“固态电子器件”课程教学改革探索

黄晓东, 于 虹

(东南大学 电子科学与工程学院， 江苏 南京 210096)

“固态电子器件”课程教学改革探索

黄晓东, 于 虹

(东南大学 电子科学与工程学院， 江苏 南京 210096)

本文对“固态电子器件”课程进行了教学改革探索与实践。通过强化本课程的知识体系，探索将教学与课堂实验展示相结合，将教学与教师科研相结合，灵活应用“启发式”、“案例式”等多种教学手段，充分调动学生的学习积极性和主动性，培养学生创新性思维的能力以及分析问题和解决问题的能力，全面提升学生的综合素质。

固态电子器件；教学改革

0 引言

“固态电子器件”是我院一门重要的专业主干课程，其在“固体物理”、“半导体物理”等课程基础上，进一步系统地阐述电子器件的原理、结构以及基本特性等方面的内容[1]。该课程涉及的器件包括微电子器件(如场效应晶体管、双极性晶体管)、光电子器件(如光电探测器、半导体激光器)、高频器件(如隧道二极管、耿氏二极管)以及功率器件(如p-n-p-n二极管、绝缘栅双极型晶体管)等；涵盖内容广泛并横跨不同领域，而且还存在物理概念抽象以及公式繁复等特点。因此要学好这门课程，对学生的抽象思维能力、物理基础以及课堂注意力等均提出较高要求。长期以来，该课程一直让我院学生望而生畏；但是，该课程又是学生学习“半导体加工工艺”、“集成电路制造与设计”等后续课程的前提和基础，在我院的本科人才培养体系中占据非常重要的位置。

根据以往的教学经验，该课程存在的主要问题包括：

(1)由于课程内容涵盖广、跨度大，导致学生往往陷入细节不能自拔，而无法从整体上把握该课程的知识体系和脉络；

(2)由于课程涉及很多抽象、晦涩的物理概念，导致学生在课程学习结束后尚不知道如何与实际应用相联系。

因此，对“固态电子器件”课程进行教学改革，改进教学思路和方法，通过将教学理论与实践相结合，将教学与课堂实验展示相结合，将教学与科研相结合，提高学生学习的积极性和兴趣，增强学生自主学习能力和创新性思维的能力，是我院任课教师面对的急需解决的一个课题。

1 强化课程的知识体系

现有“固态电子器件”相关的教材通常采用开门见山式的编写方式，从开篇就针对各种具体的电子器件进行介绍[1-3]；由于器件种类繁多且零散，极易导致学生在课程学习中产生 “只见树木、不见森林”的感觉，使学生无法清晰地把握该课程的知识体系和脉络。因此，在教学中强化课程的知识体系，及时引导学生理清知识脉络显得尤为重要。为此，除了及时引导学生预习、复习以及总结以外，在讲授具体器件知识之前，本课程组还专门开设了“电子器件发展史”的讲座，通过以时间为主线并结合技术发展的规律和趋势，将本课程中涉及到的各类型具有代表性的器件进行重点介绍。 实践证明：该方法不仅有助于学生理清该课程的知识脉络，在宏观上建立起该课程的知识体系，还能拓展学生的知识面，激发他们的学习兴趣。此外，讲座中还特别强调这些器件对电子技术发展所产生的深远影响(如美国肖克利等发明的晶体管在1956年获诺贝尔奖；日本江崎发明的隧道二极管在1973获诺贝尔奖；日本赤崎勇等发明的蓝光发光二极管在2014年获诺贝尔奖等)，因此该讲座有意识地增强了学生对该课程的重视程度。另外，在讲座中还穿插不少科学家在器件发明过程中的趣闻轶事，这不仅活跃了课堂气氛，还使学生了解到伟大的发明(或发现)不一定都依赖于高深的理论，更多的是来自于对科研细节的关注和好奇心，这对于工程背景的学生科研兴趣的培养以及树立远大的科研理想和信心具有很大的帮助。需指出的是，为了让学生更好地掌握该课程的知识体系，教师自身必须对该课程在整个本科教学培养计划中的地位以及相关课程之间的关系有着清晰的了解，这样才能更好地安排教学内容和进行课程设计。

2 教学与课堂实验展示相结合

我院的“固态电子器件”课程总共48学时，且无相关配套的实验课程，因此课程涵盖内容广、跨度大、重点难点多与课程学时少的矛盾尤为突出。因此，在讲授抽象物理概念等一些知识点的时候，常常面临这样的难题：如果花费大量课堂时间讲授这部分知识点，一方面会使得教学时间变得非常紧张，同时教学效果也不一定理想。为此，本课程组尝试了将实验展示与理论教学相结合的方法以同时提高教学效率和教学效果。该方法是利用课前时间由教师或助教操作相关实验并录制成视频，在课堂理论讲授时配合播放。金属-氧化物-半导体(MOS)电容器是本课程的一个重点和难点，这部分知识点不仅要求学生具备扎实的物理基础，而且要求学生具备良好的抽象思维能力。实践证明：通过课堂设计，在课堂上穿插展示MOS电容器的电学测试实验过程和结果，较之单纯的讲课，极大地增强学生对MOS电容器的直观认识，有效地降低这部分知识的学习难度。此外，通过将实际测试曲线与课本的理论曲线相比较，还可以进一步引出器件的真实表面态等知识点，为后续教学工作的开展打下伏笔和基础。

3 教学科研结合，多种教学方式并用

由于该课程物理概念很抽像并伴随很多繁琐的公式，因此学生在课堂上很容易走神，无法跟上教学节奏。有些学习较认真的学生，也时常会产生课堂知识不知如何在实际中应用的困惑。针对上述问题，本课程组利用自身在电子器件领域取得的研究成果，通过将教学与科研相结合，开展“启发式”和“案例式”教学，取得了很好的效果[4，5]。比如，场效应晶体管的源/漏寄生电阻是本课程的又一个重点和难点。在介绍完源/漏寄生电阻的负面影响时，我们向学生指出在抑制寄生电阻之前必须先有把“标尺”(或方法)衡量寄生电阻，进而在课堂上引出对这把“标尺”的讨论；通过师生互动以及循序渐进地引导，最终让学生通过自己的主动思考掌握了衡量寄生电阻的方法；之后，我们再结合教师在该方面的科研成果，在课堂上提供了一些数据和资料，鼓励学生利用刚才的方法来提取出寄生电阻；最后，公布答案以及说明该项研究已经在电子器件领域的顶级刊物发表。在上述过程中，学生在课堂上始终保持很高的热情和参与度。实践证明，将教学和科研相结合，并采用合适的教学方法以及恰当地把握课堂节奏，不仅可以有效地提高学生的积极性，吸引学生的注意力，还可以缩短理论知识与实际应用之间的距离，提高学生学以致用的能力并且培养学生从事科研的信心和兴趣。上述教学方法还有助于展示教师个人的科研水平和实力，在提升教师在学生心目中的形象等方面有着非常好的效果。

“启发式”、“案例式”等多种教学方式结合还有助于培养学生辩证思维的能力。例如：在“固态电子器件”课程中，涉及到很多器件的二阶效应(如场效应晶体管的衬底偏置效应)，这些效应会导致器件性能下降。在讲解这些二阶效应的时候，如果向学生提出“这些二阶效应能否为我所用”等一些具有启发性的问题，往往可以锻炼和增强学生辩证思维的能力。对于场效应晶体管而言，课程组在讲解该器件尺寸缩小到一定程度时会出现大的漏电这一效应时，鼓励和引导学生大胆地利用本课程中已经学到的知识，提出抑制漏电的方法。经过探索，最终学生创造性地提出利用“衬底偏置”这一传统观念上的负面效应，人为地抬升晶体管的导通门槛，进而抑制漏电的方法。实践证明，上述教学方法既加深了学生对于基础知识的理解和掌握，还有效地提高了学生灵活应用知识的能力和辩证思维的能力。此外，教学中还发现，在互动过程中适当地为学生设置一些激励措施(比如回答正确的学生后续可以和教师合作开展科研工作，发表论文等)，也能有效地提高学生的积极性和参与热情。

4 结语

我校“固态电子器件”课程教学改革以本课程组十余年的教学积累和经验为背景，以培养创新型、复合型人才为目标，始终坚持将教学理论与教学实践相结合，将教学改革与教学效果相结合，将科学研究融于教育教学的过程中，引导学生创造性地运用知识和能力，自主地发现问题、研究问题并解决问题，全面提高学生能力。

[1] Ben G. Streetman, Sanjay Kumar Banerjee. 固态电子器件(英文版) [M]. 北京：人民邮电大学出版社.2007年2月

[2] 施敏，李明奎. 半导体器件物理与工艺 [M]. 王明湘，赵鹤鸣. 苏州：苏州大学出版社.2014年4月

[3] 刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理基础 [M]. 北京：电子工业出版社.2008年5月

[4] 温溶雪. 现代启发式教学探究[D]. 南昌: 硕士学位论文, 2003年10月

[5] 陈喜文, 陈德富. 浅谈研究型教学模式的推广[J]. 2014全国遗传学理论与实验教学研讨会会议手册及论文集, 2014,71-73

Exploration of Teaching Reform of Solid-State Electronic Devices Course

HUANG Xiao-Dong , YU Hong

(SchoolofElectronicScienceandtechnology,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)

This paper mainly focuses on exploration and practice of teaching reform of Solid-State Electronic Devices course. By combining teaching with experimental exhibition in the class, combining teaching with the teacher′s academic research and combining heuristic teaching method with case teaching method, it is practically proved that these methods are effective to make students learn more actively and positively. In addition, these methods are also helpful to improve the students′ ability of creative thinking and their ability of analyzing and solving concrete problems. This work is valuable and useful to fully improve students′ comprehensive quality.

solid-state electronic devices, teaching reform

2017-03-02;

2017-03- 21

江苏高校品牌专业建设工程一期资助项目(PPZY2015B136)

黄晓东(1982-)，男，博士，副教授，主要从事纳电子器件、微能源与系统集成的教学和科研工作，E-mail：xdhuang@seu.edu.cn 于 虹(1966-)，女，博士，教授，主要从事纳机电系统的教学和科研工作，E-mail：h_yu@seu.edu.cn

G426

A

1008-0686(2017)03-0084-03