激發(fā)學生獨立思考，培養(yǎng)學生專業(yè)思考模式，使其成為對自己的成長和發(fā)展負責的人。課程質(zhì)量監(jiān)控與質(zhì)量提升系統(tǒng)為保證課程目標的達成提供強有力的支撐。努力踐行了“以學生為中心”中的“學生學習原則”“學生發(fā)展原則”和“學習效果原則”，提升了課程質(zhì)量。

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