基于产教融合的半导体物理与器件课程教学研究与实践

刘林生 宋树祥 陆叶

摘 要：半导体物理与器件课程是电子类工科专业学生的一门重要的专业基础必修课，理论性强、概念多，学生普遍感觉学习吃力。针对传统教学过程中存在的问题，特别是在当前国家大力推进新工科人才建设的背景下，本文从产教融合的视角，对课程的教学内容编排、教学方法和教学手段的使用进行了分析与探索。

关键词：产教融合;新工科;半导体物理

中圖分类号：G642.0 文献标识码：A

1 绪论

半导体物理与器件是普通高等学校电子科学与技术相关专业本科生的专业必修课。特别是作为现代信息社会基石的集成电路工业的蓬勃兴起，离不开半导体物理与器件的理论基础[1]。由于半导体物理与器件课程具有重要的理论和实用价值，世界各国高校电子类专业广泛开展了相关课程的教学与实践内容。另外，随着人工智能、大数据、新一代信息技术产业和机器人等领域出现了新一轮产业革命，我国政府为主动应对变革，提出了新工科建设计划[2]。与新工科有关的产业的硬件基础和物质支撑离不开半导体物理与器件的知识。

然而，传统的半导体物理与器件的教学质量不尽如人意，学生学习效果较差。原因主要有如下几个方面：（1）教学内容原因：该课程理论性很强、难点多，从而造成学生存在畏惧心理;（2）学生缺乏基础知识：普遍电子类工科专业人才培养方案中没有开设量子力学和固体物理学等入门课程，学生缺乏相关基础知识，造成入门难的问题;（3）与实践脱钩：由于缺乏实践训练，学生的知识仅仅停留在课本上，培养出的学生毕业后无法解决企业面临的实际问题，实践能力差;（4）教学方法原因：传统的半导体物理与器件课程，普遍采用注入式的教学方法，学生不易理解。针对上述存在的问题，本文对半导体物理与器件课程的教学从教学内容、教学方法及教学手段等方面进行了探索与研究。

2 产教融合，增强实践能力

人工智能、新一代信息技术产业等领域近年来蓬勃兴起了新一轮产业革命和科技变革，由于新工科建设关乎未来产业和社会经济的发展，我国各级政府对新工科建设非常重视。《制造业人才发展规划指南》预测到2025年与新工科有关的产业领域人才需求的缺口非常大。与人工智能、大数据、新一代信息技术产业和机器人等新工科领域相关的产业，需要半导体物理与器件课程作为基础。新工科人才培养的一个重要目标是提高实践能力，与企业合作是培养人才的一个重要手段。通过产教融合，可以让学生通过在企业的实践活动，加深对半导体物理与器件知识的理解。

3 调整教学内容，夯实基础

目前普遍电子类工科专业学生在学习半导体物理与器件课程前没有或缺乏完整的相关课程背景知识，比如量子力学和固体物理学等入门课程。由于半导体物理与器件中很多概念非常抽象[3]，比如有效质量，空穴，能带等。如果没有相关基础知识和事先的铺垫，学生很容易产生畏难心理，以致于后面的课程都没有信心去学习。教师在讲授半导体物理与器件课程时，需要对学生的实际情况进行深入了解，然后根据实际情况对教学内容进行重新编排设计，适当增加知识的铺垫，减小知识点之间的难度梯度，循序渐进，不可盲目追求内容的广度。只有把学生的基础知识打牢了，才能加深学生对半导体物理与器件课程的理解。

4 教学方法和教学手段多样化，促进理解

以往讲授半导体物理与器件课程以传统的注入式教学方法为主。由于半导体物理与器件课程理论性强，概念多，不易理解。要想提高教学效果，教师就要根据不同知识点的难易程度，灵活地使用适宜的教学方法。美国著名教育学家拉斯卡按新行为主义的理论将基本的教学方法分为四类，分别是实践法、呈现法、强化法与发现法。每种基本方法有其适宜的使用场景，每种基本方法又有多种特殊的教学方法构成。在教学过程中，教师可根据实际情况灵活运用不同的方法。比如，呈现法适合易于理解的知识点，对于简单的知识内容，教师可以用图片或影片显示等;实践法适合需要理解，掌握的比较难的知识点，教师可采用布置任务，使用案例等让学生通过实践活动加深对知识的理解。近年来随着科技的进步，以MOOC和SPOC等在线课程为代表的网络教学手段逐渐兴起。教师可以根据学生的实际情况，采用MOOC+SPOC线上线下结合的混合教学手段提高教学质量。

5 总结

电子类工科专业学生在学习半导体物理与器件课程时，由于普遍存在先修基础知识的缺乏问题，要想在这种情况下，让学生学好、学懂半导体物理与器件课程，教师就需要对教学内容进行调整，增加背景基础知识的讲授。另外，通过与企业合作，可让学生加深对知识的理解。为了提高教学质量，教师还需要采用灵活多样的教学方法和教学手段。

参考文献：

[1]王印月，赵猛.改革半导体课程教学，融入研究性学习思想[J].高等理科教育，2003（01）：71-73.

[2]刘吉臻，翟亚军，荀振芳.新工科和新工科建设的内涵解析——兼论行业特色型大学的新工科建设[J].高等工程教育研究，2019（3）：21-28.

[3]连晓娟.“半导体物理”教学改革与实践初探[J].教育现代化，2019，6（18）：55-56.

广西研究生教育创新计划项目：基于产学研合作的新工科研究生创新人才培养模式研究与实践资助

作者简介：刘林生（1978-），男，河北河间人，博士，副教授，主要从事电子科学与技术方向教学与科研工作。