微电子基础实验课实践教学改革研究

谢宁波　高健超

【摘 要】《微电子器件基础实验》是微电子专业重要的专业基础实践课程，在本专业的课程体系中具有重要的地位。本文从新形势下微电子专业人才培养要求和当前该课程实践教学中存在的问题出发，系统化探讨了该课程实践教学改革的改革思路，并在此基础上提出一套合理有效的改革方案。通过实验项目优化改进、自主式实验教学模式推进以及引入虚拟仿真新技术应用于实践教学三方面对传统的实验教学模式进行改革，不仅提高了学生主动学习的积极性，同时也培养和提升其工程素质。

【关键词】微电子基础实验；实验教学；教学改革；自主式实验

中图分类号： TN0-4；G712.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）09-0053-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.024

0 引言

《微电子器件基础实验》是微电子专业重要的专业基础实践课程，其目的是通过实践过程，使学生掌握基本实验测试方法，加深对半导体特性原理的理解，理论联系实际掌握常用半导体器件的特性及测试方法，为后续深入的专业知识及技能学习打下良好的基础。本课程强调理论和实践的统一，通过本课程的实践教学，学生实际使用和操作常用的半导体器件测试仪器，通过实验结果分析加深对半导体特性原理的理解，从而掌握基本实验测试方法，加强基本应用知识的应用能力。

1 微电子基础实验实践教学现状

目前实验室所开设的《微电子器件基础实验》教学采用自编实验指导书，以验证性实验结合设计性实验的方式开展实践教学工作。但是由于新形势下微电子专业人才培养要求以及电子信息专业的特点，当前的实践教学模式存在以下缺点和不足[1]：

（1）传统教学理念“重理论轻实践”。当前高校的教学思想仍深受以前精英教育的影响，在形式上还存在“重理论轻实践”的倾向，没有将理论知识与实践知识进行有效的整合。因此，需要大力推进教学方式改革，切实加强实践教学的重要性。

（2）学生的主体地位没有得到真正体现。教学依然延续传统“填鸭式”教学模式，教学过程不仅生硬、呆板，而且限制了学生的思维和创造力。在实践教学过程中，教师专注于演示和学生重复操作，不能充分调动学生的积极性和创造力，导致学生实践经历不够充分，实践教学效果不佳。

（3）教学内容过于陈旧，与科技发展脱节。电子信息专业的技术更新日新月异，当前行业发展对电子信息类专业毕业生的专业知识及技能需求已与过去截然不同。然而当前实践教学在某些内容设置上已落后于技术的发展，教学内容陈旧过时，实验仪器及测试方法已不再适用于当前通用的技术，脱节于前沿科技的发展。

（4）新形势下需求加强设计性实验、开放实验室的实验教学改革。随着教学改革的深入，如何开展好设计性实验项目以及开放实验室工作是各大高校实践教学改革均面临的问题，主要集中在可行性和实际效果两方面。

2 微电子基础实验实践教学的改革思路

针对上述研究现状中存在的问题，在新的教育观念和技术条件下，我们必须打破传统教学模式，在内容和形式上进行变革，特别是实践教学模式改革应该确立“以学生为本”的思想，教学组织围绕学生的需要进行设置，使学生真正成为实践教学的活动者和受益者。

本实践教学改革的核心思路主要包括如下几点：①在现有条件下对课程实验项目进行优化和改进；②实验教学方法改进，推行“渐进式、自主式、探索式”实验教学模式；③针对新形势下微电子专业人才培养要求，引入虚拟仿真技术应用于特定实验实践教学中来。通过上述实践教学体系改革，一方面优化和完善了实验教学方法，同时也注重了学生工程能力的提高和拓展。

3 微电子基础实验实践教学的改革方案

3.1 现有条件下对课程实验项目进行优化和改进

针对新形势下微电子专业人才培养要求，为达到提高工程素质、拓展工程应用能力的目的，仅靠单一的介绍实验仪器、实验规范等传统实验教学方式是远远不够，因此，本实践教学改革的首要任务是在现有条件下对课程实验项目进行优化和改进。

（1）改进、更新《微电子器件基础实验》的实验项目内容。实验教学使用的自编教材编已沿用多年，其中部分项目的内容设置上已落后于技术的发展，教学内容陈旧过时、实验仪器及测试方法已不再适用于当前通用的技术。因此，教学改革在原有的基础上对现有的实验教程进行了改进完善、内容扩充。对较简单的验证性实验进行内容扩充，让学生充分掌握实验项目所包涵的原理与特性；逐步淘汰陈旧的实验开发板，新购置自动化程度高、精度高的验证平台，以达到培养适应当前技术发展需求的优秀电子信息专业毕业生的目的。

（2）为实现新形势下微电子专业人才培养要求的培养目标，本教学改革针对专业人才培养方案，进一步优化实验项目内容设计，以贴近业界实际需求，帮助学生提高专业知识技能及工程实践能力。以“半导体器件特性测试”实验项目的教学为例，该实验项目的目的是通过指导学生进行实验操作和测量，以加深对常用半导体器件工作特性的理解以及基本测试方法的掌握。传统的实验教学着重于要求学生完成伏安特性的测量，而忽略了对半导体器件工作特性的理解和工程应用。因此，在该实验项目内容的优化和改进中，增加了光敏二极管的伏安特性测试内容，以注重培养学生在实际工程设计与应用方面的能力。

3.2 实验教学方法改进，推行“渐进式、自主式、探索式”实验教学模式

新形势下需求加强设计性实验、开放实验室的实验教学改革。随着教学改革的深入，实验教学改革要求构建以学生为主体的自主构建知识、增长技能、发展能力的指导思想和教学思路，也就是说传统以演示和验证为主的实践教学活动，需要逐步转变为学生自己设计实验方案、自己控制实验过程、自主分析实验结果和系统撰写实验报告。

通过对本专业人才培养方案和电子信息类应用型本科的课程体系的深入研究，秉承以学生为主体的教学改革思想，对既定的培养目标方向作深入探讨，结合本专业的特点，本教学改革推行“渐进式、自主式、探索式”實验教学模式。具体来说，在现有基础上继续改进实验内容，由易到难，包含从验证性到综合设计性多个实验层次，让学生循序渐进经历认知、实践、探索的全过程；学生在完成基本实验基础上，可选择难易不同的实验内容，还可自行设计方案，通过实验探索更多问题。独立设计和实践的教学环节逐渐增多，通过这些引导，吸引更多的学生进入开放实验室，对多方位的内容进行探索和实验，激发学生的学习热情，有效地提高学生的创新能力、工程设计能力。

3.3 引入虚拟仿真技术应用于特定实验项目实践教学

随着计算机技术的发展及计算机硬件性能的提高，虚拟仿真技术已从理论及设想发展成为当前科技前沿的现实技术，并且是近几年来技术前沿的研究热点。虚拟仿真技术亦可应用于电子信息类的实验实践教学，并在多个重点高校取得一定的成果及探索经验[2，3]。在以往的实物实验教学中，实验的地点和时间是被限定的，通常只是让学生完成数据读取、分析与处理等“规定操作”，因而大大制约了对学生的工程创新能力的培养。而虚拟仿真技术因其交互性和逼真性，结合互联网技术可以将实验实践置于线上，不再受制于地点和时间的制约，能很好地解决上述难题。

以“集成运放应用特性测试实验”实验为例，探讨引入虚拟仿真技术应用于本课程的实践教学改革。该实验项目要求学生通过对实验任务的理解，结合先修课程的知识，设计合理的测试电路和测试方式，实现对运算放大器规定特性参数的測试以及其基本应用方法的实践。当前普遍存在的问题是由于该项目是综合设计性实验项目，测试电路的搭建由学生参考实验教程自主完成，而大部分学生分析和应用实际电路的能力较薄弱，往往搭错测试电路导致测试结果与预期结果存在较大差异，使得实验效果存在偏差和不理想。而如果先让学生在电子自动化设计平台基于虚拟仿真技术设计对应测试电路，对实验内容进行预演练和先行验证，可以有效地帮助学生完成既定实验内容的操作、学习及验证，同时也能够给有自主学习能力的学生提供自主设计新实验内容及自主探索的平台，培养其自主学习能力、工程创新精神与实践能力，取得事半功倍的效果。

4 微电子基础实验实践教学的改革成效

按照上述改革思路和方案，已在17-18学年秋季学期的实验教学中进行部分项目的改革尝试，初步取得一定成效。下表为以学生的实验成绩评级作为评价指标，分别列出了进行教学改革前后的教学成效对比。

其中16-17学年是以传统教学模式进行实践教学的，17-18学年开始实施教学改革。从表中数据可以看出，通过“以学生为主体”为指导思想的实践教学体系改革，原本基础较薄弱的同学能够在新模式下得到更多的自主构建知识的机会，在“渐进式、自主式、探索式”的实验教学模式中激发了更多的学习热情，自主能动性和动手能力得到提高，实验成绩也随之有一定的提升。教学改革一方面优化和完善了实验教学方法，同时也培养了学生的工程设计能力及工程应用能力。

5 结论

《微电子器件基础实验》实践教学是微电子学专业实践教学过程的一个重要部分。本文确立了“以学生为主体”为指导思想的实践教学改革方案，并从实验项目优化改进、自主式实验教学模式推进以及引入虚拟仿真新技术应用于实践教学三方面提出了具体措施，对提高该课程的教学效果，培养学生的工程素质具有重要意义。

【参考文献】

[1]陈卉，文毅，张华斌，等.“微电子器件”实验教学改革与探索[J].高教学刊，2016（1）：118-118.

[2]张红宾，赵二刚，张颖.虚拟仿真在电子类实验教学中的应用探讨[J].实验室科学，2015，18（3）：44-47.

[3]李卫，方玉明，郭宇锋，等.集成电路系列课程虚拟仿真实验教学研究[J].实验科学与技术，2017，15（2）：74-76.