“半导体材料”课程教学改革探索与实践

张 彦，于永强，陈士荣，于宝证，吕洪君

(合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥 230009)

半导体材料是半导体科学发展的物质基础［1］。根据“半导体材料”课程教学目标，学生应通过学习掌握常用半导体材料的性质和功能、生长和制备及主要应用，为后续的相关课程打好基础。然而，该课程的实际教学效果并不理想:课程涉及理论知识多，概念抽象，教学方法手段单一等。另外，“半导体材料”属于开放式课程，内容需要不断地深化和延伸。因此，该课程在教学内容和方法上必须不断更新才能保持活力。针对以上问题，文献［2-4］探索了该课程教学改革之路。然而由于各校在专业特点、资源配置、生源及专业发展方向等情况各不相同，一些改革方法并不具有通用性。笔者认为，要想切实有效地改善教学效果，我校必须从本专业学生的实际特点和整个专业课程分布入手，注重该课程与其他课程承前启后，有机融合，在实践中摸索出一套高效实用的教学方法，以满足学科自身发展和对学生创新培养的要求。

1 教学内容改革的依据

1.1 教学内容改革的考虑

对传统“半导体材料”课程的教学内容进行改革时，引入前沿知识，实现教学内容的创新，是“半导体材料”教学改革的突破口。我们根据本专业实际情况，对教学内容改革进行了如下的考虑。

(1)注重教学内容的承前启后:本课程开设时间为大三下学期。在此之前，学生已经系统学习了微电子专业的各门专业基础课和部分主干专业课。在“半导体材料”课程教学中，教师要注重相关知识点在先后课程的侧重点，有机融合并深化。另外，在本课程后续教学实践环节中，学生会接触到更具体的材料应用和研究热点。因此，教师在介绍相关知识时应整体把握，以激发兴趣为主。具体课程内容衔接关系如图1所示。

图1 “半导体材料”教学内容衔接关系图

(2)内容设置应偏重于材料的特性及应用:为学生将来选择研究方向提供更多的参考信息，并为进一步深入实践研究打下基础。此阶段的本科生即将面临着考研或就业的选择和准备，开始重视所学知识与未来研究方向或从事工作的相关性。因此，在讲授某种半导体材料时，注重与其应用领域和研究现状等结合起来，增强该课程对以后研究和工作的实用性。

1.2 教学内容的设计

我们在“半导体材料”教学内容的安排上，除了绪论部分对半导体材料进行整体介绍外，将其主要课程内容分成了两大单元，如表1所示。

表1 “半导体材料”教学内容(未计绪论)

这样，在整个微电子行业仍以硅基工艺占据主导地位的现状下，课程用近1/3篇幅详细介绍了硅锗(其中以硅为主)两种材料;而Ⅲ－Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族及其他半导体材料则作简要讲授，同时增加了学科前沿内容，与当前产业发展中研究热点难点紧密结合，注重引入研究实例。

例如，在讲授GaN时，指出GaN基材料正是凭借其良好的物理化学性质及连续可调的禁带宽度成为制造高亮度蓝光LED的理想材料，而开发新一代GaN基白光LED也成为了当前的研究热点。这样，以教学大纲为基础，在保证课程内容精华的同时，持续保持课程自身与时俱进的活力。

2 教学方法改革思路与措施

如表1所示的“半导体材料”课程各章节都具有一定独立性，涉及的概念多且较分散。不同半导体材料的讲授，分别需要多个相关知识做铺垫，如外延、掺杂、相图和热力学平衡等。“半导体材料”课程教学必须打破传统的教学模式，积极探索寻求新方法新思路，使教学在富有知识性和趣味性的过程中展开。

在课程部分章节的教学中，我们尝试引入了互动教学法［5］。教师在设计互动环节时，应在保持原有知识体系完整的前提下，结合课程前沿和最新发展形势，针对学生的基础和特点，在有限的学时内合理安排互动内容。同时，互动教学的手段也要注意变化，使学生能产生新鲜感，吸引学生积极参与。

例如，我们在硅锗部分的教学中，从回顾“微电子工艺”相应内容开始，精讲理论，注重启发和设问。教师通过提出“区熔法获得的单晶纯度较高，为什么大多数都采用直拉法制备单晶呢”?“想一想用直拉法制备单晶时可能会引入哪些有害杂质呢”?“怎么才能降低杂质的影响”?等问题。在师生互动力过程中培养学生自主学习的思路和素养，并逐步插入新知识和新研究趣闻以引起学生的兴趣。随后，视学生的接受程度和反应，从第二单元开始，以提问讨论的方法活跃课堂气氛，构建教与学之间的良性互动机制。

在教学过程中，我们应用了研究型教学的教学理念并设计了三种形式的课堂教学活动［6，7］。

(1)课堂气氛被调动后，给学生提供一个展示和交流的平台，让其充分发挥主观能动性，积极自主地学习和调研。我们把学生分成若干小组，让学生提前1-2周的时间查阅、搜集资料并准备课件。每次课安排一组学生，选择一个章节或其中感兴趣的热点问题上台讲授。针对学生在讲解和回答问题过程中出现含糊不清或概念混淆的地方，教师及时进行修正补充，并对本次课的内容加以整理总结，由重要概念(点)→思路(线)→整体内容(面)，形成一个完整知识链的学习。

(2)开展课堂指定命题辩论会:在学习Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的外延生长时，教材列举了多种外延方法。我们选择了MBE和MOCVD这两种热门的外延技术作为指定辩论命题，将学生分成两组进行辩论。引导他们积极发挥主动性，探索两种技术的优劣，不仅研读教材，回顾以前课堂上讲解的信息，甚至进一步自己查找资料。通过辩论，学生从最初对教师将MBE解释为“Money Burning Equipment”的一知半解，到真正理解了每种方法的特点和应用，业内看法以及市场前景。讨论时，教师注意调节课堂气氛和节奏，鼓励学生发表不同见解，然后针对焦点问题，深入分析并作必要的点评和总结。

(3)创新实验经验介绍:我校学生从大二开始，可以选择与本专业不同研究领域的教师和题目开展创新实验。在这个环节中，有些学生的题目是和“半导体材料”课程相关的。我们在这些创新实验探索过程中，让参与的学生提前准备后，结合实验进度，安排一到两次实验经验的介绍课。如:某组学生的创新实验题目为“一维ZnS纳米紫外探测器”，学生在课堂上系统地介绍该实验的相关概念、过程和结果等，也介绍了做实验的心得体会，以及自己对该课题未来发展的看法。由于是自己的亲身体会，学生的课件准备精细充分，讲解认真详尽，分析思路清晰。他们对自己在实验过程中遇到的问题、疑惑和对未来的思考会引起大家的共鸣。

3 结语

“半导体材料”课程是微电子专业的重要专业课。在教学实践中，我们将半导体材料的新理论、新应用和一些科学研究成果引入到教学内容当中，处理好基础性和先进性、经典和现代的关系。我们积极引入研究型教学的教学理念和互动教学法，处理好传统讲授与互动教学的关系。这些方法不仅培养了学生良好的思维模式，还增强了学生的专业素质，对培养学生的探究和创新能力有着重要的意义。

［1］ 杨树人.半导体材料［M］.北京:科学出版社，2004

［2］ 李立珺.半导体材料课程的教学改革与实践［J］.合肥:科教文汇，2013，(2):67-68

［3］ 李新宇.半导体材料与技术教学改革的探讨［J］.广州:广东化工，2011，(7):204-205

［4］ 杨德仁.《半导体材料》课程改革［J］.杭州:材料导报A:综述篇，2012，(1):108-109(118)

［5］ 王环.互动教学法探索［J］.兰州:高等理科教育，2003，(教育教学专辑研究二):178-180

［6］ 张安富.改革教学方法 探索研究型教学［J］.北京:中国大学教学，2012，(1):65-67

［7］ 钟华.创新型、研究型人才培养实践教学范式及应用［J］.北京:中国大学教学，2012，(3):39-42