知识纵横联系教学方式在半导体物理课程中的应用

陈磊+石莎莉+李贞+张洪晨+柴济民+赵宁

摘要：半导体物理课程主要介绍半导体材料的基本结构与性质等基础知识。这门课程是新能源科学与工程（光伏技术方向）、光电信息科学与工程以及电子科学与技术等专业中一门非常重要的基础性专业课。由于课程内容的理论性很强，很多学生在学习过程中的学习兴趣不大。本文针对这一问题，依据于作者的教学经验，提出将知识纵横联系教学方式应用于半导体物理课程中，以激发学生的学习兴趣。

关键词：半导体物理课程；知识纵横联系；学习兴趣

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）34-0080-02

半导体材料由于其特殊的物理性质，而在现代众多高科技领域有着非常广泛的应用。在诸多大学工程类专业，半导体物理都是一门非常重要的基础性专业课。学生只有学习掌握了一些必要的半导体物理基础知识，才能顺利进行一些专业技术性课程的学习。

知识中涉及的概念通常比较抽象，很多知识的形成通常蕴含着很复杂的物理量之间的数学关系。学生必须具备较强的抽象思维能力和非常严谨的逻辑思维能力，才能较好地理解和掌握半导体物理方面的知识。学生在学习这些知识的过程中，常常会因为抽象思考的不够而不能建立有关的概念，也会因为数学基础薄弱和对长程逻辑推理过程缺乏耐心和领悟能力而不能掌握知识体系中的逻辑关联。

学生学习半导体物理知识过程中出现这些困难，在一定程度上是在所难免的，因为这些是由学生天生的思维特点和相关思维能力的强弱而决定的。一般来说学生天生的思维特点是较难改变的。面对这些困难，为了提高学习的成效，只能增强学生的学习动力，让他们能具有更强的学习积极性和主动性。

依据作者的经验，在教学中采用知识纵横联系的教学方式可以有效地激发学生学习半导体物理知识的兴趣。知识纵横联系的教学方式主要可以分为两类——课程开始前的导论性内容讲授与课程进行中针对具体知识点进行纵横联系式的讲述与启发。下面分别就这两种方式进行叙述。

半导体物理课程正式教学前进行一些导论性内容的讲述，可以将半导体物理材料与现代的高新技术与产品联系起来。基于半导体材料的很多技术和产品在人们的日常生活中广泛存在，这些技术和产品给人们生活带来了极大的便利，丰富了人们的生活内容，提高了人们的生活质量。只是很多学生一开始并不知道这些产品和技术是与半导体材料相关的。在课程开始时安排一两节导论性质的课向学生们讲述这些产品与半导体材料之间的关系，自然可以让学生们获得很多相关的了解，从而让他们认识到半导体材料的重要性，激发出学习兴趣。在导论性质的课程教学中也可以适当地加入半导体技术发展的历程介绍，以及相关的历史科技人物的故事，以激发学生学习的兴趣。比如说将半导体材料的发现、晶体管的发明、集成电路工艺的产生、微处理器的发明等在半导体技术发展历程中具有里程碑意义的事件向学生介绍，让他们感受到半导体技术发展历程的辉煌。再如将半导体技术发展历程中涌现出的杰出的科学家们的故事向学生介绍，让学生们感受到这些科学家和工程师们的创新和创业的热情，敢于尝试、勇于开创的精神，以及乘势奋进与孜孜不倦的钻研与攻关的精神。这些不仅能够激发学生们学习半导体物理知识的兴趣，也能激发出他们奋发向上的斗志。在导论性质的课程中，也可以向学生们讲述一下半导体产业发展过程中先后出现的代表性的公司，如仙童半导体体公司、德州仪器半导体公司、英特尔公司、AMD公司等。正是这些公司在半导体技术和产品中的大力开发与开拓，才使得半导体新技术不断出现，性能奇异、品质优良的新产品不断产生；半导体产业的发展才会突飞猛进，极大地提高了社会生产力，改变了人类生产方式，丰富了人类的生活内容，增添了生活的乐趣。了解了这些知识后，学生们更能感受到著名的半导体公司对产业发展的重要性，以及创新创业型公司在时代发展的洪流中若要抢得先机推出产品占领市场，并能引领方向，不断地推陈出新以保持住领先地位，都会用着怎样的发展经历。这些不仅能够激发学生学习半导体物理知识的兴趣，也能够对学生创新创业精神的培育起到促进作用。

上述导论性的课程教学安排在学生刚接触半导体物理这门课时，确实能够在激起学生学习半导体物理知识的兴趣方面发挥很大作用。但是这种方式只是一个开端，仅靠这一点是不够的。为了能够维持住学生们的学习兴趣，必须在后续具体课程知识的教学进程中采用另外的方法，否则随着学习进程的深入，很多学生会感觉到半导体物理知识越来越难，学习兴趣也就会逐步衰减。那么在具体教学过程中将相关的知识点与学生已经学习过的课程知识联系起来，通过展示和引导学生发现半导体物理知识与他们已经具备的一些课程知识之间的联系，或者将具体的知识点与相关的新技术与新产品联系起来，就能够起到持续激发学生学习兴趣的作用。这一方法可以说更为重要。在学生学习半导体物理课程时，他们已经具备的相关知识可以分为两类，一类是相对于半导体物理来说更为基础的知识，比如大学物理课程中的知识，另一类是以半导体物理知识为基础延伸出来的知识，比如说模拟电路课程中的知识。我们重点讨论一下如何在教学中将半导体物理知识与模拟电路课程中的知识联系起来。二极管、三极管、场效应管、MOS管、CMOS管等是模拟电路课程中讲述的内容，学生们已经对这些半导体器件的性质和作用有了基本的了解。如二極管的单向导电性、三极管的电流放大功能、场效应管的电压控制方式等都已清楚，并且知道了用这些基本的器件可以制作成很多功能丰富的应用电路、放大器和集成放大电路。但是学生们对这些基本器件的原理并不十分了解，这些正是半导体物理课程中的知识。在讲述半导体物理中的相关知识时，就可以把PN结与二极管、三极管联系起来，向学生们讲解推导了PN结的伏安关系后，可以引导他们在此知识的基础上重新分析和理解二极管、三极管的特性，这样他们就可以发现PN结的基本伏安特性是怎样具体决定二极管、三极管的特性的，学生们就能感受到已学过的知识与正在学习的知识串联起来了，对之前在模拟电路课程中学习到的二极管与三极管的特性达到既“知其然”又“知其所以然”的效果，这也就自然激起了他们学习的兴趣和动力，有利于更为牢固地掌握这些知识。同样地，我们也可以把半导体物理课程中MIS结构方面的知识与模拟电路中的场效应管、MOS管、CMOS管等方面的知识联系起来。还有其他一些可以做类似讲解安排的知识，本文就不一一赘述了。

当然在半导体物理课程具体教学的过程中，除了把某些知识与学生已经学过的有关课程的知识进行联系外，也可以把某些知识与一些现代技术与产品联系起来，这样同样可以起到激发学生学习兴趣的目的。比如说可以把半导体的光生伏特效应与太阳能电池联系起来，把半导体的发光特性与发光二极管（LED）联系起来，把半导体的一些光电特性与半导体激光器、半导体光电传感器等联系起来。学生们知道了半导体物理的基础知识与这些技术与产业的热点是相关联的，自然就有很大的热情来学习这些基础知识了。

上述就是作者将自己的教学经验进行总结后，得出的激发学生学习半导体物理课程兴趣的几条途径和方法。这些途径具有一定的代表性，当然也有不够完善的地方，欢迎同行与我们进行交流。

参考文献：

[1]刘恩科，等.半导体物理学（第7版）[M].电子工业出版社，2011，（03）.

[2][美]施敏，李明逵，等.译.半导体器件物理与工艺（第3版）[M].苏州大学出版社，2014，（04）.