梅紅櫻 周原 熊娟

【摘要】隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)生獲取學(xué)習(xí)資源的方式越來越廣泛，教師在教學(xué)過程中要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對象進(jìn)行有效的課堂教學(xué)改革，改善教學(xué)效果，從而有效提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。針對半導(dǎo)體光電子學(xué)這門課程，通常理論知識比較難懂，學(xué)生學(xué)習(xí)起來枯燥無味，缺乏學(xué)習(xí)興趣，希望優(yōu)化課堂教學(xué)模式，使課程教學(xué)實效化，真正達(dá)到半導(dǎo)體光電子學(xué)方面的知識傳授與能力培養(yǎng)為一體的效果。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)改革;半導(dǎo)體光電子學(xué);課堂教學(xué);理論與實踐

【基金項目】黃淮學(xué)院2019年度高等教育教學(xué)改革研究項目（編號：2019XJGLX0173）;黃淮學(xué)院2018年度高等教育教學(xué)改革研究項目（編號：2018XJGLX0112）;黃淮學(xué)院青年骨干教師資助計劃。

中圖分類號：G223? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.04.087

半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能在外界條件的干擾下會發(fā)生顯著的變化，因此半導(dǎo)體光電子器件已經(jīng)融入了我們生活的方方面面，一直是科學(xué)研究的熱點內(nèi)容。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)逐漸形成了以電子系統(tǒng)設(shè)計為基礎(chǔ)，以光電信息工程為方向的培養(yǎng)模式。《半導(dǎo)體光電子學(xué)》主要研究半導(dǎo)體材料中的電子與所受到的光子之間的相互作用，包括電子與光子之間相互作用的科學(xué)理論，也緊扣光電子器件的實踐應(yīng)用，通常作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的選修課程。這門課程涉及量子力學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體物理等一些基礎(chǔ)物理，也關(guān)聯(lián)著半導(dǎo)體光電子材料及其相關(guān)器件，在信息（光通信、光顯示等）、照明、光學(xué)儀器（激光精密測距、光纖傳感等）、加工（激光打印、激光切割、激光焊接等）、醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。這門課程要求學(xué)生不僅從理論上掌握半導(dǎo)體光電子學(xué)的基本概念、基本理論和基本思想，更重要的是掌握一些半導(dǎo)體光電子器件的實踐技術(shù)，為將來從事半導(dǎo)體光電技術(shù)領(lǐng)域的科研、開發(fā)和應(yīng)用工作奠定基礎(chǔ)。

半導(dǎo)體光電子學(xué)內(nèi)容涉及半導(dǎo)體光電子基礎(chǔ)和半導(dǎo)體光電子器件兩部分內(nèi)容，課堂中需要講解的知識點較多，課程的公式繁多，推導(dǎo)較為復(fù)雜，抽象難記，理論分析部分難于理解。因此，在有限的教學(xué)安排時間內(nèi)講解所有內(nèi)容對教師來說是一個挑戰(zhàn)。因此，基于這些現(xiàn)狀教師必須要進(jìn)行課程改革，以達(dá)到相對較好的授課效果。在本課程的教學(xué)過程中，形成了以學(xué)生為中心，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等多方面進(jìn)行改革、嘗試，加強師生互動，講解深入淺出，擴寬知識面，加強理論與實踐結(jié)合等從多方面出發(fā)，改善教學(xué)效果，進(jìn)而培養(yǎng)能掌握半導(dǎo)體光電子基礎(chǔ)理論及半導(dǎo)體光電子器件的面向世界的現(xiàn)代化專業(yè)人才。

1.課堂教學(xué)改革方式

1.1課堂教學(xué)內(nèi)容的改革

在教學(xué)內(nèi)容方面，第一是精選授課內(nèi)容，緊跟科學(xué)發(fā)展的步伐，做到與時俱進(jìn)。這門課程既是基本的原理內(nèi)容，但又是滯后的材料和器件，若教師授課時只是按照教材內(nèi)容講解，往往導(dǎo)致內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展脫節(jié)的后果。為了滿足對學(xué)生不同層次的需求，我們應(yīng)及時更新教材內(nèi)容，以拓寬學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生不同層面，不同方向的興趣，為學(xué)生將來就業(yè)，升學(xué)做好充分的準(zhǔn)備。例如，根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在半導(dǎo)體材料方面，增加新型二維半導(dǎo)體材料如石墨烯、二維過渡金屬硫化物、黑磷等相關(guān)材料的基本特性闡述，詳細(xì)解釋不同器件之間的異同之處以及器件能夠應(yīng)用的領(lǐng)域;在光電檢測方面，除了介紹基本的光子和光熱等光電探測器外，增加現(xiàn)在應(yīng)用比較普遍的太赫茲時域光譜的電光效應(yīng)的檢測原理，相比其它探測器的優(yōu)越性，擴寬學(xué)生的知識面的同時也與社會的科研發(fā)展緊密結(jié)合，使授課內(nèi)容緊跟時代潮流。

第二是在授課過程中，讓學(xué)生明白教學(xué)內(nèi)容的重難點，也就是要讓學(xué)生輕松地理解教材中知識點的基本概念，學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的基本思路和方法。不建議學(xué)生過于注重繁瑣理論公式的推導(dǎo)，應(yīng)正確理解公式中各物理量的含義，這樣有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如《半導(dǎo)體光電子學(xué)》中費米的“黃金定則”公式是從哈密頓量形式出發(fā)，利用薛定諤方程進(jìn)行求解得到的，然而對于高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識比較薄弱的同學(xué)，求解起來可能比較困難，那教師在授課過程中要用易懂的語言講解公式的物理含義，即躍遷幾率，具體的推導(dǎo)過程視學(xué)生自己情況而定，以免影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

第三是注重理論與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，加深知識理解，提高學(xué)生興趣。理論與實踐的結(jié)合在教學(xué)領(lǐng)域一直受到高度評價。通過教師的理論傳授和學(xué)生的實驗操作，學(xué)生能夠及時完整地加深對于所學(xué)知識的理解與記憶。例如，在講解半導(dǎo)體中的載流子復(fù)合這一節(jié)內(nèi)容時，結(jié)合科研動態(tài)，從砷化鎵材料的超快電子學(xué)實驗入手，研究砷化鎵材料在不同波長、不同功率的泵浦光激發(fā)后載流子的動力學(xué)行為，主要包括光激發(fā)過程、散射過程以及載流子的復(fù)合過程，實驗測試其超快光譜并結(jié)合PPT動畫的形式描述載流子的變化過程，使學(xué)生更能直觀地理解載流子的變化，加深對復(fù)合過程中的弛豫時間的理解。針對激光應(yīng)用技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行講解時，結(jié)合激光精密測距實驗同時進(jìn)行，通過了解時差法光電測距、相位法光電測距和三角法光電測距的基本原理，掌握激光傳感器測距的基本使用方法。實踐教學(xué)貫穿到理論教學(xué)中去，避免過多，繁雜的公式推導(dǎo)，突出半導(dǎo)體光電子學(xué)的“實踐”特色，培養(yǎng)學(xué)生具有理論聯(lián)系實際的本領(lǐng)，鍛煉學(xué)生的動手能力，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

1.2課堂教學(xué)方法的改革

在教學(xué)方法方面，根據(jù)學(xué)生的個體差異和實際情況，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。為了達(dá)到有效的教學(xué)效果，我們改變以往“一言堂”的教學(xué)模式，注意實施互動式課堂教學(xué)方法。第一部分是半導(dǎo)體光電子理論，理論內(nèi)容是基礎(chǔ)，是這門課程的難點，所以這部分內(nèi)容由教師搜集相關(guān)通俗易懂的資料進(jìn)行講授，學(xué)生課下需要進(jìn)行復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)以及完成基本的課后作業(yè)。第二部分是半導(dǎo)體光電子器件，包括器件的發(fā)展歷史、構(gòu)造原理以及應(yīng)用領(lǐng)域，這部分內(nèi)容需要學(xué)生和教師配合完成。學(xué)生課下利用學(xué)校的圖書館和網(wǎng)絡(luò)資源自主查找資料，自主學(xué)習(xí)和總結(jié)，撰寫相應(yīng)的報告，課上先由分組的學(xué)生進(jìn)行講解，最后由教師進(jìn)行總結(jié)，通過學(xué)生們自己動手搜索，并從文獻(xiàn)中總結(jié)，可以加深對理論知識的理解，了解這方面的研究動態(tài)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研探索精神。

1.3課堂教學(xué)手段的改革

在教學(xué)手段方面，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容合理采用教學(xué)手段，例如，授課教師利用傳統(tǒng)的黑板講授平板光波導(dǎo)理論中本征方程的推導(dǎo)，可以引導(dǎo)學(xué)生跟隨教師的思路，掌握本征方程的推導(dǎo)過程，鍛煉和活躍學(xué)生的思維。授課教師利用多媒體動畫演示半導(dǎo)體中的受激發(fā)射和受激吸收的過程，可以更好地理解發(fā)射幾率和吸收幾率。演示半導(dǎo)體中導(dǎo)帶電子和價帶空穴互相復(fù)合發(fā)射光子的現(xiàn)象，這樣能夠讓學(xué)生對抽象的概念有一定的感性認(rèn)識。教師在課堂教學(xué)中開展多種教學(xué)方式，目的是采取切實有效的教學(xué)方法，努力引導(dǎo)學(xué)生去積極思考與討論問題，培養(yǎng)他們自主分析問題和解決問題的能力。

1.4課程考核的改革

在課程考核方面，除了平時考勤和作業(yè)之外，期末采用閉卷考試、自命題學(xué)期論文和實驗等形式進(jìn)行考核，既有理論知識的檢驗，又有實驗動手能力的操作。大多數(shù)學(xué)生不重視學(xué)習(xí)過程，養(yǎng)成了在最后一刻磨槍的習(xí)慣。其實最終的評價標(biāo)準(zhǔn)不僅要看學(xué)生的考試成績，而且要與學(xué)期論文結(jié)合起來考察學(xué)生的掌握和應(yīng)用知識的能力，達(dá)到真正的學(xué)以致用的效果。

2.結(jié)語

隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的授課方式已不能滿足學(xué)生，通過研究和分析《半導(dǎo)體光電子學(xué)》這門課程教學(xué)中存在的問題，對其進(jìn)行教學(xué)改革是學(xué)科發(fā)展的必然要求。同時，為了提高學(xué)生的主動性、積極性、自主學(xué)習(xí)的能力和團(tuán)隊合作精神，主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和課程考核等角度進(jìn)行教學(xué)改革和實踐，改善教學(xué)效果，從而有效提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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