胡冬青，周新田

（北京工業(yè)大學(xué)信息學(xué)部，北京 100124）

一、背景

培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰(shuí)培養(yǎng)人，是高校人才培養(yǎng)必須面對(duì)的根本性問(wèn)題。2016年，習(xí)近平總書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上就強(qiáng)調(diào)指出：“要堅(jiān)持把立德樹(shù)人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人”，“各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”[1]。2017年2月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)新形勢(shì)下高校思想政治工作的意見(jiàn)》，明確提出了“堅(jiān)持全員、全過(guò)程、全方位”的育人要求，并在之后兩年，先后公布兩批“三全育人”綜合改革試點(diǎn)單位。2019年3月，習(xí)近平總書記再次指出，“要堅(jiān)持顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一，挖掘其他課程和教學(xué)方式中蘊(yùn)含的思想政治教育資源，實(shí)現(xiàn)全員全程全方位育人”“要堅(jiān)持價(jià)值性和知識(shí)性相統(tǒng)一，寓價(jià)值觀引導(dǎo)于知識(shí)傳授之中”[2]。

為了更好地貫徹落實(shí)“三全育人”，各高校紛紛開(kāi)展關(guān)于課程思政的探討，有關(guān)將思政元素有機(jī)地融入專業(yè)課教學(xué)中的嘗試[3-4]，不斷豐富和擴(kuò)展。

本文將依據(jù)社會(huì)主義核心價(jià)值觀，結(jié)合專業(yè)選修課“半導(dǎo)體器件仿真與設(shè)計(jì)”的課程內(nèi)容和特點(diǎn)，開(kāi)展課程思政建設(shè)，有效引導(dǎo)學(xué)生正確看待、客觀評(píng)價(jià)我國(guó)微電子技術(shù)水平，增強(qiáng)憂患意識(shí)，激發(fā)學(xué)生責(zé)任感、使命感、為民族科技振興奮斗的熱情。

二、“半導(dǎo)體器件仿真與設(shè)計(jì)”課程特點(diǎn)與課程思政建設(shè)

（一）課程特點(diǎn)

“半導(dǎo)體器件仿真與設(shè)計(jì)”是北京工業(yè)大學(xué)面向電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)開(kāi)設(shè)的專業(yè)限選課。課程設(shè)置的目的，旨在通過(guò)具體器件設(shè)計(jì)、仿真優(yōu)化與版圖實(shí)現(xiàn)，將所學(xué)半導(dǎo)體物理、晶體管原理、工藝原理等相關(guān)知識(shí)貫穿起來(lái)。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠明確器件設(shè)計(jì)的主要思路，掌握器件設(shè)計(jì)的基本方法，能夠應(yīng)用專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)器件結(jié)構(gòu)及參數(shù)，并應(yīng)用專用仿真工具進(jìn)行優(yōu)化，確定工藝范圍，并逐步樹(shù)立工程設(shè)計(jì)過(guò)程中成本意識(shí)、環(huán)境意識(shí)、品牌意識(shí)和法律意識(shí)（知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)）。

半導(dǎo)體器件仿真與設(shè)計(jì)課程涉及到我國(guó)“卡脖子”技術(shù)——高端芯片設(shè)計(jì)，同時(shí)半導(dǎo)體器件本身是電能轉(zhuǎn)換與控制處理的核心元件，它不僅與微電子技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)，也是實(shí)現(xiàn)各種電子設(shè)備高效、節(jié)能、小型化的關(guān)鍵所在，是支持我國(guó)努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“器件基礎(chǔ)”。因此課程蘊(yùn)含的思政元素非常豐富，可以很方便地通過(guò)一件事、幾句話達(dá)成課程思政潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的效果。

（二）課程思政建設(shè)

課程思政策略通常有兩種。一種是以教學(xué)內(nèi)容為主線，進(jìn)行思政映射和融入點(diǎn)設(shè)置，例如內(nèi)蒙古科技大學(xué)“電力電子技術(shù)”的課程思政改革。這種策略的優(yōu)點(diǎn)是與課程內(nèi)容融入度高，易實(shí)現(xiàn)隨性切入，且容易進(jìn)行全過(guò)程覆蓋。缺點(diǎn)是如果設(shè)計(jì)不充分，思政教育目標(biāo)指標(biāo)點(diǎn)不明晰，達(dá)成實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)重復(fù)或缺失；另一種是以思政內(nèi)涵為主線，對(duì)落實(shí)環(huán)節(jié)和融入時(shí)機(jī)進(jìn)行設(shè)置，例如重慶理工大學(xué)“集成電路設(shè)計(jì)原理”的課程思政建設(shè)。這種策略的優(yōu)點(diǎn)是思政目標(biāo)比較明確，指標(biāo)點(diǎn)具體，容易進(jìn)行全方位覆蓋。缺點(diǎn)是如果落實(shí)設(shè)計(jì)不合理，易導(dǎo)致集中。最容易出現(xiàn)的狀況是課程思政主要集中在緒論課環(huán)節(jié)，而后繼教學(xué)內(nèi)容思政教育很少。

“半導(dǎo)體器件仿真與設(shè)計(jì)”進(jìn)行課程思政建設(shè)的總體原則是：注重課程思政與課程教學(xué)內(nèi)容無(wú)縫對(duì)接和前后呼應(yīng)；注重全局規(guī)劃，避免重復(fù)，提高效率；注重節(jié)奏規(guī)劃，保證全過(guò)程不斷線；注重多元化開(kāi)發(fā)，一個(gè)教學(xué)內(nèi)容，蘊(yùn)含多個(gè)思政元素。具體課程思政建設(shè)的實(shí)施策略如下：

1.以“弘揚(yáng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀”為目標(biāo)，設(shè)置思政元素

國(guó)無(wú)德不興，人無(wú)德不立。育人之本，在于立德鑄魂。在課程思政建設(shè)中，借鑒工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求的思路，確定了“弘揚(yáng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀”這一課程思政建設(shè)的總目標(biāo)，設(shè)置了6個(gè)思政目標(biāo)指標(biāo)點(diǎn)，具體包括：民族自信與創(chuàng)新發(fā)展、借鑒與自強(qiáng)自立、文化傳承與科學(xué)世界觀、發(fā)展權(quán)/使命感和責(zé)任感、規(guī)矩與底線（工程與法律/道德）、工匠精神與科學(xué)精神。

2.以深化“三全育人”改革為牽引，落實(shí)課程思政的全方位、全過(guò)程覆蓋：

為了保證課程思政在完整性、持續(xù)性和顯隱結(jié)合性方面達(dá)到較好的平衡，做好課程教學(xué)和思政教育的內(nèi)容平衡和相互促進(jìn)，在課程思政建設(shè)，認(rèn)真設(shè)計(jì)了思政元素的具體落實(shí)（參見(jiàn)表1），將價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)緊密融合。

表1 思政元素的落實(shí)

3.以“持續(xù)改進(jìn)”為導(dǎo)向，開(kāi)展“課程思政”的考核規(guī)劃

“思政”教育與課程教學(xué)有機(jī)融合，相互促進(jìn)，是課程思政重要目標(biāo)之一。課程思政考核，是檢驗(yàn)“課程思政”教育成效的重要手段，也是課程持續(xù)改進(jìn)的重要依據(jù)。為此，“半導(dǎo)體器件仿真與設(shè)計(jì)”的考核環(huán)節(jié)，不斷優(yōu)化考題題干設(shè)計(jì)，從而在改善考核手段的同時(shí)，落實(shí)對(duì)“思政”內(nèi)容的考核。涉及的思政指標(biāo)點(diǎn)，以“創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新發(fā)展”和“工程與道德/法律/倫理”這兩個(gè)指標(biāo)為主?！皠?chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新發(fā)展”的考核，有兩種策略，一是融入到對(duì)二極管或MOSFET前沿結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新原理、創(chuàng)新效果等的考核中；一是單獨(dú)的思維擴(kuò)展題，要求學(xué)生構(gòu)想一種新結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)“工程與道德/法律/倫理”的考核，主要通過(guò)多選題、簡(jiǎn)答題的形式進(jìn)行。思政考核大約占期末考試的5%-10%。

經(jīng)過(guò)幾輪實(shí)踐顯示，當(dāng)“工程與道德/法律/倫理”相關(guān)的思政內(nèi)容以多選題的形式出現(xiàn)進(jìn)行考核時(shí)，幾乎100%的同學(xué)都認(rèn)為器件研發(fā)須除了需要考慮器件性能、工藝水平外，還需要考慮法律（是否涉及別人或自己的專利）、工程道德（對(duì)社會(huì)環(huán)境影響）等問(wèn)題，但如果以“作為未來(lái)工程師，在器件研發(fā)過(guò)程中須考慮哪些因素”作為簡(jiǎn)答題出現(xiàn)時(shí)，有30%-40%的學(xué)生會(huì)忽略法律因素和經(jīng)濟(jì)因素（專利保護(hù)或規(guī)避、環(huán)境影響和責(zé)任、工藝能力和成本）。有關(guān)“創(chuàng)新意識(shí)”的考核，如果融入到具體器件結(jié)構(gòu)，解讀原理與創(chuàng)新思路，回答正確率能到達(dá)80%以上，特別是當(dāng)以綜合設(shè)計(jì)題形式，問(wèn)及我國(guó)半導(dǎo)體專家對(duì)功率半導(dǎo)體貢獻(xiàn)時(shí)，幾乎100%同學(xué)能答出超結(jié)構(gòu)及其創(chuàng)新本質(zhì)，但如果要求學(xué)生自己任意構(gòu)思一個(gè)結(jié)構(gòu)，不需要考慮如何實(shí)現(xiàn)，只需要說(shuō)出采用哪些設(shè)計(jì)出于何種考慮，絕大部分同學(xué)只能以教學(xué)涉及的結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行構(gòu)思，只有10%左右的同學(xué)，能將場(chǎng)效應(yīng)、電荷耦合效應(yīng)或者超結(jié)原理用于自己結(jié)構(gòu)的構(gòu)想，并給出一個(gè)確實(shí)是文獻(xiàn)難以看到的新結(jié)構(gòu)。由此可見(jiàn)， “課程思政”考核成績(jī)好壞，與考核形式密切相關(guān)，課程思政考核任重道遠(yuǎn)，有待不斷改進(jìn)和提高。

三、“課程思政”實(shí)施案例

“半導(dǎo)體器件仿真與設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中，課程思政設(shè)計(jì)，注重顯性、隱性相結(jié)合，注重價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)的緊密融合。以“高壓功率MOSFET設(shè)計(jì)”為例，介紹教學(xué)開(kāi)展“課程思政”設(shè)計(jì)與實(shí)施的具體舉措。

（一）課程教學(xué)內(nèi)容

“高壓功率MOSFET設(shè)計(jì)”是課程重點(diǎn)內(nèi)容之一，授課要點(diǎn)包括四方面：

1.高壓MOS器件面臨的困境：?jiǎn)螛O器件漂移區(qū)電阻正比于阻斷能力的2.5次方；

2.解決關(guān)鍵問(wèn)題的突破性發(fā)明：打破傳統(tǒng)“極限”的超結(jié)結(jié)構(gòu)；

3.超結(jié)結(jié)構(gòu)的依據(jù)的物理基礎(chǔ)：電荷決定電場(chǎng)；

4.超結(jié)MOSFET產(chǎn)品技術(shù)難點(diǎn)、前沿成果及仿真要點(diǎn)：電荷平衡。

（二）學(xué)生知識(shí)構(gòu)架分析：

“半導(dǎo)體器件仿真與設(shè)計(jì)”在大三下學(xué)期開(kāi)設(shè)，學(xué)生具備電磁場(chǎng)理論、半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件原理基礎(chǔ)，掌握了PN結(jié)雪崩擊穿的理論基礎(chǔ)、PN結(jié)反偏時(shí)電場(chǎng)三角形分布及理論依據(jù)，對(duì)電荷分布決定電場(chǎng)分布有清醒認(rèn)識(shí)，知道產(chǎn)生均勻電場(chǎng)分布要求的電荷分布。

（三）課程思政設(shè)計(jì)思路：

1.從普通高壓功率MOSFET面臨的困境引出問(wèn)題，從最大限度挖掘材料極限出發(fā)，提問(wèn)怎樣的電場(chǎng)分布最優(yōu)？從“電荷是產(chǎn)生電場(chǎng)的根本原因”出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣的電荷分布，可以實(shí)現(xiàn)近“方形”電場(chǎng)分布？

2.面向創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣獲得類平行板電容器的電荷分布？怎樣讓“空間電荷區(qū)”的“凈”電荷局域不為零，大尺度范圍平均近似為零？最終引出超結(jié)漂移區(qū)結(jié)構(gòu)，并指出這種結(jié)構(gòu)由我國(guó)知名學(xué)者陳星弼教授發(fā)明（1991年申請(qǐng)了國(guó)際專利），強(qiáng)調(diào)發(fā)明的理論意義（打破傳統(tǒng)極限）、現(xiàn)實(shí)意義（超結(jié)產(chǎn)品已應(yīng)用到航天領(lǐng)域，抗單粒子燒毀能力優(yōu)于普通漂移區(qū)結(jié)構(gòu)）和社會(huì)影響力（單專利領(lǐng)域，就被300多申請(qǐng)主體，引用了近千次，引用最多的，都是國(guó)際知名功率半導(dǎo)體公司，包括仙童半導(dǎo)體、富士電機(jī)、英飛凌技術(shù)、3D半導(dǎo)體、通用半導(dǎo)體、西門子、電裝株式會(huì)社等），增強(qiáng)民族自信；

3.通過(guò)一個(gè)“遺憾”轉(zhuǎn)折，指出：盡管陳院士的專利意識(shí)，帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)利益（專利轉(zhuǎn)讓費(fèi)），但是由于最早捕捉到這個(gè)發(fā)明價(jià)值并把它用于產(chǎn)品研發(fā)、賺取技術(shù)紅利的是外國(guó)公司，強(qiáng)調(diào)工程研究的重要性。具體到與課程相關(guān)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，明確結(jié)構(gòu)拉偏、參數(shù)拉偏的必要性，指出科學(xué)精神與工匠精神的統(tǒng)一，是推動(dòng)技術(shù)進(jìn)原動(dòng)力。

4.章節(jié)總結(jié)時(shí)再次強(qiáng)調(diào)，超結(jié)結(jié)構(gòu)雖然最初看起來(lái)似乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)，似乎看起來(lái)尤其不適合規(guī)模生產(chǎn)，但它確確實(shí)實(shí)被制備出來(lái)了，而且產(chǎn)品化，并帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)利益和社會(huì)價(jià)值。最后鼓勵(lì)學(xué)生“睜大好奇的眼、持一份懷疑的態(tài)度、做一個(gè)改變現(xiàn)狀的創(chuàng)新夢(mèng)，不管這個(gè)夢(mèng)多荒誕，也許明天就會(huì)實(shí)現(xiàn)”呼應(yīng)課程思政之“創(chuàng)新發(fā)展”的主題。

四、結(jié)束語(yǔ)

半導(dǎo)體器件仿真與設(shè)計(jì)，雖然是選修課程，但直接與高端芯片設(shè)計(jì)有關(guān)，與國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展有關(guān)。通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠在掌握器件設(shè)計(jì)與優(yōu)化的基本思路和方法的基礎(chǔ)上，將所學(xué)半導(dǎo)體物理、晶體管原理、工藝原理等相關(guān)知識(shí)貫穿起來(lái)，同時(shí)明確我國(guó)微電子領(lǐng)域的發(fā)展和布局，增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任感、使命感、法律意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。幾輪課程思政考核結(jié)果顯示，考核形式不同，目標(biāo)達(dá)成度也不相同。不斷提升授課教師課程思政設(shè)計(jì)能力、落實(shí)計(jì)較，優(yōu)化考核形式和內(nèi)容，是持續(xù)改進(jìn)課程思政效果關(guān)鍵所在。