尹正茂 孫長龍 李桂村 孫瓊 王莉 石良 于立巖 杜芳林

[摘 要]半導(dǎo)體照明原理與技術(shù)是新能源材料與器件專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，在新舊動能轉(zhuǎn)換戰(zhàn)略下半導(dǎo)體照明原理與技術(shù)課程的教學(xué)改革，對促進半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展及國家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)突破升級具有重要意義;慕課教學(xué)、啟發(fā)教學(xué)、實物教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、實踐教學(xué)等多種教學(xué)手段的綜合運用促進本課程的教學(xué)改革。

[關(guān)鍵詞]新舊動能轉(zhuǎn)換;半導(dǎo)體照明原理與技術(shù);教學(xué)研究

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）48-0-02[收稿日期] 2020-05-11

半導(dǎo)體照明是以發(fā)光二極管（LED）為核心的固體發(fā)光器件，具有節(jié)能、環(huán)保、智能等優(yōu)點，成為21世紀最有發(fā)展前景的“綠色”光源。在新舊動能轉(zhuǎn)換戰(zhàn)略下，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)如何不斷突破新技術(shù)，如何從跟蹤超越到引領(lǐng)，如何從做大到做強，成為重要目標和課題。半導(dǎo)體照明創(chuàng)新發(fā)展離不開對半導(dǎo)體照明人才的培養(yǎng)，而半導(dǎo)體照明原理與技術(shù)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。

半導(dǎo)體照明原理與技術(shù)是新能源材料與器件專業(yè)和材料學(xué)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，涉及光學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體物理與器件、光電子學(xué)等內(nèi)容[1，2]，是一門集合材料合成、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝制備等的應(yīng)用綜合交叉課程。在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維、工程設(shè)計、綜合應(yīng)用能力方面起到重要作用。因此，為了適應(yīng)新舊動能轉(zhuǎn)換戰(zhàn)略下半導(dǎo)體照明的發(fā)展要求，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和解決實際問題的能力，需要探索本課程的新型教學(xué)方法。

一、課程改革思路目標

本課程改革的總體思路是教學(xué)形式靈活多樣、啟發(fā)引導(dǎo)為主、以學(xué)生為中心、激發(fā)學(xué)生主動性、注重實踐應(yīng)用。對教師目標要求：運用現(xiàn)代教學(xué)手段建立線上課程，豐富教學(xué)手段;改變填鴨式教學(xué)，注重啟發(fā)互動;教學(xué)內(nèi)容形象化可視化，同時公式原理回歸傳統(tǒng)板書教學(xué);將更多實物帶入課堂，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;以學(xué)生為中心，探索翻轉(zhuǎn)課堂;注重實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。對學(xué)生目標要求：養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)習(xí)慣，主動思考并勇于提問，課上跟上教師思路，注重理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)團隊合作、歸納總結(jié)、語言表達、動手實踐的能力;掌握半導(dǎo)體照明相關(guān)的理論知識，具備半導(dǎo)體照明材料制備、結(jié)構(gòu)設(shè)計、器件開發(fā)、產(chǎn)品應(yīng)用的能力。

二、教學(xué)改革方法

為了實現(xiàn)新舊動能轉(zhuǎn)換戰(zhàn)略下半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的突破和引領(lǐng)目標[3]，半導(dǎo)體照明原理與技術(shù)課程的教學(xué)過程中綜合運用了多種教學(xué)改革方法。具體內(nèi)容如下：

（一）慕課教學(xué)

建立了以超星學(xué)習(xí)通為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體照明原理與技術(shù)線上慕課課程，集合了視頻、PPT課件、習(xí)題、文獻等資料。課前學(xué)生預(yù)習(xí)課程內(nèi)容;課上教師現(xiàn)場發(fā)送客觀題，學(xué)生線上答題，這種方式快速反饋學(xué)生對知識點的掌握情況;課后學(xué)生通過慕課系統(tǒng)隨時與老師、同學(xué)溝通討論，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和時效性得到明顯提高。

（二）啟發(fā)式教學(xué)

知識點盡量以問題形式引入，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生思考，注重學(xué)生獨立思考、分析和解決問題的能力。例如，問題：生活中哪些物品應(yīng)用了LED，結(jié)構(gòu)形式是什么？讓學(xué)生開動腦筋、發(fā)散思維、判斷解答問題。

（三）PPT和板書教學(xué)結(jié)合

豐富PPT課件內(nèi)容，搜集和制作了大量彩色立體圖像和視頻動畫，把知識原理從苦澀的文字轉(zhuǎn)變成簡單可視易懂的影像，使知識更容易被接受，提高了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)效率。例如，PN結(jié)通電時電子和空穴運動的動畫使載流子的運動清晰可見，LED中電子和空穴復(fù)合發(fā)光的動畫使發(fā)光過程一目了然;MOCVD設(shè)備的詳細拆解圖、LED芯片工藝流程圖、LED芯片的各種設(shè)備等圖表，使學(xué)生詳細了解LED外延生長過程、芯片工藝以及多種設(shè)備的工作原理和結(jié)構(gòu)。對一些關(guān)鍵性的知識點要以板書為主，仔細講解原理內(nèi)涵和公式推導(dǎo)，板書過程使學(xué)生看到知識點的來源和演變過程，學(xué)生理解更深刻。例如，PN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)的能帶圖在黑板上邊畫邊講，異質(zhì)結(jié)的進化過程一目了然。

（四）實物教學(xué)

在教學(xué)中引入章節(jié)內(nèi)容相對應(yīng)的實物，讓學(xué)生形象地看到實物具體什么樣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如：講解光譜相關(guān)內(nèi)容，課堂上利用微型分光光度計和光纖光譜儀，現(xiàn)場將鹵鎢燈和太陽光進行分光并測試光譜;講解色度學(xué)內(nèi)容，現(xiàn)場用微型光譜儀測量實物顏色;講解LED結(jié)構(gòu)時，結(jié)合LED外延片、不同規(guī)格LED芯片和LED燈珠進行實物講解;講解LED芯片制備流程時，結(jié)合LED芯片工藝隨工單實物給學(xué)生講解。通過實物教學(xué)，學(xué)生感官認知增強，學(xué)生更加積極主動學(xué)習(xí)，對知識的理解和把握更深入。

（五）翻轉(zhuǎn)課堂

對于新型發(fā)光材料和器件部分，采取課題研究、分組協(xié)作和翻轉(zhuǎn)課堂的開放式教學(xué)模式。提供幾個研究課題：半導(dǎo)體激光器LD、有機發(fā)光二極管OLED、膠體量子點LED、鈣鈦礦LED、LED大屏顯示、LCD顯示技術(shù)等，讓學(xué)生自主選擇感興趣方向，自由組合形成課題組，學(xué)生分工合作、查閱資料和文獻，自學(xué)知識、提取有用內(nèi)容、整理知識、制作并講解PPT、相互提問、相互打分。教師全程跟蹤和指導(dǎo)，對遇到的困難和問題給予引導(dǎo)建議，并確保每個學(xué)生都能參與進來;每個課題的講解人在二人以上，全員參與問題解答;教師主持各課題組講解現(xiàn)場，配合主講人調(diào)動觀眾積極性，并對學(xué)生難以解答問題進行現(xiàn)場解答，制定詳細的打分規(guī)則。通過翻轉(zhuǎn)課堂，培養(yǎng)學(xué)生課題調(diào)研、學(xué)習(xí)知識、總結(jié)歸納、分工協(xié)作和演講表達的科研素養(yǎng)和能力，使學(xué)生對半導(dǎo)體照明相關(guān)知識的綜合學(xué)習(xí)能力得到提高。

（六）開設(shè)專業(yè)綜合實驗

開設(shè)專業(yè)綜合實驗這類后續(xù)實踐課程—“白光LED制備及性能研究”，通過專業(yè)綜合實驗讓學(xué)生動手組裝和測試LED，使學(xué)生理論聯(lián)系實踐，學(xué)以致用?！鞍坠釲ED制備及性能研究”分為四部分：一是新型光轉(zhuǎn)換熒光納米材料（熒光碳點、碲化鎘量子點等）制備;二是新型光轉(zhuǎn)換熒光納米材料的性能測試（吸收、熒光、量子效率、TEM等）;三是新型熒光納米材料和傳統(tǒng)Ce3+：YAG熒光粉在藍光LED燈珠上的涂覆、調(diào)制白光和封裝，制備幾種白光LED;四是白光LED的光電性能測試。本專業(yè)綜合實驗培養(yǎng)學(xué)生在新材料合成、材料性能測試、器件組裝、白光LED光電性能測試及分析、綜合實驗報告的撰寫和分析等方面的能力?！鞍坠釲ED制備及性能研究”專業(yè)綜合實驗不僅是先導(dǎo)課程“半導(dǎo)體照明原理與技術(shù)”的實踐課程，更是訓(xùn)練和提升學(xué)生對半導(dǎo)體照明材料和器件研發(fā)綜合能力的課程。

（七）課程考核

半導(dǎo)體照明原理與技術(shù)的課程目標是培養(yǎng)學(xué)生掌握半導(dǎo)體照明知識并綜合運用知識的能力，期末總評成績由平時成績（30%）和期末考試成績（70%）兩部分構(gòu)成，平時成績由課堂問題回答、課后習(xí)題作答、翻轉(zhuǎn)課堂成績組成;專業(yè)綜合實驗單獨考核給分。

三、結(jié)論

本課題是在新舊動能轉(zhuǎn)換戰(zhàn)略下的教學(xué)改革研究項目，綜合運用了多種教學(xué)手段來提升半導(dǎo)體照明原理與技術(shù)的教學(xué)效果。在實際教學(xué)過程中，結(jié)合了慕課教學(xué)、啟發(fā)教學(xué)、PPT和板書教學(xué)、實物教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、專業(yè)綜合實驗等多種教學(xué)手段，培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，提高了學(xué)生對知識的理解、掌握和實踐運用能力，鍛煉了學(xué)生解決實際問題的綜合能力。本教學(xué)研究自2018年開始在青島科技大學(xué)新能源材料與器件專業(yè)實驗班進行改革和實踐，教學(xué)效果提升明顯，具有較高的理論意義和推廣價值。

參考文獻

[1]李晉閩.新舊動能轉(zhuǎn)換引領(lǐng)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展[J]. 中國科技產(chǎn)業(yè)，2018（1）：54-55.

[2]王元元，吳子華，李文琴，等.基于工程認證的半導(dǎo)體照明原理與技術(shù)課程的教學(xué)方法研究[J].化學(xué)工程與裝備，2019（9）：289- 290.

[3]楊廣華，牛萍娟，李玉蘭，等.基于半導(dǎo)體照明新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的本科工程教育研究[J].照明工程學(xué)報，2014（25）：21-25.