《半导体物理与器件》线上线下混合式教学模式探究

郝华丽

【摘要】线上线下混合式教学模式是信息技术发展的产物，其将线上资源和线下课堂有机结合起来，是提升教学效果的有效手段。本文以《半导体物理与器件》课程为例，分析课程目前存在现状，针对存在问题从教学内容设计、教学资源库建设、线上线下混合式教学实施过程、课程考核方式等方面进行了探究与实践。

【关键词】线上线下;内容设计;资源库建设;教学实施;课程考核

【基金项目】黄淮学院教育教学改革研究项目（2019XJGLX0136、2019XJGLX0103）;黄淮学院青年骨干教师资助计划.

中图分类号：G212                                 文献标识码：A                          DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.17.090

随着信息技术的快速发展，信息技术如何更好地融入到教学中，打破传统的以教师为主体的教学模式，发展为以学生为中心的教学方式，越来越受到人们的关注。我国《教育信息化十年發展规划（2011-2020年）》指出：教育信息化的发展要以教育理念创新为先导，以优质教育资源和信息化学习环境建设为基础，以学习方式和教育模式创新为核心。线上线下混合式教学是对传统教学模式的提升，需要教师在学情分析、课程设计、考核评价等教学环节，充分利用线上教学和课堂教学的优势，转变教育理念、改变教学方法、更新学生认知，从而全而提升课堂教学效果。《半导体物理与器件》是相关专业的专业基础课程。如果以传统的教师讲授为主，无法调动学生学习的积极性和主动性，学生参与度不高，教学难以达到预期效果。近年来，针对课程现状，课题组对课程进行教学改革和实践，重新设计和优化教学内容，借助超星学习通建设课程资源，采用以学生为中心的教学方法，利用线上线下混合式教学模式，改革考核方式，取得了较好的效果。

1. 课程现状分析

1.1 内容较陈旧，理论知识繁多，学生主动学习的积极性不高

该课程理论较为深奥、知识点多、涉及范围广、理论推导复杂、学科性很强，对于学生的数学物理的基础要求较高。因而现行的教材特点及传统教学方式大都强调繁琐的理论推导，容易使学生陷入“只见树木，不见森林”的境地，在茫茫的公式海洋中逐步丧失学习兴趣，影响了课程的教学质量。此外，半导体技术发展非常迅速，新的理论和研究成果不断呈现，知识更新快、学科交叉更深入，因此教师很难在有限的授课时间里覆盖所有内容。而此时学生的主动学习和探究问题的能力就变得更加重要，但是由于该课程概念多、理论深、公式复杂，学生主动学习的积极性不高。

1.2 注重理论知识讲授，学生解决实际问题的能力不足

目前半导体物理与器件课程的教学过程以理论讲授为主，主要讲解基本物理概念和理论，缺乏与实践结合的综合性案例分析来指导学生进行工程实践。虽然课题组已在整个半导体物理与器件的教学过程引入了研究性学习的思想，将科研中涉及半导体物理与器件的主要知识点融入教学中，但学生应用所学的理论知识解决器件设计与应用问题的能力还不够。学生还需在老师的指导下进一步进行实践和创新能力的训练，提高工程设计意识和综合工程设计的能力。

1.3 教学模式较为单一

目前，“半导体物理与器件”课程主要采用传统的教师讲授为主的教学模式，并且该课程理论性较强，公式繁多，微观物理现象抽象难懂，增加了学生学习的难度。长期采用这种教学方法，不利于培养学生的学习的积极性和创新能力。

2. 教学内容设计

传统的“半导体物理与器件”课程内容大多是先介绍半导体物理基础知识，之后分别是PN结机理与特性，双极型晶体管与MOS场效应晶体管的结构、工作原理、直流特性、频率特性、功率特性和开关特性，半导体器件制备技术等内容。课题组从应用型技术人才培养的目标出发，以学生发展为中心，落实教育部提出的“金课”标准，结合实际需求，打破原来纯粹理论知识内容的思想，提出基于应用导向的“半导体物理与器件”的教学内容设计。教学内容要能够提升学业挑战度、增加课程难度、拓展课程深度、提高教学质量，依据该理念，将教材内容设计五个单元，分别是二极管、三极管、MOS场效应管、其他常用半导体器件、半导体发展前沿。每一个单元内容都是基于实际应用为导向，首先是应用案例、任务驱动、情境展现。教学内容应能及时反映新的技术进展，涵盖应用中的基本概念及主要内容，每部分内容要有与应用紧密结合的相应设计实例。对于每一种常用器件特性及其物理机理，倡导学生自主学习软件进行模拟仿真，从而提升学习内容的深度和挑战度。

在进行线上线下混合式教学内容设计时，将课程知识点进行细化，按难度区分为识记类、应用类、理解类三个层次。结合线上与线下模式在专业课教学中的优势及特点，对不同层次知识点分别采用线上自主学习+线下研讨交流等模式，有效运用网络信息化的优势和便利，同时高效利用线下课堂。

3. 线上线下教学资源库建设

线上线下混合式教学中，需要大量丰富的教学素材供学生线上自主学习。以“学习通”APP作为载体，根据前述理论教学内容的设计原则，教学资源应以知识点为基础进行构建，如知识点讲解视频、配套教学PPT、演示动画等。设置学生自评和互动模块，让学生可以在自己想学的时候根据自己的时间自由学习，方便学生与老师的互动，提高半导体课程的教学质量。

4. 教学实施过程

依据教学计划，采取“以学生为中心”的6部教学法。教学过程主要分为课前、课中和课后三个教学阶段。具体实施过程如下：

4.1 课前

教师通过学习通平台发布自主学习视频、PPT、预习任务等内容，并进行测试和反馈。教师通过收集学生对课前自测题存在的问题，能及时了解学生对知识点的掌握情况，便于课堂教学活动的设计，使课堂教学内容更具有针对性。同时，学生通过观看课前视频对课程内容进行自学，与同伴交流增加了生生之间的互动，培养了学生的自主学习能力。

4.2 课中

4.2.1 导入

通过情境或任务导入，激发学生学习的兴趣。比如，在学习三极管时，通过我国航空航天技术的飞速发展，可以激起学生的民族自豪感和自信心。同时，航空航天技术也离不开基本的元器件三极管，引入要学习的内容。

4.2.2 重难点讲解

教师根据课前学习中存在问题，课中有针对性进行重难点讲解，便于学生系统地掌握和理解知识内容。

4.2.3 任务实施探究

针对不同教学任务，可以采取多种教学方法，如分组讨论法，同伴教学法，实验探究法、仿真分析法等。下面分别对这几种方法进行介绍。

分組讨论法。比如，在探讨三极管的判断原则时，可以通过分组讨论法来解决，学生通过小组讨论与总结，分享小组讨论结果，并进行小组互评，之后教师进行分析总结。在这个过程中，可以锻炼学生团队协作能力和归纳总结能力。

同伴教学法。该方法是使用专门设计的用于揭示学生概念错误和引导学生深入探究的概念测试题，借助计算机应答交互系统或选项卡片，引导学生参与教学过程，变传统单一的讲授为基于剖析概念的自主学习和合作探究，在大班课堂教学中能够构建一种学生自主学习、合作学习、生生互动、师生互动的创新教学模式。

实验探究法。为了探究三极管的输入输出特性，可以通过让学生自主进行实验探究分析总结，教师根据学生总结结果再进行补充。利用这种方式，不但能够提高学生的参与度，体现以学生探究能力的培养为中心的教学理念，也能提升学生进行科学探究的能力等。

仿真分析法。对于二极管、三极管和场效应管都可以利用multisim软件仿真分析其特性，并能够设计应用电路。通过该方法，学生能够利用工具进行仿真分析，能够激起学生学习兴趣，也能掌握一种专业技能。

4.2.4 总结分析

最后，教师根据课堂情况，对本节课内容进行总结。可以采用思维导图方式，知识点清楚明了，重难点突出，并且知识比较系统，便于加强学生对本节课内容的理解和掌握。

4.3 课后

课后是知识的巩固与拓展环节。根据学生课堂表现和任务完成情况，设定不同的课后任务。比如针对本节课知识点，设计问题了解学生对内容的掌握情况，为下一个课堂做准备。为了提升课程的深度和广度，提升学生对知识的应用能力，让学生分组设计制作简单的应用产品，内容包括：系统软件设计、硬件设计、软件仿真分析、实物制作和调试，以及设计报告等。

5. 课程考核方式

本课程为考试课程。采用形成性考核、综合性考核相结合的方式评估学生学习成效。具体要求如表1。

6. 总结

本文对《半导体物理与器件》课程现状进行了分析，并对线上线下混合式教学中的教学内容设计、教学资源建设、教学实施过程、课程考核方式等具体问题进行了相应的探究，为后续混合式教学的实施奠定了一定的基础。

目前，由于网络与信息技术的发展，混合式教学模式也必然会成为高校教学的主流趋势，能够改变传统的以教师的教为主体的现状，转变为以学生的学为主体的教学方式。通过课前下达任务，进行线上自主学习，课前测试和反馈。课中教师进行重难点讲解，可采用分组讨论法、同伴教学法、实验探究法、仿真分析法、任务驱动法等方式最大程度地提升学生的参与度，能够培养学生合作精神、科学探究精神等。课后是知识的巩固和拓展，通过此环节，能够检验学生对知识的掌握程度，并能提升学习的深度、广度和挑战度。总之，通过线上线上混合式教学模式的探究，有助于提升教学效果。

参考文献：

[1]教育部印发《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》[J].中国教育信息化，2012，（08）：95-98.

[2]陈浩.基于SPOC线上线下混合式教学模式的研究与实践-以《光电子技术》课程为例[J].在线教育教学，23：25.

[3]刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学[M].北京：电子工业出版社.2008.

[4]洪学鹍.《半导体物理与器件》课程教学改革的若干思考[J].科技视界，159-160.