［摘 要］ 為給半導(dǎo)體行業(yè)國產(chǎn)裝備的替代研發(fā)、攸關(guān)國家戰(zhàn)略安全的關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)突破提供人才儲備，按照卓越創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)科特色，通過與專業(yè)知識有機(jī)結(jié)合，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和應(yīng)用能力，培養(yǎng)滿足光電功能與信息材料類學(xué)科創(chuàng)新需求的卓越人才。通過教學(xué)改革，建立完整的，符合高端化、國際化、工程化培養(yǎng)要求的，適合光電功能與信息材料類學(xué)科創(chuàng)新需求的課程教學(xué)模式。改革成果將對光電功能與信息材料類專業(yè)的其他專業(yè)基礎(chǔ)課程以及其他高校光電功能與信息材料類專業(yè)的教學(xué)改革具有重要的參考價值。

［關(guān)鍵詞］ 光電功能與信息材料；創(chuàng)新需求；課程教學(xué)模式；材料科學(xué)與工程

［基金項目］ 2020年度國家自然科學(xué)基金“非極性ZnO薄膜的跨層缺陷調(diào)控及光電性能優(yōu)化”（51972283）；2022年度浙江省普通本科高?！笆奈濉苯虒W(xué)改革項目“把握新校區(qū)建設(shè)契機(jī)全面提升材料專業(yè)實驗教學(xué)”（jg20220016）

［作者簡介］ 潘新花（1982—），女，浙江湖州人，博士，浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授，主要從事半導(dǎo)體功能薄膜材料、ZnO基發(fā)光器件研究；王鳳志（1993—），女，山東諸城人，博士，浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院助理研究員，主要從事半導(dǎo)體材料研究；葉志鎮(zhèn)（1955—），男，浙江蒼南人，博士，浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，中國科學(xué)院院士，主要從事半導(dǎo)體薄膜與器件研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）11-0017-04 ［收稿日期］ 2023-02-02

引言

信息產(chǎn)業(yè)是我國全面建成小康社會和創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性的支柱產(chǎn)業(yè)，在迎來巨大發(fā)展機(jī)遇的同時，也面臨著技術(shù)更替加快、全球新一輪產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和競爭加劇等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，但是目前我國產(chǎn)業(yè)核心基礎(chǔ)薄弱、創(chuàng)新能力不足等問題仍較突出，必須盡快實現(xiàn)向創(chuàng)新效益型的轉(zhuǎn)變。其關(guān)鍵在于培養(yǎng)一批能夠站在建設(shè)信息產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國戰(zhàn)略高度、掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢及關(guān)鍵技術(shù)的高素質(zhì)工程創(chuàng)新人才。

半導(dǎo)體材料是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，半導(dǎo)體薄膜是新型光電子器件和超大規(guī)模集成電路的核心，而優(yōu)質(zhì)半導(dǎo)體薄膜材料和結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)依賴于其制備技術(shù)［1-2］。浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院開設(shè)的“薄膜材料技術(shù)與物理”課程是由我國知名半導(dǎo)體薄膜專家葉志鎮(zhèn)院士開創(chuàng)的本科生專業(yè)選修課程，是浙江省的精品課程。本課程立足學(xué)科前沿，密切結(jié)合國家科技創(chuàng)新與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求，促進(jìn)教學(xué)與行業(yè)/產(chǎn)業(yè)實踐應(yīng)用相結(jié)合，系統(tǒng)講述各種半導(dǎo)體薄膜、結(jié)構(gòu)及器件的制備技術(shù)、物理基礎(chǔ)、裝備支撐及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用［3］。通過該課程的學(xué)習(xí)，可培養(yǎng)學(xué)生在實踐應(yīng)用場景中根據(jù)需要優(yōu)選相關(guān)半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)的制備技術(shù)路線、掌握影響材料構(gòu)效關(guān)系的物理本質(zhì)和工藝優(yōu)化路徑、增強(qiáng)半導(dǎo)體材料與器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計能力。同時，也為半導(dǎo)體行業(yè)國產(chǎn)裝備的替代研發(fā)、攸關(guān)國家戰(zhàn)略安全的關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)（如半導(dǎo)體芯片）突破提供人才儲備。

一、存在的問題

對于光電功能與信息材料類專業(yè)的學(xué)生，如何在學(xué)院開設(shè)的專業(yè)課程中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識是一個值得探討的問題。目前光電功能與信息材料類學(xué)科的課程教學(xué)體系取得了不錯的效果［4-6］。但難以滿足快速發(fā)展的光電信息技術(shù)的創(chuàng)新需求，主要存在以下兩個方面的教學(xué)問題。

從教學(xué)內(nèi)容看，“薄膜材料技術(shù)與物理”課程內(nèi)容包括半導(dǎo)體薄膜材料與器件制備技術(shù)的發(fā)展歷史、基礎(chǔ)理論、工藝制程、相關(guān)裝備等，包含的內(nèi)容寬泛、理論強(qiáng)、概念多。課程的設(shè)置主要是針對光電功能與信息材料類專業(yè)的學(xué)生側(cè)重介紹薄膜材料與器件的制備技術(shù)與相關(guān)物理知識，由于覆蓋范圍廣，對采用所學(xué)知識解決實際工程問題的引導(dǎo)和相互融合方面有待加強(qiáng)。學(xué)生對相關(guān)物理知識有一定的了解，但對薄膜材料和相關(guān)的薄膜技術(shù)的掌握停留在表面，缺乏對其本質(zhì)的深入理解以及在實際工程創(chuàng)新中的深刻認(rèn)識［7-9］。

從教學(xué)方法看，“薄膜材料技術(shù)與物理”課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課，基本以傳統(tǒng)的知識點講授和課程作業(yè)為主要教學(xué)方法，與工程專業(yè)特色結(jié)合不緊密，思維方式、思辨邏輯、研究方法等方面的引導(dǎo)有待提升。一方面，單純講授相對枯燥的知識難以激發(fā)工科學(xué)生的興趣，導(dǎo)致學(xué)生主觀能動性下降，教學(xué)效果必然受到影響。另一方面，缺乏分析和解決實際工程問題的思路引導(dǎo)，導(dǎo)致以知識傳授為核心，對學(xué)生解決問題能力的提高不足［10-12］。

以上問題也是目前工科專業(yè)在專業(yè)課程中普遍存在的一些共性問題。因此，按照卓越創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)科特色，通過與專業(yè)知識有機(jī)結(jié)合，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和應(yīng)用能力，培養(yǎng)滿足光電功能與信息材料類學(xué)科創(chuàng)新需求的卓越人才。

二、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式的改革

（一）建立緊密結(jié)合光電功能與信息材料類專業(yè)特色的教學(xué)內(nèi)容

在做好經(jīng)典基礎(chǔ)知識、基本概念和理論、關(guān)鍵技術(shù)等講授的基礎(chǔ)上，圍繞經(jīng)濟(jì)社會需求和國家重大發(fā)展戰(zhàn)略關(guān)切，及時充實國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的最新成果，進(jìn)行教材修訂和課堂教學(xué)內(nèi)容更新，保障教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和前沿性。

在課堂教學(xué)中，將習(xí)近平總書記關(guān)于教育的重要論述和對浙大重要指示精神等思想政治內(nèi)容與專業(yè)知識講授進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，聚焦立德樹人，引導(dǎo)學(xué)生胸懷使命愿景、涵育家國情懷，服務(wù)“國之大者”，實現(xiàn)自己的人生價值。堅持立德樹人的“全過程、全方位”育人理念，完善“科學(xué)化”的育人體系。全方位引導(dǎo)學(xué)生堅定理想信念、厚植愛國主義情懷、加強(qiáng)品德修養(yǎng)、增強(qiáng)奮斗精神。培養(yǎng)具有中華文化底蘊(yùn)、社會主義核心價值觀和國際視野的人才。通過課程思政方式，將知識傳授與價值引領(lǐng)相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)責(zé)任感、使命感、自豪感，提高他們的自我學(xué)習(xí)能力和科研創(chuàng)新意識。

在“薄膜材料技術(shù)與物理”的教學(xué)中，結(jié)合本學(xué)科的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，將社會主義核心價值觀、家國情懷、創(chuàng)新意識和工匠精神融于課堂。在講述半導(dǎo)體先端制備技術(shù)MOCVD過程中，結(jié)合近幾年國內(nèi)的行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀——MOCVD生產(chǎn)裝備從高價進(jìn)口到國產(chǎn)MOCVD已占藍(lán)光LED制造領(lǐng)域一半以上份額的生動實例，切實增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)自信心和國家自豪感。引導(dǎo)學(xué)生辯證理解我國在半導(dǎo)體行業(yè)取得的成績以及在核心技術(shù)領(lǐng)域存在的差距，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和熱情。鼓勵作為青年學(xué)生中的佼佼者——浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的本科學(xué)子理應(yīng)擔(dān)當(dāng)歷史使命與責(zé)任，為解決攸關(guān)國家戰(zhàn)略安全的半導(dǎo)體“卡脖子”技術(shù)（如半導(dǎo)體芯片）貢獻(xiàn)自己的力量和智慧，走科技報國之路。

同時，為了適應(yīng)時代的發(fā)展和學(xué)校學(xué)科建設(shè)的需要，課程講授內(nèi)容進(jìn)行不斷的完善和發(fā)展。將理論和實踐相結(jié)合，深入介紹半導(dǎo)體薄膜技術(shù)的物理基礎(chǔ)，每種制備技術(shù)均結(jié)合一種或幾種半導(dǎo)體材料進(jìn)行針對性論述。在此基礎(chǔ)上，融合多年的教學(xué)科研實踐，將科研第一線的相關(guān)研究成果帶入課程教學(xué)中。將最近前沿的溶液法技術(shù)及發(fā)光器件的制備加入了教學(xué)中，新增了溶液法制備LED的最新進(jìn)展（量子點LED、鈣鈦礦LED、有機(jī)LED），使課程覆蓋了新型半導(dǎo)體薄膜材料的生長技術(shù)和物理基礎(chǔ)。

（二）探索培養(yǎng)光電功能與信息材料類專業(yè)創(chuàng)新能力的教學(xué)方法

在特定知識點，引入標(biāo)桿人物的事跡，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深他們對于專業(yè)知識的理解。除電子教案外，還將建立教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)教學(xué)課件網(wǎng)絡(luò)化。課程相關(guān)資源（科研視頻、教學(xué)圖片、討論題等）上傳到教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生根據(jù)需要選擇學(xué)習(xí)，實現(xiàn)因材施教。同時，加強(qiáng)實踐課程，將實驗室的資源融入課程中，將課本上所學(xué)的理論知識與實踐結(jié)合起來，安排學(xué)生進(jìn)實驗室參觀相關(guān)的薄膜生長設(shè)備，并在實驗室給學(xué)生現(xiàn)場演示相關(guān)薄膜制備技術(shù)用于生長薄膜材料。

在講述浙江大學(xué)半導(dǎo)體學(xué)科的發(fā)展歷程中，以闕端麟先生為例，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)他的遠(yuǎn)見卓識和開創(chuàng)精神；通過講述闕先生在艱苦的條件下創(chuàng)建浙江大學(xué)硅材料國家重點實驗室，為中國半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)做出重大貢獻(xiàn)的實例，啟迪大家要有堅強(qiáng)的信念和不屈的奮斗精神。以我國半導(dǎo)體之母——林蘭英先生沖破重重阻撓，放棄高薪回到祖國懷抱，為國家的半導(dǎo)體材料事業(yè)鞠躬盡瘁的事跡，激勵同學(xué)們要有為國奉獻(xiàn)的信仰和情懷。

同時，對光電信息領(lǐng)域的實際工程問題開展引導(dǎo)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。通過講述最新的光電功能與信息材料類學(xué)科的實例，對學(xué)生的知識進(jìn)行鞏固和再現(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)知識的理解，也加深其對所學(xué)知識在實際中應(yīng)用的認(rèn)識。

要想將所學(xué)知識點熟練掌握和靈活運(yùn)用，最好的方式是給學(xué)生提供各種各樣的應(yīng)用和實踐機(jī)會。在課程中，把應(yīng)用能力作為考查重點，通過課程大作業(yè)的形式給學(xué)生提供獨立解決問題的培養(yǎng)機(jī)會，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

將課內(nèi)外進(jìn)行結(jié)合，鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新項目、科研訓(xùn)練計劃、挑戰(zhàn)杯等活動，進(jìn)一步理解和深化所學(xué)的知識，并用以解決具體問題，把課程知識上升到學(xué)科創(chuàng)新的高度，形成論文和專利等成果。

三、教學(xué)特色與創(chuàng)新

（一）課程教育與立德樹人相結(jié)合

在課程教學(xué)中圍繞“堅定理想信念、厚植愛國主義情懷、加強(qiáng)品德修養(yǎng)、增長知識見識、培養(yǎng)奮斗精神、增強(qiáng)綜合素質(zhì)”育人目標(biāo)，將立德樹人融入課程教育環(huán)節(jié)。

（二）基礎(chǔ)性與前沿性相結(jié)合

本課程包含半導(dǎo)體薄膜技術(shù)的經(jīng)典基礎(chǔ)知識、各發(fā)展歷程中的關(guān)鍵技術(shù)和重要方向，還充實了相關(guān)高新科技領(lǐng)域中的新成果和新發(fā)展，增強(qiáng)了內(nèi)容的先進(jìn)性和前沿性。

（三）系統(tǒng)性明顯

課程教學(xué)中除講述蒸發(fā)、濺射、脈沖激光沉積、電化學(xué)沉積等傳統(tǒng)鍍膜技術(shù)外，還重點闡述了應(yīng)用于現(xiàn)代光電子和微電子的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積、分子束外延等先進(jìn)半導(dǎo)體薄膜技術(shù)。

（四）理論性和實踐性相結(jié)合

課程不僅介紹半導(dǎo)體薄膜技術(shù)涉及的物理基礎(chǔ)和理論，講述每種制備技術(shù)時均結(jié)合一種或幾種典型半導(dǎo)體材料進(jìn)行針對性論述，同時針對每種薄膜制備技術(shù)進(jìn)入實驗室現(xiàn)場參觀學(xué)習(xí)。

結(jié)語

通過知識傳授與價值引領(lǐng)相結(jié)合的形式，實現(xiàn)課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革。提煉薄膜材料體系中所蘊(yùn)含的思政價值和精神內(nèi)涵，適當(dāng)增加課程的人文性，提升時代性和開放性。把學(xué)科方法論教學(xué)與科學(xué)精神的培養(yǎng)結(jié)合起來，提高學(xué)生正確認(rèn)識、分析和解決問題的能力。注重科學(xué)思維的訓(xùn)練和科學(xué)倫理的教育，培養(yǎng)學(xué)生探索未知、追求真理、勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感，努力促進(jìn)學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、健康成長、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實踐創(chuàng)新等方面得到發(fā)展。通過本文的教學(xué)改革，建立完整的，符合高端化、國際化、工程化培養(yǎng)要求的，適合光電功能與信息材料類學(xué)科創(chuàng)新需求的課程教學(xué)模式，提高學(xué)生解決光電信息領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力。通過課內(nèi)外結(jié)合的方式，學(xué)生解決自主選取的實際問題，獲得創(chuàng)新性成果。本文改革的成果，對光電功能與信息材料類專業(yè)的其他專業(yè)基礎(chǔ)課程以及其他高校光電功能與信息材料類專業(yè)的教學(xué)改革將有較大的參考價值。

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Exploration on the Teaching Mode of Professional Courses for the Innovation Demand of Optoelectronic Materials Majors： Taking the Course “Thin-Film Material Technology and Physics” as an Example

PAN Xin-hua， WANG Feng-zhi， YE Zhi-zhen， LYU Bin， LIU Fu

（School of Materials Science and Engineering， ZhejiangUniversity， Hangzhou，

Zhejiang 310030， China）

Abstract： Providing talent reserves for the replacement research and development of domestically produced equipment in the semiconductor industry， as well as breakthroughs in key “bottleneck” technologies that are crucial to national strategic security， following the goal of cultivating outstanding innovative talents， this paper adjusts the teaching content and improves the teaching methods through organic integration with professional knowledge according to the subject characteristics， to cultivate students’ thinking ability and application ability， and cultivate outstanding talents who meet the innovation needs of optoelectronic function and information materials disciplines. Through the teaching reform in this paper， a complete course teaching model that meets the requirements of high- end， international and engineering training and is suitable for the innovation needs of optoelectronic functions and information materials disciplines is established. The results of the reform will have important reference value for other basic courses of optoelectronic function and information materials major， as well as the teaching reform of optoelectronic functions and information materials majors in other universities.

Key words： Optoelectronic function and information materials; Innovation demand; Curriculum teaching mode; Materials Science and Engineering