新工科背景下微电子器件物理课程的教学改革与实践

黄 乐

(广东工业大学材料与能源学院，广东 广州510006)

0 引言

随着新一轮科技革命的到来，人们进入一个空前的创新密集与产业变革的时代。为更好地确保“创新驱动发展”“中国制造2025”等国家重大战略落到实处，支撑新经济和新产业发展，教育部于2017年先后形成了“复旦共识[1]”“天大行动[2]”和“北京指南[3]”，构成新工科建设的“三部曲”，全力探索并形成领跑全球工程教育的中国模式。

新工科的“新”主要体现在对原有的工程教育模式进行升级，强调科学教育、人文教育、工程教育三者的有机统一，突破对原有学科的界定以及产业的划分，推动学科间的交叉融合，培养能够主动适应新技术、新产业、新经济发展的高素质复合型工程科技人才[4]。新工科建设对模拟电子技术基础课程的教学实践提出了新要求。

1 课程特点与传统教学模式存在的问题

“微电子器件物理”作为一门将基础理论与实际工程科学问题紧密联系起来的课程，是高等院校中计算机、自动化、电子信息等专业极为重要的专业基础课，也是广东工业大学材料与能源学院在微电子专业开设的核心专业基础课程之一。

“微电子器件物理”主要包括半导体物理基础知识、PN结等元器件中的物理知识和光电光伏器件应用这几部分内容，从能带结构出发，系统介绍了基础电子元器件的组成结构、原理、电学特性、应用前景，以及实用的光电、光伏器件的分析与应用[5]。课程的教学目的是通过对常用电子元器件内容载流子物理性质的分析，使学生掌握微电子器件方面的基础知识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。

“微电子器件物理”具有知识点多、实践性强、应用基础广泛等特点，其中最显著的特征就是工程性与实践性，这也导致课程教学和学习的难度加大，在常规的教学中，在教学内容、教学方式、教学评价方面存在诸多问题。

1.1 课程内容繁多，与行业和企业的实际需求存在脱节

该门课程涉及的知识点众多且较抽象，物理图像多且复杂，并且课程内容相对孤立，与其他课程联系较少，缺乏学科间的融会贯通；且知识更新滞后于行业发展，教学内容缺乏时效性，与行业和企业实际需求脱节；实验部分多为验证性试验，学生只需要按实验指导书的具体步骤操作，测试记录相关的参数，然后完成实验报告即可，这样只培养了学生按部就班完成任务的“实验”能力，无法达到培养学生独立分析问题、解决问题能力的目标。

1.2 教学方式过于传统，无法全面调动学生学习的积极性

目前，多数学校仍采用“以教材为中心、以教师为中心、以教室为中心”的“教师传授模式”为主，传统单调的PPT+板书的教学模式让课程内容的讲授和学习都较吃力，学生参与度较低，大多数学生仍停留在对知识点的死记硬背层面，很难真正激发学生学习的兴趣。

1.3 注重理论分析和计算，忽略技术应用，理论与实践脱节

该课程在强调基础理论严谨分析的同时，还注重实际的应用分析，要求学生系统掌握常用电子仪器的使用方法、电子电路的测试方法、故障的判断与排除方法和EDA软件的应用方法，强调培养学生实际解决问题的能力。但由于课程涉及的抽象概念较多，且学时限制严格，时间紧、任务重，导致很多教师在授课过程中花费过多精力在理论分析和计算上，实验所占课时较少，忽略了理论知识的运用与实践。

1.4 教学评价形式过于单一，无法准确评估学生的学习效果

目前该门课程对学生考核主要通过期末闭卷考试的形式，这种传统的考核方式缺乏过程性评价，很难准确反映学生的实际学习成果，很多学生不注重平时的课程学习，习惯于考前集中突击，最终导致考前临时抱佛脚，考后离开课堂就忘掉的局面，没有对知识真正的掌握吸收。

2 探索课程教学改革与实践

以新工科建设的教育改革理念为指导，针对“微电子器件物理”课程常规教学中存在的问题，我们从“丰富课程体系”“创新教学方法”“革新考核方式”等方面探索教学改革与实践，并取得了初步成效。

2.1 以行业和企业发展需求为导向，丰富课程体系

打破教材原有的章节顺序，对教学内容进行重新梳理，将课程体系整体优化，创建系统化、模块化的课程体系框架，将课程知识点整合为三大基本模块，不同模块采用不同的授课方式；将行业发展的最新情况和成果融入课程体系中，将企业和社会的实际需求与课程相结合，同时根据行业发展不断充实和完善课程设置与教学内容，注重学生创新能力的培养；同时把人文教育和思政教育渗透到教学的各个环节、贯穿于整个课程体系，让学生学习和掌握专业知识与技能的同时，全面提升其综合素质。

2.2 以学生为中心，创新教学方法

“微电子器件物理”是一门理论知识传授与实践运用相统一的课程，可以通过课前启发、课堂教学、项目实践、课后答疑等多样化手段来激发学生的学习积极性，培养学习兴趣。

在课前，教师可以通过设置启发式问题，引导学生提前预习与主动思考。在课堂教学中，除教师讲解授课外，可通过分组讨论与成果展示、教师总结答疑的形式，增强学生的课堂参与性，培养其主动思考、独立分析问题的能力；在实践环节，除了常规的课后实验课，可以课题形式发布实验与成果要求，要求学生通过自学有关课程完成相应的任务，培养学生自主学习的能力，也可以通过让学生参与到教师的项目或者参加科技竞赛等活动，提升学生的创新能力与解决问题的能力。在课后，可通过微信群答疑、重点知识微课学习等形式，加强与学生沟通，及时巩固学习效果。

2.3 建立理论实践一体化的综合考核体系，革新考核方式

在课程学习效果评定中，除了出勤、课堂表现、日常作业完成情况、期中与期末考试成绩、实验成绩等传统评价方式，还可以通过让学生写学习小结、课程设计等引导学生主动去阅读相关的课外书籍、关注和搜集当前行业发展的最新动态形势，不再局限于课堂所学、教师所教的内容；同时，在期末考试的内容上，减少以纯粹记忆为主的内容的比例，增加实验设计类的比重；此外，将学生参加科技竞赛或者创新创业比赛取得的成绩，按相应比例纳入课程考核成绩中，鼓励学生将理论知识运用于实践，锻炼其自主学习能力和跨界整合能力。

3 结语

随着信息技术的不断发展，科技创新的周期将越来越短，高新技术产业化的边际也越来越模糊，技术革新和成果转化越来越快，对未来新型工程科技人才培养提出了更高要求。本文以学生为中心，以行业和企业需求为导向，根据“模拟电子技术基础”课程的基本特点，从教学内容、教学方式、考核方式三方面着手，注重理论与实践的结合，培养学生的自主学习能力、独立分析与解决问题的能力和跨界整合能力，致力于培养能够主动适应新技术、新产业、新经济发展的高素质复合型人才。