新工科背景下“光电材料和器件物理”研究生课程教改初探

刘 浪，冯 艳

（江西理工大学国际创新研究院 江西 南昌 330013）

随着全球科技竞争的加剧，国家之间的竞争已经从经济、军事等领域扩展到了科技领域，科技创新是国家发展的重要引擎，而研究生教育是培养科技创新人才的关键环节。通过研究生教育，国家能够培养出具有创新思维和实践能力的人才，推动科技创新的不断突破和进步，为国家的长远发展提供强大支持。

我国研究生教育在过去几十年中发生了巨大的变化。从最初注重技术型人才培养，到后来注重技术型与综合素质相结合的培养，再到如今注重技术创新和探索以及综合素质的培养。这些变化反映了国家对科技发展的需求不断增大，对人才培养的重视与推进。我国研究生教育规模与规划经历了从小到大，从标准化到多元化，从技术性到创新性的转变，也在不断适应和推动着国家科技发展的步伐。

我国研究生教育在2012 年党的十八大召开以来，迎来了快速发展的一个阶段，这个阶段研究生教育规模发展速率不断上升[1]。在2022 年9 月22 日，国家发布了《关于加快新时代研究生教育改革发展的意见》。其指出：“研究生教育肩负着高层次人才培养和创新创造的重要使命。”[2]充分说明研究生教育是培养创新与应用型科技人才的重要途径，对于国家参与科技竞争与国家长远发展具有重要意义[3]。如何培养创新型研究生，培养什么样的研究生一直是教育事业不断探索与研究的主题。本文以研究生课程“光电材料和器件物理”出发，通过对我国研究生教学活动过程中教学方法与教学评价方面面临的困境进行分析，探索当前研究生课程教学改革之路。

1 当前教学的主要问题

研究生教育不同于本科生教育，其更趋向于在传授学生“光电材料和器件物理”课程理论知识的基础上，引导学生探索，培养学生的创新精神与吃苦耐劳的科研精神。本文对近几年课程讲授的过程进行了反思与总结，从以下几个方面进行阐述：

1.1 课堂模式

光电材料和器件物理是一个广泛而复杂的领域，由于传统课堂结构的设置，教学模式比较单一，课堂讲授多以教师讲授、学生听课为主。此模式比较单一，不足以满足学生的学习需求，时间存在局限性，易忽略课堂应以学生为主的理念，教师很难判断课程实施效果，进而呈现以灌输的方式教导学生，课堂枯燥无味，学生易失去兴趣，失去积极性，学习态度敷衍，存在“唯分数论”的现象。

1.2 课程性质及课堂内容

“光电材料和器件物理”课程确实是一门理论性很强的学科，它研究半导体材料的物理性质以及半导体器件的原理和工作机制。在这门课程中，学生需要学习电学、光学、热学等相关知识，以理解半导体材料和器件的行为和特性。课程内容会包含大量的公式推理和假设简化。这是因为光电材料和器件物理是一个复杂且抽象的领域，通过数学模型和假设简化，可以更好地描述和解释半导体材料和器件的行为。这些公式和简化假设提供了一种理论框架，帮助学生理解和分析半导体器件的性能和行为。另外，光电材料和器件物理领域的发展非常迅速，新的材料、器件和技术不断涌现。然而，课程内容可能没有及时更新，无法跟上最新的研究和发展动态。这可能导致学生学到的知识已经过时，无法满足实际需求。

1.3 研究生培养的特殊性

同一课程研究生阶段所选择的方向不同，对于课程的重视程度也会存在差异，部分同学存在“唯分数论”的观念，课程活跃度不高，学生参与积极性不强。

1.4 人工智能对于学习与教育的冲击

随着人工智能的发展与深入，人工智能课根据强化学习、深度学习等算法[4]，与人进行“沟通与交流”，并能根据数据特征给出预设答案，固化了学生思维，强化了学生对人工智能的依赖程度，导致学生缺乏创新与探索精神。

基于上述问题，各高校对于教学改革的内容非常重视，西北工业大学李伟等在高校人才培养中，指出将思政思想融入专业课程，实现“三位一体”教学课程模式[5]；北京工业大学金玉红等采用“师生双主体-灯塔模式”推进思政课程的进行[6]；王园等基于产教融合理念对教学模式及内容进行分析与探索[7]。本文针对目前的课程所存在的教学问题，对课程教改也进行了分析与探索。

2 课堂教学模式改革

光电材料和器件物理课程是材料科学与工程学科硕士研究生专业选修课程，内容涵盖半导体学、材料学和器件制备等方面的知识，并具有较高的理论深度。通过学习该课程，学生可以掌握光电器件的基本概念、理论和规律，培养分析和应用半导体物理知识解决实际问题的能力。此外，该课程还旨在让学生对半导体物理学科有整体的认知，并掌握学习该领域课程的方法。因此，该课程的建设是研究生课程建设的核心内容。本文从以下几个方面进行探索：

2.1 线上线下混合模式

针对学生的研究方向，可以推荐他们参与相关领域的课程学习，同时通过查阅除课堂教材之外的专业资料来扩充知识储备。利用线上课堂的优势，量身制订学生的专业学习计划，满足其个性化的学习需求。此外，学生还可以参与教师的科研项目，积累科研经验，培养耐心和勤奋的品质，开阔视野，有助于他们撰写自己的硕士论文。

2.2 任务导向型教学模式

任务导向型教学模式是以解决问题为导向，约翰 布鲁贝克与皮娅 索卡尔（Piya Sorcar）教授曾讲过：任务导向型教学通过案例问题分析促进学生在多个学科领域进行交叉学科探讨，培养学生分析问题的能力[8-9]。①在案例教学中，教学PPT 可展示涉及多个学科领域的案例，学生分组案例分析，并在教师指导下设计可行性方案。此方法不仅能提高学生对学习的参与度，还能培养他们分析复杂问题的能力。②在研讨会中，首先由教师确定学生所讨论与研究的主题，必要时可提供可选择的文献。接着小组对主题阐述与交流，最后由小组组长代表本组对讨论的结果进行展示。如“材料分为导体、半导体与绝缘体，为什么半导体更适用于制作器件”内容，课堂上分配10~15min的讨论时间，由学生小组进行讨论，时间结束，各小组发表本组的观点，教师可将优秀的观点进行总结，并给予加分鼓励，最后由一名研究生对此部分知识的学习发表感想[10]。教师针对课堂内容进行总结，引出目前相关技术及市场发展的情况，采用鼓励政策，由学生自愿报名，收集技术发展及市场需求的相关内容进行PPT汇报或收集资料文献，课堂小组讨论与鉴赏。教师也可引导学生对文献内容的主题、论点、论据进行分析与总结。

2.3 多媒体信息化

通过融合互联网技术和课堂教学，利用先进多媒体信息化教学手段，实现最佳教学效果，传授丰富多样的知识。通过运用辅助工具如Flash 动画来讲解重点和难点知识，结合“学习通”网络教学平台和手机APP，丰富课堂教学活动。同时，采用双语教学方法，不仅能提高学生对知识的理解深度，还能增加课堂的趣味性，并提升学生的外语阅读能力。比如，在学习载流子扩散和漂移知识点时，由于公式繁多，过程复杂，关联到的其他知识点也较多，仅通过普通的讲述很难形象地还原p-n结中载流子的运动规律，而通过动画的形式则能很好地再现载流子的运动场景。

2.4 思政课程

由于人工智能的发展，其算法推荐方式可能会强化学生的偏向和错误的价值观念，干扰他们对知识的筛选。因此，教师可以将思政思想融入“光电材料和器件物理”课程，使学生的思想进一步得到升华。例如，课程中的雪崩击穿就蕴含了一定的哲学思想。由课程知识可知，在一般情况下，给p-n 结施加反向偏压得到的电流很小，此时器件处于截止状态；但当反向偏压高到一定数值时，p-n 结会被击穿，产生非常大的反向电流。这个知识点蕴含的哲学思想是“物极必反，适度为宜”，数学思想中，值越大则为无穷大，数a 值小则为负无穷小，但无穷却是不可精确表示的，没有确定的数值。当事物发展到了无穷的地步，便会难以精确表示,可能会向相反的方面转化。

3 课程考核多元化

根据“完善质量评价机制，破除“五唯”评价方式”的指导要求，为保证教学评价多元化、全面化，基于上述探究内容，对教学评价体系进行了完善。教学评价分为两个部分：平时成绩（40%）与期末成绩（60%），平时成绩根据学生小组讨论讨论成果、PPT汇报内容、文献资料鉴赏水平、考勤、课堂表现等进行评价；期末成绩包括两个部分：课堂内容PPT 汇报总结与小论文内容两个部分，将PPT 总结是否完善，内容要点是否全面，是否突出重点，结构是否清晰等作为评价指标；同样小论文内容是否紧跟技术发展，内容是否具有新颖，结构是否完善等作为评价指标。

4 课程教改实践

通过教学改革的实践，发现教学活动多样化有助于提升学生学习兴趣，使得课堂知识的学习不再局限于课本，拓展了学生思维，引导学生对于课堂知识不断进行探索与研究，学生对于文献的学习与分析也更具有深度，学生的作业质量及课程论文内容也更具有专业特色，对于问题的剖析能力不断加强。教学改革的实施，减少了研究生不同研究方向之间的差距，提升了学生对此门课程的重视程度，同时加强了教师与学生之间的交流，引导学生梳理了正确的价值观念。

5 结论

“光电材料和器件物理”课程是一门理论性较高的课程，通过课程教改的实践，学生兴趣逐渐提升，上课积极性提高，课堂讨论各抒己见，有助于促进不同研究方向的学生相互学习。此种教学改革有助于引导学生不断探索与创新，为培养新工科背景下的应用型、创新型人才打下基础。