半导体物理与器件课程的课堂教学模式改革探索

郑雁公 简家文

摘  要：半导体物理与器件是学习集成电路芯片技术的基础和核心课程，由于该门课程具有内容多，公式理论复杂的特点，因此课堂教学具有难度。文章提出在课堂教学中引入思政内容，梳理教学知识点、辅以多种教学方法和多样化考核方式，对课堂教学模式进行改革。通过在课堂教学中实践，反馈结果表明所采取的教学方法极大地提高了学生学习热情和教学质量。同时在结论中总结了在实践过程中需要注意的问题，以期对该门课程持续改进。

关键词：课堂教学;教学改革;多样化考核;教学方法

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）22-0103-06

Abstract： Semiconductor Physics and Devices is the basic and core course for learning integrated circuit chip technology. Due to its features of too much teaching content， and complex formula theory， the classroom teaching is difficult. This paper focus on the reform of the classroom teaching from the introduction of ideological and political education： the sorting and enrichment of the teaching content， the introduction of various teaching methods and the diversification of assessment methods. Through practice in teaching activities， the results show that the reform of classroom teaching stimulates students' learning enthusiasm and improves the teaching quality. Finally， in the conclusion， it puts forward the matters needing attention in practice in order to improve the course continuously.

Keywords： classroom teaching; teaching reform; diversification assessment; teaching method

集成电路产业是现代化信息产业的核心和基础，也是我国现在所面临的“卡脖子”技术难题之一。近几年来，国家和教育部出台多项政策鼓励和加大对集成电路人才的培养[1]。集成电路是以半导体理论为基础而发展起来的，因此半导体物理与器件课程是普通高等学校电子科学与技术相关专业本科生、硕士研究生的专业核心课程，同时也是大部分理工科专业的主要选修课程。虽然不同学校的半导体物理与器件课程的教学内容略有不同，但主要分为两部分，第一部分为半导体相关基础理论，包括固体物理、量子力学、能带理论、半导体物理、载流子输运等;第二部分为半导体器件原理及特性，包括PN结、金半异质结、双极型晶体管原理、场效应型晶体管原理等。半导体物理与器件该门课程涵盖内容跨度大，概念公式众多，具有一定深度和难度，同时又与当下的集成电路技术联系紧密。该门课程具有较强的理论性、实践性和科研性，在教学实践过程中具有不小的难度。

一、课堂教学问题与相关教改研究

（一）课堂教学存在的问题

半导体物理与器件课程的课堂教学存在如下几方面问题：

首先，基础课程的不连续性。由于半导体物理与器件课程具有学科交叉特性，涵盖知识体系复杂，然而大多数学校没有相关先修课程的安排。因此，教师在讲授半导体理论前，需要花费很多时间来补充晶体结构、量子理论等内容，造成该门课程讲授困难，对很多学生难度较大，造成学生理论基础薄弱，更谈不上基础理论的灵活运用。

其次，所采用的教学模式和方法过于僵化传统。主要还是以教师为中心的教学模式进行知识灌输，学生被动接受知识，他们的主观能动性未得到激发。半导体物理与器件课程中“半导体基础理论”部分内容以公式、概念以及它们之间的逻辑关系为主，而“半导体器件原理”部分以器件工作特性和应用为主，这两部分内容各有特点又互相联系。因此，需要根据知识内容灵活地安排课堂教学方法，单一的教学模式会使学生把握不到重点，无法建立系統的理论和知识体系，学习效果和学习热情也因此大打折扣。

最后，考核内容和习题编制脱离实际问题。半导体是一门日新月异的学科，但传统的考核内容只局限于经典的半导体物理与器件基础知识，缺少近年来在实验和理论方面的新成果，并且所给出的例题和习题也缺少实用性，没有和实际工程问题联系起来，过于注重理论的数学推导和概念的死记硬背，繁琐的数学过程容易使学生失去兴趣，甚至出现背题的现象。

以上这些方面都是造成目前半导体物理与器件课堂教学效果不理想的原因[2]。针对以上问题，作者认为在课堂教学过程中引入思政内容激发学生的兴趣，梳理知识结构使学生更易于理解和掌握，采用不同的教学方式调动学生的积极性，逐步引导学生自主学习是教好此门课程的关键[3]。因此，半导体物理与器件课程的课堂教学模式是急需研究与探索的一个问题。

（二）国内相关教改研究及问题