高校本科《半导体光电子学》教学改革

邱伟彬

【摘要】本文从教材选取，教学内容，教学方法，教学手段和教学成绩评定等方面对本科阶段《半导体光电子学》课程的教学改革进行探讨。充分培养学生的主观能动性，提高自主获取新知识的能力和团队合作精神，真正实现学以致用，满足不同层次，不同领域的就业和升学要求，取得了良好的教学效果。

【关键词】教学改革 高校 半導体光电子学

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）01-0256-01

一、从教材选取角度进行高校半导体光电子学教学改革

半导体光电子学是电子科学与技术本科专业中的一门重要的专业选修课程。它是与半导体电子器件平行开设的一个学科，是研究半导体中电子与光子的相互作用、光能与电能之间的互相转换的科学，是一门既包括科学理论，也紧扣实践应用的科学。本学科的学习需要量子力学，半导体物理学，半导体材料、工艺等基础知识，一般被安排在本科三年级或者四年级。这个时期的学生除正常的课程学习以外，也面临着择业，升学等考虑。因此，选择一本合适的教材，对高年级本科生的就业选择和研究生考试都具有非常积极的意义。我们系统比较国内外常见的各种半导体光电子学教材，同时考虑到本校所在城市有华联电子、三安光电、乾照光电等著名光电子芯片、封装公司每年对毕业生均有需要的实际情况，选择了电子工业出版社出版的，黄德修编著的《半导体光电子学》第二版作为主要教材。该书是著者在1989年第一版基础上经过修改和内容更新与拓展而成，将半导体中电子与光子相互作用、光能与电能的互相转换贯穿始终，关注各种光电子器件在材料、结构上的兼容性和实现集成功能的可能性。该书对基本理论和器件工作原理的描述深入浅出，适合不同背景的读者人群，被多个高校和科研院所指定为硕士、博士入学考试的主要参考书。

二、从教学内容角度进行高校半导体光电子学教学改革

根据半导体光电子学本科教学计划的要求以及本教材的内容安排，本课程的主要教学内容由两部分组成，第一部分是半导体光电子基础理论，包括半导体中电子和光子的相互作用，异质结理论，平板光波导理论和低维半导体材料理论。第二部分是半导体光电子器件内容，包括异质结半导体激光器，半导体激光器的性能，半导体光放大器，可见光半导体光发射器件，半导体光探测器和半导体光电子集成。为了满足不同层次和不同就业升学学生的需求，我们还增加了，半导体光发射二极管（LED）的封装技术和新型二维半导体材料如石墨烯、二硫化钼、黑磷等及相关光电子器件的内容，以拓宽学生的知识面，培养学生不同层面，不同方向的兴趣，为学生将来就业，升学做好充分的准备。

三、从教学方法角度进行高校半导体光电子学教学改革

本科半导体光电子学存在着课程内容多课时少的明显矛盾，一般每周只有2个课时。所以教学效果强烈地依赖有效的教学方法。由于本课程面对的是本科高年级学生，这个阶段的学生思想更加活跃，为了达到理想的教学效果，我们尝试了多种教学方法，最后找到了一个比较行之有效的方法。在教学过程中，我们一改以往全部由教师讲授的传统方法，将全部教学内容分成两个部分。第一部分，也就是半导体光电子学部分，这个部分内容由教师按照传统的方法首先讲授，课后布置作业，学生听讲，做笔记，课后完成作业，这个部分占这个学期的三分之一时间。第二部分，也就是半导体光电子器件内容，将全班学生分成半导体激光器、激光器性能、半导体光放大器、可见光半导体光发射器件、半导体光探测器、发光二极管的封装等6个小组，每个小组由3到4个学生组成，在同一小组里面由每个学生按照各组的器件由分别承担器件原理，制作方法，市场前景等内容。要求学生们按照各自的分工，自主查找资料，自主学习，撰写总结报告。这个阶段的学生是本科高年级学生，已经有了充分的量子力学和半导体物理学的知识储备，加上教师利用传统方法讲授半导体光电子学的基础理论，为了充分调动和发挥本科高年级学生的主观能动性，培养他们自主获取知识，解决实际问题能力和团队合作精神。教师在开学之初将任务安排给各个同学以便学生有足够多的时间搜集，理解，整理所负责内容。从学期的第七周开始，由各个小组的学生按照自己所负责的内容，在课堂上给全班师生做演讲，从而培养学生的分析、总结能力和口头表达能力。最后由教师就各个同学所做的报告的优缺点进行点评，而其他学生既是听众，也是评委，他们也可以根据同学演讲的情况打分。

四、从教学手段角度进行高校半导体光电子学教学改革

随着科学科技的发展，教学手段逐渐多样化，除了传统的黑板和粉笔以为，近一二十年来出现并逐步普及的多媒体技术，例如电子白板、音频、视频、电子幻灯片、互联网等都成为现代教学的重要手段，这为半导体光电子学教学手段改革提供了可能，本课程根据不同的教学内容，采用不同的教学手段。例如教师利用多媒体动画演示半导体中导带电子和价带空穴互相复合发射光子和声子，以及半导体中的受激发射和受激吸收的过程，让学生能够有一个直观的感性认识。教师利用传统的板书教学方法讲授平板光波导理论中本征方程的推导，这样有利于引导学生跟随教师的思路，掌握理解本征方程的推导过程，提升课堂教学效率。教师利用互联网，可以将教学内容PPT和相关习题实现共享，使学生可以在课后进行针对性的回顾和练习；教师还可以将课堂教学过程录制成视频或者音频，同时实现共享，为学生在复习过程中出现的问题提供解决的途径，尽可能的满足本科学生在学习和应用过程中对半导体光电子学知识的需要，随着信息技术的深化，教学手段仍会继续创新。

五、从教学成绩评定方式角度进行高校半导体光电子学教学改革

传统本科半导体光电子学成绩评定方式以期末闭卷考试为主。 导致大部分学生平时学习过程不重要，到临近考试之前等着教师划重点、定范围。这样，大部分学生都没有真正掌握到半导体光电子学的知识，而最终考卷成绩不能客观反映出学生的学习情况。为了改变这种情况，必须改革传统的评价机制和评价标准。我们采用学期论文的形式，要求学生按照各自分到的任务，从教材、图书馆、互联网中自主获取相关的知识，经过总结加工，用自己的语言以学期论文的形式写出。这样，教师就可以比较清楚地评价各个学生对知识的掌握情况。最终一个学生的成绩由学期论文成绩，教师和同学对他在班上演讲汇报的评分、平时作业和出勤情况综合而成。这样基本上能够客观反映出学生对半导体光电子学这门学科的学期情况。

六、结论

通过上述分析可以发现，传统的本科半导体光电子学教学形式已经不能够当前现阶段教学实际要求，对其进行教学改革是学科发展的必然要求。以学生为主题，分别对待不同就业、升学目标而采用相应的教学方法是改革的最终目的。从教材选取、教学内容、方法、手段、成绩评定方式等角度进行针对性的完善和改革，充分培养学生的主观能动性，提高自主获取新知识的能力和团队合作精神，真正实现学以致用，满足不同层次，不同领域的就业和升学要求。