王 彬 王宇薇 孫小飛

（1.渤海大學化學與材料工程學院，遼寧 錦州 121013；2.錦州師范高等?？茖W校環(huán)境科學學院，遼寧 錦州 121000；3.渤海大學食品科學與工程學院，遼寧 錦州 121013）

近年來，我國高等教育迅猛發(fā)展，高等院校招生人數(shù)不斷增加，普及本科教育的時代即將來臨。但是，在高等教育發(fā)展的同時，也存在著用人單位招人困難和大學生擇業(yè)困難的問題，這與高等教育的快速發(fā)展相互矛盾，其根源在于過快發(fā)展的高等教育與國家的經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不匹配。目前我們國家的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)正處在向電子化、信息化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，高等教育的發(fā)展應(yīng)該結(jié)合經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型需求，實現(xiàn)兩者共同進步與轉(zhuǎn)型以推動我國經(jīng)濟社會的全面發(fā)展。國務(wù)院在2014 年2 月召開了常務(wù)會議，會議明確提出了“引導一批地方本科院校向應(yīng)用技術(shù)型高校轉(zhuǎn)型”，加快發(fā)展職業(yè)教育以促進社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的新的教育戰(zhàn)略部署，這代表著國家決定鼓勵一部分地方本科院校轉(zhuǎn)型為應(yīng)用技術(shù)型高校。2014 年6 月，全國178 所高等學校的代表共同參加了產(chǎn)教融合發(fā)展戰(zhàn)略國際論壇，并且擬定了《駐馬店共識》。178 所高校的代表在《駐馬店共識》中指出，愿意作為先行者和探索者落實國務(wù)院做出的“部分地方本科高校轉(zhuǎn)型為應(yīng)用技術(shù)型高校”的戰(zhàn)略部署，共同探討部分地方本科院校產(chǎn)教融合發(fā)展的轉(zhuǎn)型建設(shè)之路。為了積極配合國務(wù)院高校轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略部署，國家及地方相關(guān)部門相繼出臺了一系列有利于地方本科院校轉(zhuǎn)型的政策，以鼓勵地方本科院校的轉(zhuǎn)型。地方本科院校的成功轉(zhuǎn)型具有重要意義，不僅能夠優(yōu)化我國高等教育的教育結(jié)構(gòu)，有利于培養(yǎng)以地方經(jīng)濟發(fā)展為導向的高層次應(yīng)用型人才，也更好地促進了我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)。同時，為了迎接新一輪產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命的到來，更好地促進我國經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的順利轉(zhuǎn)型，教育部在2017 年2 月發(fā)布了《高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實踐的通知》，對高校培養(yǎng)工科專業(yè)的高層次應(yīng)用型人才提出了全新的要求，隨后在新工科研討會上形成的“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，標志著我國新工科應(yīng)用型人才的培養(yǎng)開啟了全新的模式[1-2]。

《半導體物理與器件》是新能源材料與器件專業(yè)重要的必修課，該課程講授的半導體的專業(yè)知識實用性極強，是半導體行業(yè)進行材料設(shè)計、分析材料性能重要的理論基礎(chǔ)。因此，對這門課程的掌握程度是新能源材料與器件專業(yè)學生是否滿足半導體行業(yè)需求的一個標準。

隨著部分地方院校的轉(zhuǎn)型和新工科教育戰(zhàn)略的部署，各個高校不斷進行相應(yīng)的教學改革，傳統(tǒng)老套的教學方法和陳舊的實驗設(shè)備已經(jīng)不能滿足新形勢下《半導體物理與器件》的教學要求。為了培養(yǎng)滿足經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型所需的理論基礎(chǔ)扎實、創(chuàng)新思維活躍、創(chuàng)新能力強的應(yīng)用型新工科人才，本文提出了《半導體物理與器件》教學改革的研究方案。

1 更新教學內(nèi)容

《半導體物理與器件》的培養(yǎng)目標重在專業(yè)應(yīng)用，由于半導體行業(yè)無論是新材料的研發(fā)，還是半導體器件的創(chuàng)新，發(fā)展都非常迅速，而傳統(tǒng)的課程內(nèi)容過于陳舊，大部分已經(jīng)與現(xiàn)代工程實際脫軌，無法滿足現(xiàn)代化半導體行業(yè)的技術(shù)需求。例如，以往在介紹半導體材料的晶體結(jié)構(gòu)時，只注重了硅和氧化鋅等幾十年前的材料，而沒有涉及現(xiàn)代半導體工業(yè)實際應(yīng)用中的大多數(shù)復合型半導體材料，教學內(nèi)容與現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用嚴重脫節(jié)。因此，我們在《半導體物理與器件》教學內(nèi)容的改革中，加入了一些現(xiàn)代半導體工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的新材料（如石墨烯[3]，一些具備半導體性質(zhì)的金屬氧化物/碳化物等）的結(jié)構(gòu)和性能介紹；在介紹晶體結(jié)構(gòu)對稱性理論時，從原來簡單地介紹平移對稱性和點群對稱性，擴展到“n 重旋轉(zhuǎn)軸”“鏡像反射面”“反演中心”以及“n 重旋轉(zhuǎn)反射軸”的詳細講解，補充這些新內(nèi)容，能夠促進并加深學生對半導體晶體結(jié)構(gòu)對稱性的理解，提高學生的學習興趣，為后面研究生階段相關(guān)課程的學習打下堅實的基礎(chǔ)。同時，我們也對《半導體物理與器件》在專業(yè)實際應(yīng)用中涉及較少的教學內(nèi)容進行了刪除，例如，刪除了與《固體物理》重復的“倒格子與周期性函數(shù)的傅里葉展開”等內(nèi)容，既能夠合理分配課程內(nèi)容教學學時，又能夠減少學生的學習負擔。

2 開發(fā)新型教學方法

傳統(tǒng)的《半導體物理與器件》教學方法是以教師為中心，教師講什么，學生學什么的“填鴨式”教學模式。而《半導體物理與器件》課程內(nèi)容中的概念、原理和公式又特別繁多，這樣就導致學生只是一味地被動接受，并不能對課程內(nèi)容進行良好的消化和吸收，嚴重限制了學生的學習興趣，阻礙了學生創(chuàng)新意識的發(fā)展。在新工科教育戰(zhàn)略的背景下，我們對《半導體物理與器件》的教學方法進行了改革和創(chuàng)新。

2.1 對比教學法

《半導體物理與器件》教學內(nèi)容的特點就是概念多、原理難、公式復雜，但是，這些概念、原理和公式之間關(guān)聯(lián)性較強，往往是由一個原理（公式）結(jié)合另一個原理（公式），便能夠推導出下一個原理（公式），因此，可以引導學生通過對相似的概念、原理和公式進行對比分析，然后將相關(guān)知識點有效串聯(lián)起來，形成一個完整的知識體系，這樣不但能夠幫助學生更好地理解和掌握復雜、抽象的概念、原理和公式，還能夠使學生充分了解《半導體物理與器件》的課程內(nèi)容體系，舉一反三、學以致用。例如，在“半導體中載流子的統(tǒng)計分布”教學內(nèi)容中，理解了費米分布函數(shù)和費米能級的概念和意義以后，只要掌握了導帶電子密度的意義和密度公式的推導過程，通過概念對比，便能夠按照同樣的邏輯思維推導出價帶空穴密度的公式；在“非平衡載流子”教學內(nèi)容中，理解了非平衡載流子的產(chǎn)生和復合機理之后，利用連續(xù)性方程可以解決非本征半導體中非平衡載流子的擴散和漂移問題，通過將本征半導體和近本征半導體的概念進行聯(lián)系對比，理解二者的區(qū)別，便可以利用連續(xù)性方程解決近本征半導體中非平衡載流子的擴散和漂移問題。通過對比教學的方法有助于學生正確理解和分析相似的概念、原理和公式，提高學習效率。

2.2 討論教學法

傳統(tǒng)的《半導體物理與器件》課堂教學模式是教師一個人在臺上唱“獨角戲”，學生在下面聽，教師與臺下的學生互動性不強。由于《半導體物理與器件》的教學內(nèi)容與實際應(yīng)用緊密相關(guān)，為了激發(fā)學生學習的主觀能動性，增強學生分析問題，解決問題的能力，我們在《半導體物理與器件》的課堂教學中增加了大量的課堂討論環(huán)節(jié)。

在課堂討論環(huán)節(jié)中，我們常結(jié)合半導體工程應(yīng)用中的實例，提出一系列與《半導體物理與器件》課程內(nèi)容相關(guān)的問題與學生進行討論、分析。同時，我們也鼓勵學生根據(jù)切身的科學經(jīng)歷，提出與課堂內(nèi)容相關(guān)的問題進行討論。例如，在介紹新型半導體材料的發(fā)展現(xiàn)狀時，可以以石墨烯材料為討論內(nèi)容，問題之一可以是“在什么條件下，石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使其在半導體和半金屬之間轉(zhuǎn)換？”還可以要求學生根據(jù)已學到的晶體結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識進行解釋。在這種“提出問題——分析討論問題”的教學過程中，學生結(jié)合自己掌握的知識和經(jīng)驗與同學和教師展開討論，在討論中進一步鞏固和理解相關(guān)的知識點，還能夠填補自己的知識盲區(qū)，增加學習的深度，提高知識的全面性。學生在討論教學法的過程中，從被動聽課轉(zhuǎn)換到積極主動思考，激發(fā)了學生學習的興趣，增加了師生間的互動，也能夠使教師更好地了解學生掌握知識點的程度，從而優(yōu)化教學內(nèi)容的深度和教學進度。討論教學法緊密結(jié)合專業(yè)應(yīng)用中的實際問題，有助于培養(yǎng)了解行業(yè)發(fā)展前沿動態(tài)的優(yōu)秀的應(yīng)用型人才。

2.3 案例教學法

《半導體物理與器件》由于其含有大量的抽象概念、復雜公式，使其成為一門比較枯燥的專業(yè)課程。在傳統(tǒng)的授課方式下，課堂氣氛比較沉悶，缺乏激情，難以調(diào)動學生學習的積極性，更不能強化學生的專業(yè)創(chuàng)新意識。為了激發(fā)學生學習的積極性，調(diào)動課堂氣氛，教師在講解相關(guān)知識點時，可以給學生舉一些相關(guān)的專業(yè)案例，拓展學生的知識面，提高學生的認知層次[4]。例如，在講解絕緣體、金屬、和半導體之間區(qū)別的時候，教師可以引入超導體的概念，并且介紹某些材料在一定條件下能夠轉(zhuǎn)變成超導體，例如，二維碳化鉬材料可以根據(jù)溫度和磁場的變化實現(xiàn)不同程度的超導現(xiàn)象等。通過在《半導體物理與器件》課堂教學中引入案例教學法，有效激發(fā)了學生的學習興趣，增強了他們的創(chuàng)新意識。

3 豐富教學手段

傳統(tǒng)的《半導體物理與器件》課堂教學工具主要為“黑板+粉筆”，這種板書教學手段已經(jīng)不符合現(xiàn)代化教學的要求。很多教學內(nèi)容僅僅通過板書的形式是不能夠完全體現(xiàn)在學生面前的，學生僅通過板書很難理解一些抽象的概念。例如，氧化鋅的纖鋅礦結(jié)構(gòu)和閃鋅礦結(jié)構(gòu)，共價晶體的金剛石結(jié)構(gòu)，這些抽象的概念結(jié)構(gòu)教師如果只是靠板書來進行描繪，學生不僅不能夠?qū)λ鼈冞M行區(qū)分，還容易使學生由于學不懂產(chǎn)生厭學情緒。因此，我們在《半導體物理與器件》的課堂教學中引入了電化教學等教學手段，實現(xiàn)了現(xiàn)代化和多元化的課堂教學手段。通過電化教學能夠使學生更直觀地觀察到3D 立體的晶體結(jié)構(gòu)模型，幫助學生理解并強化晶體結(jié)構(gòu)的概念和區(qū)別。我們在《半導體物理與器件》的課堂教學中還引入了虛擬仿真技術(shù)教學手段，利用這種先進的教學手段，我們能夠?qū)雽w實際工藝流程利用計算機進行模擬仿真，使學生在課堂上就能夠體驗和了解半導體工藝生產(chǎn)線的實際生產(chǎn)制備過程，更好地實現(xiàn)了理論與專業(yè)實踐相結(jié)合。通過豐富教學手段，增強了《半導體物理與器件》課堂教學的直觀性，增強了學生學習的興趣和專注力，有利于培養(yǎng)實踐型應(yīng)用人才。

4 強化課下教學

在《半導體物理與器件》的教學中引入課下實踐教學，通過結(jié)合課上的理論知識點進行相應(yīng)的實踐拓展訓練，學生根據(jù)學習興趣選擇實踐教學項目，可以在指導教師的陪同下，走進科研實驗室，接觸半導體工藝流程。例如，學生可以在工藝實驗室學習高效晶硅電池的設(shè)計，通過減反射膜和表面制絨的設(shè)計，能夠了解在晶硅電池的生產(chǎn)中，如何降低光的損耗以提高晶硅電池的功率。在《半導體物理與器件》的教學中引入課下實踐教學，能夠加深學生對理論知識的理解，拓展學生的知識面，提高教學效果，同時也鍛煉了他們的專業(yè)實踐技能。

5 精細化課程考核體系

為了加強對《半導體物理與器件》教學質(zhì)量的管理，我們精細化了其課程考核體系。結(jié)合新能源材料與器件專業(yè)的培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求之間的關(guān)系，我們對《半導體物理與器件》這門課程設(shè)置了四個課程目標：（1）掌握課程中的基本理論和專業(yè)知識，并結(jié)合數(shù)學、自然科學以及工程技術(shù)知識，將其用于解決半導體領(lǐng)域中的復雜工程問題；（2）掌握半導體器件開發(fā)全流程及其工藝設(shè)計的基本方法，能夠針對半導體領(lǐng)域的復雜工程問題，通過合理設(shè)計工藝流程、正確選材以及開發(fā)加工技術(shù)；（3）能夠基于半導體器件的相關(guān)原理、工程技術(shù)及實驗分析方法，對工程問題中的相關(guān)現(xiàn)象、特性進行分析；（4）能夠針對半導體器件領(lǐng)域的復雜工程問題，優(yōu)化實驗方案，科學采集實驗數(shù)據(jù)，對研究結(jié)果進行分析、解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。

6 結(jié)語

本文研究了《半導體物理與器件》的教學改革。通過教學改革，有助于教師合理安排教學內(nèi)容和教學進度，提高教學質(zhì)量；通過教學改革，更好地激發(fā)了學生學習的興趣，增強了學生的專注力和創(chuàng)新意識，提高了學生的創(chuàng)新能力；在高校轉(zhuǎn)型和新工科教育戰(zhàn)略的背景下，有利于培養(yǎng)滿足現(xiàn)代化半導體行業(yè)技術(shù)需求的優(yōu)質(zhì)應(yīng)用型人才。