微電子專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)改革

王靜 吉新村

摘要：文章根據(jù)高等教育教學(xué)改革的基本思想和當(dāng)前微電子工業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的基本要求，在總結(jié)微電子專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)微電子專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)模式進(jìn)行了較深入的探討。教學(xué)過(guò)程中通過(guò)更新教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)模式、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)境建設(shè)等途徑，明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善了教學(xué)效果，從而適應(yīng)了新世紀(jì)人才對(duì)擴(kuò)展知識(shí)背景、提高創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)等方面的需求。

關(guān)鍵詞：微電子專(zhuān)業(yè)課程 教學(xué)改革 教學(xué)模式

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)和工程工藝的水平不斷發(fā)展，無(wú)論是科學(xué)界還是工業(yè)界對(duì)于人才的要求都有了根本性的變化，這一現(xiàn)狀對(duì)高等教育提出了巨大的挑戰(zhàn)。深入探討微電子專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)模式，對(duì)新型專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)具有重大的意義。工科專(zhuān)業(yè)的學(xué)生往往認(rèn)為專(zhuān)業(yè)課枯燥無(wú)味，提不起興趣學(xué)習(xí)。這固然有學(xué)生自身的不少原因，然而專(zhuān)業(yè)課程內(nèi)容和科研、生產(chǎn)均有程度不一的脫節(jié)，也明顯地影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；同時(shí)，常見(jiàn)的灌輸式教學(xué)方法也具有較大的改進(jìn)空間。本文作者很認(rèn)同韓九強(qiáng)與鄭南寧兩位提出的“柔性教育”概念[1]，即教育模式、教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法要能夠充分體現(xiàn)現(xiàn)代教育思想以及現(xiàn)代教育觀念。從具體形式來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生的背景和目標(biāo)有針對(duì)性地提供多樣化的教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合相關(guān)行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和需求，提供符合時(shí)代特點(diǎn)的知識(shí)和教學(xué)方法，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和能力，以培育有能力自我提升的創(chuàng)新型人才。

1 更新教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述精神，我們針對(duì)微電子領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和需求，更新部分教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化了課程結(jié)構(gòu)。

以可編程邏輯器件這門(mén)課為例，學(xué)生已經(jīng)修讀數(shù)字電路以及C語(yǔ)言編程基礎(chǔ)，但是對(duì)于器件的材料特性、微觀結(jié)構(gòu)完全沒(méi)有概念，也缺乏實(shí)際對(duì)器件編程的能力，這門(mén)課是學(xué)生第一次系統(tǒng)接觸器件編程技術(shù)。而現(xiàn)今的產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的要求又覆蓋了包括以上內(nèi)容的眾多領(lǐng)域，這就和學(xué)生的現(xiàn)有知識(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定程度的錯(cuò)位。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因一方面是當(dāng)今產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，對(duì)人才的綜合知識(shí)背景要求逐步提高，而高校的教育無(wú)法像工業(yè)發(fā)展一樣日新月異；另一方面高校的實(shí)際條件，無(wú)論是硬件、師資還是學(xué)生的容納能力都有諸多限制[2]，無(wú)法做到無(wú)限制地設(shè)置專(zhuān)業(yè)課程的門(mén)數(shù)。那么在教學(xué)過(guò)程中，需要教師跳出課程本身的局限，結(jié)合當(dāng)前的行業(yè)方向和需求，向?qū)W生介紹必要的背景知識(shí)，提高學(xué)生在專(zhuān)業(yè)方向上的綜合素質(zhì)。

繼續(xù)以可編程邏輯器件這門(mén)課為例，我們?cè)诮虒W(xué)改革中注意補(bǔ)充器件設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)。微電子專(zhuān)業(yè)的學(xué)生僅有計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的基礎(chǔ)，沒(méi)有編程中所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法設(shè)計(jì)的知識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中，我們向?qū)W生介紹基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)，并將其和器件的邏輯功能對(duì)應(yīng)起來(lái)，再結(jié)合器件的硬件結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)器件功能設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)的思路，大大加深了學(xué)生對(duì)可編程邏輯器件的特性、功能的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，我們給學(xué)生簡(jiǎn)單介紹了算法設(shè)計(jì)的入門(mén)知識(shí)以及一些簡(jiǎn)單的算法，結(jié)合本門(mén)課程的核心知識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的“設(shè)計(jì)”而非“制造”的意識(shí)。從學(xué)生課后表現(xiàn)來(lái)看，大部分學(xué)生對(duì)于器件設(shè)計(jì)的方法、效率評(píng)估等方面都有自己的見(jiàn)解，設(shè)計(jì)代碼的水準(zhǔn)也有明顯提高。而對(duì)于本課程中與數(shù)字電路這門(mén)基礎(chǔ)課相重疊的部分，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中僅簡(jiǎn)略講解，避免了學(xué)生由于重復(fù)學(xué)習(xí)而產(chǎn)生厭倦情緒。

在新型微電子器件這門(mén)課程中，我們考慮到學(xué)生畢業(yè)后可能從事芯片性能評(píng)估測(cè)試的相關(guān)工作，對(duì)課程結(jié)構(gòu)進(jìn)行了稍許調(diào)整：減少了對(duì)早期電子器件的詳盡介紹，補(bǔ)充最新的器件知識(shí)來(lái)取代，特別側(cè)重于器件各項(xiàng)參數(shù)的起源和物理意義，以及半導(dǎo)體材料學(xué)表征的常見(jiàn)手段。另外，我們還帶領(lǐng)學(xué)生接觸相關(guān)行業(yè)的工作內(nèi)容，包括在實(shí)驗(yàn)室用小型電子顯微鏡觀察較新的芯片結(jié)構(gòu)、用四探針儀測(cè)量芯片電學(xué)特性、參觀工廠的研發(fā)和測(cè)試部門(mén)，等等，增強(qiáng)實(shí)際認(rèn)識(shí)。這些課程結(jié)構(gòu)的調(diào)整旨在盡力使學(xué)生能接觸到最新的業(yè)界進(jìn)展，更新知識(shí)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際生產(chǎn)、科研的聯(lián)系。

從具體教學(xué)效果來(lái)看，更新教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)是非常有效的改革途徑。采取上述方式后，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)能力都有較大提高，具體表現(xiàn)為出勤率、課后請(qǐng)教老師的次數(shù)大幅上升，參與電子競(jìng)賽的人數(shù)也明顯增加，說(shuō)明學(xué)生對(duì)自身能力的自信得到了明顯地提高。這一結(jié)果肯定了我們的教學(xué)方法。

2 教學(xué)模式的改革

2.1 互動(dòng)式課堂教學(xué) 課堂教學(xué)的主旨除了講解必要的知識(shí)，還包括培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力，教學(xué)內(nèi)容的組織以及教學(xué)方式都應(yīng)圍繞這點(diǎn)展開(kāi)。如前所述，需要改進(jìn)灌輸式的教學(xué)模式，而增加課堂教學(xué)的師生互動(dòng)顯然是一種積極的措施。當(dāng)然，理論講解仍需教師向?qū)W生闡述基本原理，但是在理解和運(yùn)用方面，完全可以多采用啟發(fā)式教學(xué)，增加提問(wèn)以及學(xué)生上臺(tái)演示的機(jī)會(huì)，達(dá)到師生互動(dòng)的教學(xué)模式。對(duì)于微電子專(zhuān)業(yè)課程而言，對(duì)技術(shù)問(wèn)題的討論和分析不僅是教學(xué)的內(nèi)容，也是培養(yǎng)學(xué)生工程能力的有效途徑。這一特征使得互動(dòng)式課堂教學(xué)在微電子專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)中顯得尤為可行。因此，在實(shí)際教學(xué)中，我們突出設(shè)計(jì)思想和分析技巧，針對(duì)問(wèn)題增加開(kāi)放式討論環(huán)節(jié)，注重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。以小班教學(xué)的可編程邏輯器件課程為例，我們經(jīng)常結(jié)合器件的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，針對(duì)不同的專(zhuān)題，改變部分設(shè)計(jì)要求，實(shí)行分組討論。上述措施在幫助學(xué)生開(kāi)拓思路，提高分析技巧等方面有顯著效果，課后學(xué)生反饋較好。

2.2 建立面向問(wèn)題求解的教學(xué)模式 以可編程邏輯器件這門(mén)課程為例，我們參照基于對(duì)象學(xué)習(xí)的思想，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)[3][4]。根據(jù)器件的不同類(lèi)型，我們以專(zhuān)題形式指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。在各個(gè)專(zhuān)題內(nèi)，采用面向問(wèn)題的方式從不同的專(zhuān)題角度深入學(xué)習(xí)關(guān)于器件結(jié)構(gòu)和編程的有關(guān)知識(shí)。這一模式不僅全方位提高了學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平，也顯著促進(jìn)了學(xué)生能夠從多方面解決問(wèn)題，還把硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程有機(jī)結(jié)合起來(lái)，拓展了學(xué)生的思路，拓展了學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和綜合素質(zhì)。

通過(guò)聽(tīng)取學(xué)生反饋以及考核結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，上述改革教學(xué)模式的嘗試初顯成效。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣增加，樂(lè)于在課后從多種途徑搜集相關(guān)資料，自主進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)目的和范圍也不僅限于考核內(nèi)容，部分學(xué)生有興趣運(yùn)用所學(xué)自行設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單器件，或是進(jìn)行改進(jìn)；學(xué)生也更加善于發(fā)現(xiàn)和提出有價(jià)值的問(wèn)題。從考核來(lái)看，學(xué)生的理論基礎(chǔ)與綜合能力以及靈活性均有提高。

3 加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)境的建設(shè)

微電子專(zhuān)業(yè)課程需要相當(dāng)多的理論講解，然而實(shí)踐性也是極強(qiáng)的。因此我們?cè)趪L試改革課堂教育的同時(shí)，還需要加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)。

當(dāng)前大學(xué)里都有豐富的多媒體資源，教師在課堂上完全可以利用多媒體設(shè)備邊講解邊演示，把理論以圖形化的方式展示出來(lái)，深化學(xué)生的印象和認(rèn)識(shí)。另一方面，可以帶領(lǐng)學(xué)生在機(jī)房里進(jìn)行實(shí)踐。我們課堂演示之后，在實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)、研究性學(xué)習(xí)中，或是課后，都大量提供學(xué)生親自駕馭如EDA工具、Verilog編程工具等仿真設(shè)計(jì)工具的機(jī)會(huì)。另外我們經(jīng)常更新軟件和硬件環(huán)境，力求學(xué)生能夠接觸到較新的工具和設(shè)計(jì)方法，貼近行業(yè)主流。學(xué)生在此過(guò)程中利用所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行仿真和優(yōu)化，培養(yǎng)了立足理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力。另外，帶領(lǐng)學(xué)生參觀實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生們對(duì)常用儀器、半導(dǎo)體元器件、新型微電子器件等有直觀認(rèn)識(shí)，并進(jìn)行觀察和演示，也是激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、熟悉實(shí)踐過(guò)程的一個(gè)重要途徑。

4 結(jié)語(yǔ)

微電子專(zhuān)業(yè)課程和傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)的共同點(diǎn)在于理論和實(shí)踐兼?zhèn)?，而自身又具有時(shí)代性強(qiáng)、覆蓋知識(shí)面廣、技術(shù)更新快的特點(diǎn)。根據(jù)上述特點(diǎn)，教師不僅需要加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)，還需時(shí)刻更新自身知識(shí)結(jié)構(gòu)、拓展知識(shí)背景、提升專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，從而有能力實(shí)行針對(duì)課程特點(diǎn)的教學(xué)改革。我們通過(guò)更新教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)模式，加強(qiáng)實(shí)踐等途徑，對(duì)微電子專(zhuān)業(yè)的課程改革進(jìn)行了有益的嘗試。在此過(guò)程中，學(xué)生也擴(kuò)大了知識(shí)背景，鍛煉了研究性學(xué)習(xí)的能力，提升了綜合素質(zhì)，為進(jìn)一步提高工程實(shí)踐能力打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓九強(qiáng)，鄭南寧.國(guó)外自動(dòng)化相關(guān)學(xué)科專(zhuān)業(yè)教育教學(xué)的現(xiàn)狀與發(fā)展研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2003，25（6）：1- 5.

[2]湯勇明，鄭姚生，等.可編程邏輯器件的基礎(chǔ)與應(yīng)用課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（2）：7- 9.

[3]姚纓英，范承志，等.電類(lèi)技術(shù)基礎(chǔ)課程改革的探索與實(shí)踐[J].中國(guó)大學(xué)教育，2012，3：54-56.

[4]唐鶯，翁飛兵，等.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程改革的實(shí)踐[J].教學(xué)研究，2006，29（2）：152-154.

基金項(xiàng)目：南京郵電大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目代號(hào)NY213017）。

作者簡(jiǎn)介：王靜（1985-），女，江蘇南京人，博士，現(xiàn)任職于南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，講師，研究方向：半導(dǎo)體微觀結(jié)構(gòu)，硅基光電子學(xué)。