高职《半导体器件物理》课程教学改革的探索

余 菲，赵 杰

（深圳职业技术学院，广东 深圳 518055）

高职《半导体器件物理》课程教学改革的探索

余 菲，赵 杰

（深圳职业技术学院，广东 深圳 518055）

针对高职微电子技术专业开设的《半导体器件物理》课程出现的教学内容与实际工作衔接不上、课程教法陈旧、学生接受程度差等问题，本文通过分析高职微电子专业学生就业岗位的典型工作过程，提出适合高职的《半导体器件物理》教学内容，探索实施“实验向导”方式的教学活动，采用四维形成性考核方案，取得了一定的效果．

半导体器件物理；课程改革；高职

微电子技术是一个新兴的学科，在高职院校作为一个专业来培养人才的时间还不长，但是作为信息产业的核心领域，微电子产业需要大量的从业人员，从事和集成电路相关的生产、设计、封装测试等工作．其中《半导体器件物理》是微电子技术课程体系必要的专业课程之一，但是由于半导体器件物理学科本身的特点，内容涉及大量的有关能带、晶体等物理学知识，以及大量的数学推导和证明，一直以来，在高职微电子技术专业，都被视为学生最难学，老师最难教，学习效果最不理想的一门专业课[1-3]．目前的《半导体器件物理》课程明显不适合高职领域的教学规律，改革迫在眉睫．我们对该课程的改革进行了一些探索．

1 改革教学内容使其与职业对接

1.1 传统学科体系教学内容的设置思路

目前的高职《半导体器件物理》课程内容设置基本上和本科学习差别不大，只是简单做了一些内容的删节．传统学科体系中《半导体器件物理》课程的内容设置是服务整个学科，传统的微电子学是研究固体中载流子运动规律，进而实现微小电路的电子学分支学科，微电子学的学科体系见图1．

图1 微电子学的学科体系

根据学科体系的思路，微电子学最终的目的是实现一类在半导体上的微小尺寸的电路．要实现这样的电路需要研究半导体上实现的电路元件的结构和原理，以及研究实现这类电路的加工过程和方法，最终根据电路的功能设计出相应的电路结构．在学科体系中，半导体器件物理是服务于半导体器件设计和半导体器件原理分析，是微电子领域的重要内容．基于这样的目的，半导体器件物理的前导课程包括大量的物理和数学知识，相当深度的固体物理学知识．通过固体物理学原理，利用已有的物理知识和数学工具分析各种器件工作的物理过程，为进一步设计新型器件做准备．

1.2 高职微电子技术的工作岗位和典型工作过程

借鉴德国高职课程体系开发的基本思路，要找到学生的工作岗位，根据工作岗位分析典型工作过程，从典型工作过程提取具体行动领域，然后再得到学习领域的课程[4-5]．根据微电子产业的分布，微电子岗位群可以基本划分为集成电路设计、集成电路生产、集成电路封装与测试3个方面，具体的工作岗位分布如图2所示．

根据对微电子产业的岗位分析，可以适合高职类学生参与的工作岗位用黑体做出了标记．其中集成电路版图设计、模拟集成电路设计这2个工作过程中需要用到半导体器件物理的知识．

针对集成电路版图设计工作岗位的典型工作过程是：集成电路版图分析与识别→电路图整理与绘制→集成电路版图布局、布图→集成电路版图编辑→DRC检查和LVS检查→参数提取、修改提高与风险规避．针对模拟电路设计工作岗位的典型工作过程是：分析电路功能与性能参数→确定电路结构→前仿真→根据仿真效果进行改进→后仿真与改进．

1.3 适合高职的学习领域内容的选取

学习领域内容的选取，是根据前面典型工作过程的分析，提取出行动领域，再选择学习领域．在前面2个工作岗位的典型工作过程的行动领域当中，有多处可以映射到半导体器件物理的学习领域．针对集成电路版图的分析与识别，集成电路版图编辑的工作，需要的知识为半导体器件的空间结构，以便学生掌握识别和绘制半导体器件版图的能力．在版图风险规避这个工作过程，需要学生掌握载流子的输运的基本原理，PN结的电学特性，扩散电容与势垒电容，常见寄生器件的电路和原理分析．针对于模拟电路的设计，要了解 MOSFET的电学特性，双极型晶体管的基本特性曲线．

根据上面的分析发现，适合于高职领域的《半导体器件物理》学习领域课程的内容与传统的教学内容既有区别又有相同之处．经过整理，适合高职的《半导体器件物理》学习领域课程内容见表1．

图2 微电子产业岗位分布图

表1 改革后的《半导体器件物理》学习领域内容

2 改革《半导体器件物理》的教学实施方案

传统的《半导体器件物理》课程是纯理论课程，实施的方案也比较简单，通常是通过教师的讲授，加上学生的课程设计报告等内容结合来组织教学．由于高职学生理论功底较弱，数学物理背景不强的原因，通常这类课程学生的厌学情绪比较强，能真正掌握相关理论的学生比较少，导致用人企业始终抱怨学生对半导体器件物理知识掌握过于薄弱．

针对这一特点，结合前文所述的教学内容改革方法，在深圳职业技术学院微电子技术专业采用了以实验引导学习的课程实施方案，让学生在一个个的实验项目实施过程中，逐渐掌握半导体器件物理的相关知识，见表2．

改革后的《半导体器件物理》课程通过7个实验来实施教学，每个实验都有一些引导问题，课程的任务就是通过实验去解决、解释这些问题．在解决问题的过程中，需要掌握分析问题的基础，而这些分析问题的知识，正是安排的教学内容．

通过这样的手段，避免了传统的老师讲、学生听的枯燥学习过程，让学生在任务中去主动寻找那些以后工作中有用的基础知识，增加了学生的动手能力，提高了学生的兴趣，改善了学习效果．

表2 “实验行动向导”的课程实施方案

3 改革《半导体器件物理》的课程考核方法

传统的《半导体器件物理》课程以理论教学为主要实施手段，课程多采用期末笔试为主的考核方案．深职院微电子技术专业实施的《半导体器件物理》课程改革是以7个实验为向导的教学实施过程，采用形成性考核方案，把整个课程分为8个考核节点，每个实验为一个考核节点，最后期末考核为一个考核节点．

在每个实验任务的考核过程中，根据微电子技术人才职业素质和职业能力的要求，提出了四个维度的考核方式，包括：任务完成质量、分析问题与解决问题、团队协作与互评、知识掌握情况．每个任务都按照这四个维度打分，其中团队协作与互评是采用团队成员互评的方法，互相打分．最终把所有 7个项目的分数求和，得到最终的“平时成绩”．

期末考核节点采用实操考核的方式，通过实际的现场实验操作来考核学生掌握和运用本学期知识的能力，同时也考察学生的动手能力，分析问题和解决问题的能力．最终期末成绩和平时成绩加权得到总的考评成绩．

通过改革探索，深圳职业技术学院微电子专业的《半导体器件物理》课程按照新的方法实施了3年，总体上收效比较明显，主要体现在以下几个方面：学生学习兴趣增加，学到知识和技能增多，成绩提高、通过学习本门课程，学生感觉《集成电路工艺原理》、《集成电路设计技术》、《IC版图设计》等课程学习起来更加容易、企业用人反映学生该领域知识功底有所加强、学生掌握了一些必要的电子学仪器使用技能和设计实验的技能．

[1] 唐莹，李万清．《半导体器件》课程教学的改革探索[J]．重庆电子工程职业学院学报，2010（2）：63-64．

[2] 陈国英．《半导体器件物理基础》课程教学的思考[J]．常州信息职业技术学院学报，2007（6）：56-57，60．

[3] 苏秦．基于课程改革研发职业教育教材—评《半导体器件物理与工艺（基础版）》[J]．江苏经贸职业技术学院学报，2011（5）：91-92．

[4] 马树超，范唯．中国特色高等职业教育再认识[J]．中国高等教育，2008（13-14）：53-55．

[5] 姜大源．世界职业教育课程改革的基本走势及其启示[J]．中国职业技术教育，2008（27）：7-13．

Teaching Semiconductor Device Physics in TVET: A New Approach

YU Fei, ZHAO Jie

（School of Electronic and Communication Engineering, Shenzhen Polytechnic, Shenzhen，Guangdong 518055, China）

The course，Semiconductor Device Physics, in microelectronic program in TVET is faced with problems such as poor link with actual work, out-dated teaching methods, and poor reception on the part of students. In this paper, the typical working process in microelectronic field is analyzed, and new teaching materials are proposed. By implementing the experiment wizard teaching method, and four-degree appraisal approach, satisfactory results have been achieved.

Semiconductor Device Physics; course reform; TVET

G712；TN301

A

1672-0318（2014）05-0077-04

10.13899/j.cnki.szptxb.2014·05, 015

2013-12-19

余菲（1982-），男，黑龙江人，讲师，博士研究生，主要研究方向为集成电路设计．赵杰（1963-），女，安徽人，教授，博士，主要研究领域为微电子理论．