“微电子器件”教学中的痛点问题及解决

任敏 刘继芝 钟智勇

[摘 要] 针对微电子行业对高素质复合型新工科人才的需求，课程以培养具有时代担当精神、扎实专业基础和创新能力的未来行业领军人才为目标，秉承“以学生为中心”的教育理念，坚持价值塑造、知识传授和能力培养三位一体的教学方式。以课程思政为统帅，实现专业知识与思想政治的有机融合。以课堂研讨和实践教学为两个抓手，开展产—学—研融合的课程内容和教学方法改革。以学科竞赛、大创项目等为牵引，鼓励学生参与创新活动。以现代信息技术为辅助手段，通过线上线下混合式教学，增强课程的生动性，扩大课程的影响力。改革解决了工科教学中课程思政融入性差，课堂与产业和学科前沿脱节，学生实践能力弱、创新能力不足，以及课程辐射面小的四大痛点问题，并成效显著。

[关键词] 微电子器件;痛点;教学改革

[基金项目] 2019年度教育部产学合作协同育人项目“新工科背景下基于产教融合的‘微电子器件’课程改革与建设”（201902082005）

[作者简介] 任 敏（1980—），女，四川乐山人，博士，电子科技大学电子科学与工程学院副教授，主要从事功率半导体器件及其可靠性研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）05-0051-03 [收稿日期] 2021-11-22

引言

“微电子器件”是电子科技大学电子科学与技术（微电子方向）专业本科生的专业核心课程，主要内容包括半导体基本方程、二极管、双极型晶体管与绝缘栅场效应晶体管。课程特点是专业性强，知识点丰富，以及和实践结合非常紧密。学生通过“半导体物理”等前序课程的学习，虽然已具备了一定的专业基础和动手能力，但知识深度和广度不够，对产业发展最新动态了解有限，对如何解决实际工程问题缺乏认识和必要的训练，因此在“微电子器件”课程学习中经常感到吃力[1]。

随着微电子技术日新月异的发展，未来行业需要的是具有开拓创新精神、能够解决工程应用问题、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才[2，3]。但仅以知识传授为核心的传统课堂讲授模式，会造成学生实践能力差、创新意识和能力不足等问题。

传统的教学方法和教学手段显然已不能满足学生的成长要求和行业的人才需求。课程组经过深刻的探讨，梳理出“微电子器件”课程教学中存在的痛点问题，并秉承“以学生为中心”的教育理念，在教学内容、教学方法和教学评价等方面针对痛点问题开展了创新性改革。

一、痛点分析及改革措施

（一）痛点一：传统工科教学中课程思政融入性差

课程的原教学大纲中仅设置了知识传授目标，教师的授课重心几乎都放在专业知识的讲授上，对学生的思想引导和人文关怀不足，不利于学生人生观、价值观的形成和全方位发展。然而，要将课程思政自然地融入“微电子器件”这样专业性非常强的理工科课程，并达到“润物细无声”的效果，存在较大难度。

针对上述痛点问题，课程组首先结合我国微电子产业发展的时代大背景和课程特点，将教学目标调整为：坚持价值塑造、知识传授和能力培养三位一体，培养具有服务国家战略需求的责任感和时代担当精神、扎实专业基础和创新能力的微电子行业未来领军人才，并从提升教师素养、优化教学内容和教学方法三方面着手，开展了課程思政建设。

1.课程组教师在“育人必先自育”的理念指导下，将集体教研制度化、常态化，定期开展集中备课和学习交流，共同讨论思想政治教育方案。课程组还邀请了本校马克思主义学院教师作为课程顾问，对课程思政内容把关。教师在日常生活中也坚持学习，努力提升专业、政治和人文素养。

2.为了实现课程思政的有机融入，课程组探索了一套行之有效的教学设计流程：首先，集体研讨进行精准定位，找专业和思想政治内容的契合点、学生的兴趣点，以及国家重大需求点;其次，针对思政点落实具体方案，以“润物无声”的方式提升学生的哲学素养、科学精神，以“高调宣示”的方式弘扬社会主义核心价值观;最后，收集教学反馈，对思想政治内容和方案进行修正和优化。利用上述方法，课程组建立了丰富的思想政治案例库，涵盖了国家战略、行业发展、时事热点、哲学人文、职业引导等，有针对性地培养了学生的政治认同、家国情怀、科学精神、创新能力、人文素养等。

3.将思想政治元素贯穿教学活动的每个环节。利用思想政治案例教学、学生分组报告等增加生动性;课外借助中英文MOOC平台等开展线上思想政治教育。将思想政治环节纳入考核，思想政治参与度、思想政治小论文质量与成绩挂钩，充分调动学生的积极性。利用问卷调查等建立反馈机制，及时对思想政治内容和方式进行改进，使学生反客为主，成为思想政治设计者。

（二）痛点二：学生实践能力和创新意识不足

传统工科教学以课堂教授为主，缺乏实践环节。造成学生理论和实际脱节，动手能力差，创新能力不强，不符合“新工科”人才培养目标。

针对上述痛点问题，课程组探索和完善课程实验环节，并以大学生创新创业项目、电子设计大赛等为牵引，强化学生创新能力的培养。

1.在学校实验教改项目的资助下，建设了30个学时的课程配套实验。其中包含4个测试实验和3个仿真实验，涵盖了课程所学的所有器件的主要电学特性。

2.课程组从2018年开始开展小班教学的探索。在讲授基础理论之后，有针对性地给出研讨题目，由学生分组完成课下讨论、课堂报告和研讨，既提升了学生的主动性和创造力，也锻炼了学生的表达能力。

3.鼓励学生利用课程所学知识，参加大学生创新创业项目、学科竞赛等，或提前进入实验室参与科研。课程组教师也会根据课程内容，发布相应的大创题目，供学生选择。

（三）痛点三：课程内容与产业和学科前沿脱节

本课程现用教材为陈星弼等编著的《微电子器件（第4版）》，为普通高等教育“十二五”国家级规划教材。该教材已经过4次改版，不断对内容进行丰富和优化。但是，微电子是一个高速发展的应用学科，技术更迭非常快，仅依靠教材改版是远跟不上行业技术进步的，而与产业和学科发展前沿的脱节，必然造成学生知识结构的欠缺。针对上述痛点问题，本课程组采取如下措施。

1.引入实践板块，培养学生的产业前瞻性眼光。在教育部产学合作协同育人项目“‘新工科’的背景下，基于产教融合的‘微电子器件’课程改革与建设”等资助下，课程组与芯源系统有限公司等业界知名企业合作，建设业界实践板块，邀请工程师进课堂研讨交流，为学生讲授业界前沿动态;带领学生进企业参观学习，了解器件及集成电路的设计流程，了解理论计算和实际设计的差异。有效避免了高校教育与产业界的脱节，开阔了学生的眼界。

2.授课教师的科研方向与课程内容高度相关，具有丰富的产业化经验，与多个业内知名企业均开展了广泛的合作，能够很好地实现产教研的有机融合。授课教师收集实际工程项目中积累的真实案例，在教学中通过案例教学法，帮助学生更好地理解枯燥的理论知识，了解产业界的前沿。

3.授课教师每年通过ISPSD、ICSICT等国际会议与国内外同行交流，将学科前沿引入教学内容。授课教师前往国外高校开展访问学者工作，将国外的研讨式教学等先进教学经验引进本课程教学。

（四）痛点四：课程辐射面小，影响力不足

传统线下教学模式只能覆盖选课的学生，课程辐射面小，影响力不足。

针对上述痛点问题，本课程组利用先进的信息化手段，积极开展线上课程建设，从线下教学转变为线上线下混合式教学模式，扩大了课程的辐射范围和影响力。课程组在2018年开设了“微电子器件”中文版MOOC课程，在2020年开设了“微电子器件”英文版MOOC课程，建设了支撑教学过程与自主学习的立体化教学资源，包括课堂视频、线上练习测试、实时动画等，教学效果良好，已在校内外师生甚至是业界从业人员中产生了较大影响。

二、建设成效

通过对痛点问题的解决，本课程在教学内容和教学方法上进行了卓有成效的改革，课程教学质量和学生培养质量得到了提升。

1.课程思政取得了显著成效。本课程在2020年被认定为省级“课程思政”示范课，在2021年被认定为教育部“课程思政”示范课。课程连续多年评教均为最优等级，学生评价显示课程对其人生观、价值观有积极影响，使其在获取专业知识的同时，达到社会主义核心价值观的重塑、个人修养和科学思维的提升，实现了全面发展。

2.学生的创新思维和科学精神得到了良好培养。应用课程中所获得的知识和能力，很多学生在本科阶段就参与科研活动和学科竞赛，在全国大学生集成电路创新创业大赛等比赛中获得佳绩。

3.混合式教学模式极大地提升了课程影响力。“微电子器件”MOOC课程开设以来受众累计超两万人，影响辐射到了校外学生甚至是微电子从业人员，在2020年被评为国家级线上一流本科课程。

结语

“微电子器件”课程组在深入分析课程教学痛点问题的基础上，有针对性地给出了解决方案，从教学内容、教学方法和教学评价等方面开展了创新性改革，有效提高了专业课的教学质量，达到了立德树人的教学目标，为高等院校理工科教学改革提供了很好的参考。

参考文献

[1]任敏，张波，张庆中，等.“微电子器件”课程的教学方法[J].电气电子教学学报，2014，36（1）：54-56.

[2]呂辉，王国裕，徐鹏，等.微电子学科专业的重新界定和培养方向的再思考[J].集成电路应用，2021，38（4）：30-32.

[3]张志强，黄晓东，宫照军.产业需求导向的微电子人才培养模式研究[J].电气电子教学学报，2020，42（5）：6-10.

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