提高应用型本科院校半导体物理教学质量的方法研究

2011-08-15江锡顺

滁州学院学报 2011年5期

关键词：半导体应用型物理

江锡顺

（滁州学院机械与电子工程学院，安徽滁州 239000）

提高应用型本科院校半导体物理教学质量的方法研究

江锡顺

（滁州学院机械与电子工程学院，安徽滁州 239000）

半导体物理课程理论性、逻辑性和工程性较强，在新建应用型本科院校开设此课程，教学内容的整合和课程讲授都存在一定难度。本文根据应用型本科院校专业培养方案，提出改革现有教学模式，将理论和实验教学融为一体，培养学生主动探索精神和创新意识，提高半导体物理教学质量。

应用型；半导体物理；教学质量

半导体物理是研究半导体原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程的学科，是固体物理学的一个重要分支。研究半导体中的原子状态是以晶体结构学和点阵动力学为基础，主要研究半导体的晶体结构、晶体生长，以及晶体中的杂质和各种类型的缺陷。研究半导体中的电子状态是以固体电子论和能带理论为基础，主要研究半导体的电子状态，即能带结构、杂质和缺陷的影响、电子在外电场和外磁场作用下的输运过程、半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等［1－3］。半导体物理学的发展不仅使人们对半导体有了深入的了解，而且由此而产生的各种半导体器件、集成电路和半导体激光器等已得到广泛的应用。它的开设为学生以后学习其它课程和从事半导体产业工作提供了必要的半导体基本理论知识。但是，对于应用型本科院校的学生来说，他们的专业基础相对薄弱，而且要求有较扎实的高等数学知识和固体物理以及量子力学基础，这样势必会增加学生的心理负担，出现课堂出勤较低和教师积极性不高等现象，使半导体物理教学很难达到预期效果［4］。为了讲授这门课程，让学生对半导体物理知识的理解和掌握达到教学目的的要求，就成为教研室和授课教师必须经常研究和探讨的问题。笔者结合本校学生的实际情况，针对在半导体物理课程教学实践中发现的问题浅谈自己的看法。

1 半导体物理教学的现状

1.1 重知识倾向的课程目标，致学生兴趣不高

学习半导体物理课程必须要有较强的高等数学和量子力学以及固体物理基础知识，而不少同学在以前课程学习中基础就比较薄弱，使得这门课程的学习变得更加难以理解和把握。也有不少同学在学习过程中积极性不高，仅仅是为了通过期末考试，对课堂教学中出现的问题很少加以思考。

1.2 教学资源欠缺

教学资源主要包括师资队伍和实验条件等。但随着近几年学校的大发展，专业数和学生数都在逐年大幅度增加，而师资相对来说非常紧缺，教师工作量繁重［4］。往往一门课就一直由某位教师讲授，这就使得教研室活动内容沉闷，教师间的交流学习不多。半导体物理实验作为一门专业实验，旨在对半导体材料一些重要参数和特性进行测试，让学生能将课堂理论知识和实际应用结合起来，为以后的学习和工作打好扎实的基础。而对一些新建应用型本科院校来说，半导体物理实验课程开设情况不佳，甚至没有开设，就使得学生课堂学习觉得枯燥无味，教师讲授中也遇到很多问题。

1.3 现有教学模式的欠缺

现有的半导体物理教学基本上以“教师讲解学生听课”的模式为主，教学内容较多而且抽象枯燥；由于很多内容涉及到固体物理知识的准备，很多同学以前学习固体物理时基本知识不牢，造成学习中缺乏信心，普遍感觉到内容很难理解。在学习完整门课程以后，学生很难系统的掌握各章节的主要内容，更谈不上所学知识的综合运用能力了。

以上种种问题，直接的结果就是课程教学质量较低，教学效果不好，学生学习普遍被动。因此，在教学实践环节中，修订新的教学大纲，探求新的教学方法，采用新的教学手段，保证和提高课堂教学效果刻不容缓。

2 提高课程教学的有效性研究

2.1 修订教学大纲，选择适合学生特点的教材

教学大纲是落实培养目标和教学计划最基本的文件，是选定教材、组织课堂教学并对学生进行考核的依据，也是检查和评估教学质量的标准［5］。本课程教学应围绕“教师方便教，学生容易学”的中心，树立夯实基础，重在实践的思想。因此授课教师应根据学科发展的去向、教学改革和实践的变化等情况，定期修订教学大纲。目前的半导体物理教材一般都以详细的理论分析为主，数学推导较多，学生学习起来感觉吃力。经过分析比较现有众多半导体物理教材后，我们选用了刘恩科等编写的《半导体物理学》（第7版）。该教材较全面地论述了半导体物理的基础知识，内容丰富，覆盖面广，具有全新的体系结构，体现突出物理概念，强调基本分析方法，可读性强，便于自学。并且每章后面的参考文献让读者可以了解到自己所需要的知识细节，是目前使用较好的教材。但对新建应用型本科院校学生来说，该教材仍然存在部分内容过于深奥的问题，因此教师在授课时不能照本宣科。笔者在授课时根据学生以后可能的就业方向，将某些侧重于繁琐数学推导的问题简化，而对教材实验实践环节进行补充，形成了适合本校学生实际的专业教材。

2.2 运用类比学习法，做到举一反三

所谓“类比”，是指根据两个（或两类）对象在某些方面的相同或相似从而推出他们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维［6］。半导体物理中的不少物理概念和方法存在着很大的类同性，可以根据这一点在教学中指导学生使用类比法进行自主学习。笔者在这教学过程中发现，指导学生使用类比法进行自主学习，可以达到事半功倍的效果。比如在讨论n型半导体载流子浓度和费米能级与温度的关系以后，就可以让学生运用类比学习法，探究p型半导体中上述关系。这样能让学生在教师的指导下主动学习，做到较快的掌握教材中给出的很多结论，能够起到良好的学习的效果。

2.3 合理使用现代化教学手段

在教育现代化、信息化的今天，多媒体技术以图文并茂、声像俱佳、动静皆宜的表现形式走进课堂。多媒体技术综合了声、光、电、图等大量的信息，同时还可以对大小、速度和形状进行人为控制，所以运用多媒体技术教学可以很好地对解决常规课堂教学中难以解决的难点［7］。但在半导体物理教学中，如果一味地使用多媒体课件，用电脑代替教师，忽略了教师在课堂中的主导作用，这必然违背了教学规律。针对课程的重点和难点，笔者在课堂教学中先启发学生的思维，在学生的求知欲被激发后，适时地运用多媒体技术将教学中的重点和难点传授给学生。在讲解载流子扩散运动内容时，先引导学生回忆大学物理课程中热学部分有关气体分子的扩散现象知识，激发学生对半导体中载流子扩散运动的研究兴趣。在学生兴趣被激发以后，通过多媒体课件展示进入课堂教学，这样学生更容易接受相关理论的精髓。只有将教师在课堂中的主导作用与多媒体技术的辅助作用结合起来，才能获得良好的教学效果。

2.4 激发学生的科研兴趣，培养学生的科研素质

创新是民族进步的灵魂，是国家兴旺发达不竭的动力，思考教育问题就不能离开这个重大的课题［8－9］。通过对学生施以教育和影响，使他们作为一个独立的个体，能够善于发现和认识有意义的新知识、新思想、新事物、新方法，掌握其中蕴含的基本规律，并具备相应的能力，为将来成为创新型人才奠定全面的素质基础。在对半导体物理知识点的讲解和分析过程中，不能单纯讲解理论知识，而是要结合教师和学生的科研实践对理论知识进行深入的解析，这样有助于培养学生的科研思维。将教学与科研相结合，不仅可以丰富知识内容，而且让学生了解半导体物理学科的研究前沿。笔者在讲解半导体中载流子的输运现象时，结合自己主持的半导体材料相关科研项目，向学生介绍这部分内容在研究半导体导电机理中的重要性，从而也能激发学生的科研能力。另外，笔者所在学校为提高大学生的科研能力，促进学生素质的全面提高，近两年都开展了大学生科研项目申报工作，鼓励部分基础扎实，动手能力强的同学积极申报，涌现出一些科研素质较高的学生科研人员，为学生以后从事科研工作打下一定的基础。

2.5 加强实验教学

加强实验教学是应用性人才培养的重要保证［10］。半导体物理实验是半导体课程的重要组成部分，通过实验教学，使学生加深和巩固学生对现代半导体物理的基本理论和基本知识的理解，培养学生树立理论联系实际的学风和良好的科学工作作风，提高学生综合分析解决问题的能力。在实际教学过程中，笔者结合课程特点，按照由简单到综合，由验证到创新的思路，确定实验教学的内容，编制切实可行的实验教学计划和大纲。在教学内容上，减少单一的验证性实验，适当增加了综合性、设计性和创新性实验，这样可以调动学生的学习积极性，推进学生的自主实验和合作实验。例如在学习半导体的光学吸收内容时，结合实验中测得的薄膜透射曲线，引导学生通过对透射曲线的分析计算确定薄膜的光学常数和厚度，这样极大的提高学生的学习兴趣，达到了较好的实验效果。另外，在教学手段上，笔者计划开发、引进和使用计算机辅助实验教学软件，运用虚拟、仿真等实验技术手段，促进虚拟、仿真环境下的实验与真实环境下的实验有机结合，进一步提高学生的实际操作能力，进而达到良好的实验教学效果。