工程教育认证模式下半导体物理教学探讨

王振+冯世娟

摘 要 半导体物理是大多数工科专业的重点基础课程，该课程的教学效果直接关系到相应专业工程教育认证结果。其所涉及先修课程多、理论性和系统性强、老师难教，学生难学，不易掌握，学科领域发展迅速等问题，针对上述问题，结合学校相关专业建设需要，优化教学内容，丰富教学手段和考核方法，促使学生能更深刻的理解半导体物理，培养学生更好的理论联系实际的能力，能更有效地培养半导体人才。

关键词 工程教育认证 半导体物理 教学改革 教学质量

中图分类号：G642.42 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2017）17-0004-02

工程教育是我国高等教育的重要组成部分，工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。工程教育专业认证的核心是工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求，是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。工程教育专业认证要求专业课程体系设置、师资队伍配备、办学条件配置等都围绕学生毕业能力达成这一核心任务展开，并强调建立专业持续改进机制和文化以保证专业教育质量和专业教育活力，旨在为相关工程技术人才进入工业界从业提供预备教育质量保证。同时，半导体产业由于关系到国民经济整体效益和国家安全，关系国家前途的重要战略产业，早已经成为了国民经济重要的组成部分，世界各国均竞相大力发展本国的半导体产业，以期在国际舞台的较量中争得主动权和话语权。现代半导体科学的迅猛发展、知识的不断翻新、竞争不断深入、对人才素质要求不断提高都给我国半导体产业的发展提出了严峻挑战，也给半导体物理基础教育提出了新的、更高的要求。

半导体物理是面向大多数工科专业开设的一门专业基础必修课程，使学生熟悉、了解、掌握半导体材料的光、电、磁、热物理效应等基础理论和知识，掌握半导体器件的结构、工作原理、测试等实验技能及初步工艺制造方法，是专业课程与基础课程之间承上启下的纽带，也是许多其他后续专业课程的基础，其教学效果直接影响了后续专业理论及实践的教学。通过对半导体物理课程的学习，让学生系统掌握并深刻理解半导体物理涉及的概念、理论和方法，注重培养学生应用半导体物理理论来分析和研究半导体材料、微电子器件和集成电路设计的一般规律，以获得解决实际工程问题的能力，为后续专业课程的学习奠定基础，为将来开展科学研究和产品研制打下必要的理论基础。但是，由于半导体物理的理论性和系统性很强，理论极为深奥，涉及知识点多，理论推导繁琐，对于学生的数学物理的基础要求较高，学生在学习的过程中存在一定的难度。因此，对授课教师提出了更高的要求，不仅要对半导体物理有充分的理解，还要熟悉半导体工艺和半导体集成电路设计。因此，结合学校相关专业建设需要，优化和整合教学内容，丰富教学手段，结合科技发展热点问题，探索教学改革措施，激发学生的学习兴趣，提高半导体物理课程的教学质量。

一、优化整合教学内容

重庆邮电大学作为一所电子类的工科大学，为了专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求，工程教育专业认证是我校教育目标之一，旨在为相关工程技术人才进入工业界从业提供预备教育质量保证。要实现这一目标，其中教材的选择是最为重要的环节之一。本课程一直采用刘恩科主编的《半导体物理学》（电子工业出版社）作为教材，并实时采用最新版，该教材是电子科学与技术类专业精品教材。

工程教育注重学生的自主学习过程，给予学生更多的自主学习时间，因此在课堂学时缩减的情况，教学过程中除了保持课程知识结构与整体系统性，还应对教学内容进行合理取舍，压缩与其他课程重叠的内容，删除教材中相对陈旧的、不再适用的知识和观点显得尤为重要。半导体物理行业和学科领域发展极为迅速，新的理论、技术、成果和研究前沿不断涌现，相关研究领域不断向其他学科扩展，学科之间的交叉渗透性越来越深入，知识翻新也很快。半导体物理课程与半导体器件的关系非常密切，前者为后者提供理论基础，后者为前者提供技术条件，这种辩证统一的关系推动着半导体科技不断向前，在半导体物理课程的内容安排上也要注意将所学内容与迅猛发展的现代科技联系起来。因此，密切跟踪科技前沿与研究热点，加入最近发展成熟的新理论、新知识，突出研究热点问题，力求做到基础性和前瞻性的紧密结合，使学生在掌握基础知识的同时能对半导体的发展历程和发展趋势有一个清晰的认识，能够理论联系实际，从中掌握事物的本质，促进思维的发展，形成技能。

二、丰富教学手段，强调基本概念与物理模型，提高教学质量

半导体物理的特点是概念多、理论多、物理模型抽象，不易理解，仅凭教材中的定义理解这些概念和模型，学生很难完全掌握。为了让学生能较好地掌握相关知识 ， 需要教师智慧地利用多种教学手段和方法，授课时应重在与应用相结合，以必需、够用为度，结合实用性和先进性，力求内容精简、重点突出、概念明确、说理清晰。例如，在正式开始《半导体物理学》相关内容课程教学前，应将前置课程中重要的基本知识贯穿于教学过程中，以免造成学生认识上的巨大跳跃感；在讲解半导体能带结构前，增加适量学时讲授近代理论物理知识，使学生了解原子中电子能级和电子壳层分布，掌握泡利不相容原理、玻耳兹曼分布律和玻尔频率条件等微观粒子运动的基本规律。这些都是学习《半导体物理学》必备的知识，只有在透彻理解这些基本概念的前提下，才能对现有课程知识有更深入的了解和掌握。否则将造成学生理解上的障碍，最终导致学生失去继续学习的兴趣。因此在授课内容的选择、排列上要遵循循序渐进的原则。

在教学过程中应将书本上的理论推导和结论与相关实驗相结合，使学生对抽象的课堂相关知识能顺利地转化为直观认识，增强教学效果。实践是检验真理的标准，理论联系实际才是最好的教学方法，在理论教学的同时，适当安排学生进行相关实验操作，观察实验现象，既加深了对理论的认识，锻炼了动手能力，又能通过做实验使学生切身体会到一个物理结论是怎样体现了理论和实践的完美统一，从中领悟出科学研究的普遍方法和过程。endprint

教学方法的好坏决定教学的成败，教学手段丰富与否是衡量教学水平的关键。处于“互联网+”时代下，幕课、微课等网络资源十分丰富和发达，教师应充分利用多媒体、幻灯片、教学模型、录像、 黑板板书等多种现代化的教学手段和网络资源相结合，将微观过程模拟出来，以多媒体录像及图片的形式展示给学生，使教学信息变抽象为具体、化枯燥为生动，将学生的抽象逻辑思维建立在形象思维上，增强教学的直观性、主动性，增加课堂教学的信息量，帮助学生深刻领会物理概念和规律，提高分析问题和解决问题的能力。

课前预习和课后练习也是提高课堂教学的两个重要的环节。应适当给学生布置相关的课后作业，引导学生进行独立思考，独立完成相关的课后作业。在下一堂课开始安排一定的时间进行个别回答或集体讨论，及时解决学生的疑惑，从而形成可持续发展的模式。

三、考核方式的改革

课程考核工作是教学过程的一个重要环节， 是检验教学效果和保证教学质量的重要手段，是教学质量管理与评价的重要内容，应坚持公平、公正、求是、严谨的原则。工程教育认证要求课程考核更加全面，并且更加注重阶段考核和考核方法的多样性。为了课程考核工作进一步科学化和规范化，客观科学地评价教学效果，促进教学质量不断提高，符合工程教育认证考核要求，针对半导体物理课程特点，对考核方式进行相应的改革，课程考核由过程考核和期末考核两部分组成。

1.过程考核包括出勤、课堂表现、课内测试、研究性学习报告、实验报告、课程论文、课外作业以及期中考试等，考核测评次数与课时数正相关，过程考核成绩包含平时成绩和阶段成绩，占据总成绩的60%，更加注重本门课程的学习过程，能实时考核和反映学生学习状态和对知识点的掌握情况。

2. 期末考核主要以闭卷考试方式进行，期末成绩所占比例大约为40%。命题应以教学大纲和考试大纲为依据，重点考查学生对该课程的基础知识、基本理论和基本技能的掌握，考查学生综合分析、综合理解和解決问题的能力，注重考题对启发学生创新思维和培养学生创新能力的引导。同时，命题要注意试题的可靠性，要具备一定难度和区分度，在保证客观性、代表性的基础上要具备一定程度的灵活性。

四、结束语

总之，半导体物理是大多工科专业的专业基础课程，在教学过程中采用现代化教学手段和科学的考核手段，合理安排教学内容，不断进行教学改革，提高半导体物理课程的课堂教学效果，为学生后续专业课程的学习奠定了扎实的基础，为相关专业毕业人才进入工业界从业提供预备教育质量保证。

参考文献：

[1]王振，王培，王巍.微电子类相关专业半导体物理教学探讨[J].素质教育论坛，2015，（19）：7-8.

[2]刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学[M].北京：电子工业出版社，2011.

[3]刘德伟，李涛.半导体物理课程教学改革探讨[J].中国电力教育，2013，（34）：85-86.

基金项目：（1）重庆邮电大学校级教学改革项目（适应行业和区域发展的集成电路工程大类专业创新人才培养模式研究，编号：XJG1505）；（2）重庆邮电大学宜伦学院2015级微电子科学与工程专业实验班（2015YL-04）；（3）重庆邮电大学宜伦学院2016级微电子科学与工程专业实验班（2016YL-03）；（4）重庆市本科高校“三特行动计划”特色专业—微电子科学与工程。endprint