“半導(dǎo)體器件物理”課程的高職教育現(xiàn)狀及教學(xué)改革探究

王聰 唐玲 楊艦

（1.汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院 海洋工程系，廣東 汕尾 516600；2.廣東技術(shù)師范學(xué)院 電子與信息學(xué)院，廣東 廣州 510665）

摘 要：“半導(dǎo)體器件物理”是一門學(xué)科性、理論性都較強(qiáng)的課程。該課程在高職教育中普遍面臨著教學(xué)難度大、理論化教學(xué)模式為主、實(shí)踐教學(xué)不足、教學(xué)效果不理想等問題。為改善該課程的教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，提出了以工作崗位為導(dǎo)向優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目引導(dǎo)教學(xué)，優(yōu)化課程考核方式等方面進(jìn)行課程改革探索，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提升該課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體器件物理；高職教育；微電子技術(shù)；教學(xué)現(xiàn)狀；教學(xué)改革

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-000X（2017）15-0174-03

Abstract： Semiconductor device physics is a theoretical course with typical discipline characteristics. This course in higher vocational education is generally faced with problems such as the difficulty of teaching， theoretical teaching mode， poor practical teaching， and unsatisfactory teaching effect. In order to better the teaching effect， and improve teaching quality， this paper puts forward curriculum reform such as adopting career-oriented teaching content， guide teaching by experiments， and optimize the curriculum assessment methods， so as to stimulate the enthusiasm of students， and improve the teaching quality and teaching effect.

Keywords： semiconductor device physics； higher vocational colleges； microelectronic technology； teaching situation； teaching reform

當(dāng)今微電子技術(shù)推動著全球信息化進(jìn)程的高速發(fā)展，微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平標(biāo)志著一個(gè)國家或地區(qū)信息化進(jìn)程、科技力量、經(jīng)濟(jì)實(shí)力的發(fā)展水平，對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有十分重要的意義。隨著我國微電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，該領(lǐng)域需要大量從事集成電路設(shè)計(jì)、制造和封裝測試等工作的高素質(zhì)技能型人才。因此各地高職院校紛紛依托本區(qū)域微電子產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，開辦微電子技術(shù)專業(yè)以滿足區(qū)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)的人才需求。“半導(dǎo)體器件物理”作為微電子技術(shù)專業(yè)的一門必修專業(yè)課程，教學(xué)內(nèi)容涉及大量的關(guān)于半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)、能帶能級、載流子運(yùn)動、pn結(jié)特性、晶體管特性等生澀、抽象的物理學(xué)知識，同時(shí)涉及到復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算。對于數(shù)理化基礎(chǔ)知識和學(xué)習(xí)能力相對較弱的高職類學(xué)生，該課程長期以來都被視為學(xué)生難學(xué)、教師難教、教學(xué)效果不佳的專業(yè)課程。該課程如果繼續(xù)采取傳統(tǒng)的理論教學(xué)為主，填鴨式灌輸各個(gè)抽象難懂的概念，死記硬背的推導(dǎo)和計(jì)算各復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，將難以提升高職學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也不符合高職領(lǐng)域的教學(xué)規(guī)律，課程教學(xué)改革已勢在必行、迫在眉睫了。我校比鄰珠三角區(qū)域，依托本地生產(chǎn)中小尺寸液晶觸摸屏的信利半導(dǎo)體有限公司、信利光電有限公司和生產(chǎn)二極管、三極管的德昌電子有限公司這兩大半導(dǎo)體制造企業(yè)，同時(shí)結(jié)合珠三角微電子產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，于2006年增設(shè)了微電子技術(shù)專業(yè)。其中“半導(dǎo)體器件物理”為該專業(yè)面向半導(dǎo)體器件制造、封裝測試崗位開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程歷經(jīng)多屆的教學(xué)探索，在教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法等課程建設(shè)方面進(jìn)行了積極的教學(xué)改革和探索。

一、課程學(xué)科特點(diǎn)

“半導(dǎo)體器件物理”是微電子學(xué)，半導(dǎo)體光電子學(xué)和電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)本、?？粕匦薜闹鞲蓪I(yè)基礎(chǔ)課，該課程包含半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件兩部分的內(nèi)容，半導(dǎo)體物理主要是研究半導(dǎo)體材料和器件的基本性能和內(nèi)在機(jī)理，半導(dǎo)體器件主要研究半導(dǎo)體的工藝技術(shù)和應(yīng)用，前者為后者提供理論指導(dǎo)，后者為前者提供技術(shù)應(yīng)用。該課程作為高職院校微電子技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要介紹了半導(dǎo)體晶格結(jié)構(gòu)、電子狀態(tài)及能帶、雜質(zhì)缺陷能級、載流子運(yùn)動、pn結(jié)特性、異質(zhì)結(jié)接觸原理、晶體管特性、MOS管特性等半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)原理、物理機(jī)理和特性等知識。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該理解半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)、基本物理原理和特性；掌握半導(dǎo)體器件能帶分布、雜質(zhì)缺陷能級分布、載流子運(yùn)動規(guī)律、pn結(jié)特性、晶體管電學(xué)特性、金屬接觸等基本理論知識；了解半導(dǎo)體器件基本制備工藝原理；了解半導(dǎo)體光電、熱電、磁電、壓阻效應(yīng)等物理現(xiàn)象和應(yīng)用。該課程涉及了大量的物理學(xué)知識和數(shù)學(xué)推導(dǎo)計(jì)算等理論性較強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，且知識范圍較廣、知識點(diǎn)多、學(xué)科性強(qiáng)，所以學(xué)習(xí)該課程應(yīng)具備較扎實(shí)的高中物理基礎(chǔ)，同時(shí)應(yīng)在學(xué)習(xí)了“模擬電子技術(shù)”、“微電子學(xué)概論”等前驅(qū)課程的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)，為“半導(dǎo)體器件檢測技術(shù)”、“集成電路制造工藝原理”等后續(xù)專業(yè)課程打好基礎(chǔ)。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀及面臨的問題

（一）學(xué)習(xí)難度大、教學(xué)效果不理想

“半導(dǎo)體器件物理”課程涉及的知識面較廣、知識點(diǎn)較多、理論性較強(qiáng)、數(shù)理推導(dǎo)較復(fù)雜。而高職院校學(xué)生，學(xué)習(xí)該課程的理論基礎(chǔ)僅僅是中學(xué)所學(xué)的物理知識，且招生有相當(dāng)比例生源為文科生，他們的物理、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對較弱，缺乏基本的近代物理學(xué)方面的理論知識，再之該課程知識體系連貫性較強(qiáng)，且難以銜接，如果學(xué)生不能及時(shí)掌握對所學(xué)知識，跟不上課程教學(xué)進(jìn)度，將直接影響課程后續(xù)知識的學(xué)習(xí)，因此，該課程在教學(xué)過程中普遍表現(xiàn)為的學(xué)習(xí)難度大，教學(xué)效果不佳。

（二）缺少面向高職類教學(xué)的教材

當(dāng)前，針對高職院校微電子技術(shù)專業(yè)開設(shè)的“半導(dǎo)體器件物理”課程的教材非常少，幾乎都是適合本科類教學(xué)的教材，這些教材通常注重的是課程的理論體系，以理論分析為主，且講解的理論知識起點(diǎn)較高，涉及知識范圍偏多、偏深，數(shù)學(xué)計(jì)算、推導(dǎo)較繁雜，難以適應(yīng)技能型、應(yīng)用型高職教育的需要。近年來，針對該課程高職教育類教材短缺的現(xiàn)狀，部分出版社也發(fā)行了一些相關(guān)教材，但大多數(shù)只是在原有本科類教材的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡單的內(nèi)容刪減，弱化了晦澀難懂的數(shù)理計(jì)算和推導(dǎo)，但整個(gè)教材的編排依然遵循該學(xué)科的理論體系，以理論分析為主，幾乎沒有按項(xiàng)目教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式編排教材，且缺少配套、可執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容，缺少實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目的案例分析和設(shè)計(jì)，致使教學(xué)以課堂純理論講授為主，課堂氣氛枯燥乏味，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)事倍功半，效果不理想。

（三）實(shí)踐教學(xué)資源不足

“半導(dǎo)體器件物理”課程的實(shí)踐教學(xué)涉及到半導(dǎo)體晶格結(jié)構(gòu)分析、雜質(zhì)缺陷能級分析、載流子運(yùn)動測試、pn結(jié)電學(xué)特性測試分析、晶體管特性測試分析、MOS場效應(yīng)晶體管特性測試分析等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。這些實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的實(shí)施需要用到如晶體管特性圖示儀、四探針測試儀、金相顯微鏡、霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀等專業(yè)性較強(qiáng)儀器設(shè)備。這些專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備一次性投入較大，且這些設(shè)備僅僅適用于微電子技術(shù)專業(yè)極少數(shù)專業(yè)課，面向其他電子類專業(yè)通用性較差，導(dǎo)致該課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率非常低，因此，部分高職院校不大愿意或難以承擔(dān)該課程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)投入，該課程教學(xué)出現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)設(shè)備不足，以理論性課題教學(xué)為主實(shí)施教學(xué)的局面。

（四）教學(xué)模式刻板、考核方式單一

該課程教學(xué)內(nèi)容知識范圍較廣、知識點(diǎn)多、學(xué)科性強(qiáng)，涉及了較多晦澀難懂的物理學(xué)和數(shù)學(xué)推導(dǎo)計(jì)算等理論性較強(qiáng)的知識，通常把該課程定位于純理論課程，在教學(xué)模式上通常采用的“灌輸式”課堂板書和多媒體PPT演示等傳統(tǒng)的教學(xué)方法實(shí)施教學(xué)。傳統(tǒng)理論教學(xué)模式主要是以知識的傳授為中心，不考慮學(xué)生對于純理論課堂教學(xué)的抵觸情緒，學(xué)生處于被迫學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果不理想，該教學(xué)模式已明顯不能適應(yīng)當(dāng)前高職類教學(xué)的需求。課程考核方面，該課程仍采用傳統(tǒng)的期末筆試為主的考核方式，考核方式單一，無法有效的展現(xiàn)學(xué)生掌握該課程的實(shí)際情況，不利于考察學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)，忽略了教學(xué)實(shí)踐性與應(yīng)用性。采取傳統(tǒng)的筆試考核，大多數(shù)學(xué)生為應(yīng)付考試，只是期末突擊死記硬背各個(gè)知識點(diǎn)，只為在考試中獲得高分，往往忽視了對自身實(shí)踐能力、獨(dú)立思考創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

三、課程教學(xué)改革與實(shí)踐

（一）以崗位導(dǎo)向優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容

“半導(dǎo)體器件物理”課程教學(xué)內(nèi)容的選取應(yīng)根據(jù)職業(yè)崗位的需求，結(jié)合高職院校學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，遵循職業(yè)性、針對性、實(shí)踐性的原則，針對企業(yè)崗位需求，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐和生產(chǎn)技術(shù)，設(shè)計(jì)和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。微電子產(chǎn)業(yè)包含集成電路設(shè)計(jì)、制造和封裝測試三個(gè)領(lǐng)域，這三個(gè)領(lǐng)域所需的工作崗位劃分如圖1所示。

根據(jù)圖1所示的工作崗位分布情況，適合本課培養(yǎng)的工作崗位有集成電路制造領(lǐng)域的器件來料檢測；器件封裝與測試領(lǐng)域的自動測試、失效分析、系統(tǒng)測試、品質(zhì)檢測等工作崗位。結(jié)合這些工作崗位，通過本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該了解半導(dǎo)體器件的基本晶格結(jié)構(gòu)、電子狀態(tài)及能帶分布、雜質(zhì)能級與缺陷能級的概念、載流子運(yùn)動規(guī)律等基本物理原理和概念；掌握pn結(jié)電學(xué)特性、晶體管電學(xué)特性、MOS場效應(yīng)晶體管特性、金屬接觸等基本理論知識；了解半導(dǎo)體器件基本制備工藝原理和半導(dǎo)體光電、熱電、磁電、壓阻效應(yīng)等物理現(xiàn)象和應(yīng)用。結(jié)合上述分析，本課程制定了以工作崗位為導(dǎo)向，適合于高職教育的課程教學(xué)內(nèi)容，如表1所示。

（二）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目式引導(dǎo)教學(xué)

《半導(dǎo)體器件物理》課程理論性較強(qiáng)，通常以教師課堂理論講授為主，但高職類學(xué)生物理、數(shù)學(xué)等理論基礎(chǔ)較薄弱，學(xué)生容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，教學(xué)效果不理想。 針對該現(xiàn)狀，結(jié)合上述以工作崗位為導(dǎo)向優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的改革，我校針對該課程教學(xué)采取了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目式引導(dǎo)教學(xué)的實(shí)施方案，通過15個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握和理解晦澀難學(xué)的相關(guān)知識，具體教學(xué)安排如表2所示。

《半導(dǎo)體器件物理》是一門理論性和實(shí)踐性并重的課程，通過一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)各個(gè)學(xué)習(xí)領(lǐng)域，避免了老師填鴨式講、學(xué)生被動的聽授的教學(xué)模式。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施過程中，將原來驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)變?yōu)樘骄啃詫?shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)規(guī)律、分析問題、得出的結(jié)論，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了的實(shí)操能力，有效的提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

（三）靈活多樣的考核方式

課程考核方面，如果該課程仍然采取期末筆試的形式進(jìn)行考核，勢必?zé)o法真實(shí)的考核出學(xué)生掌握該課程的實(shí)際情況。為此，結(jié)合本課程以上所述的教學(xué)改革，該課程的考核方式應(yīng)加重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)考核比重，采取形成性考核方式，成績構(gòu)成可以由平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績和期末成績?nèi)齻€(gè)部分組成：平時(shí)成績占20%，包括日常出勤、課堂的表現(xiàn)和作業(yè)的完成情況等，這有利于督促學(xué)生保持良好的學(xué)習(xí)態(tài)度；實(shí)驗(yàn)成績占40%，以實(shí)施的各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為考核點(diǎn)，最終把各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的得分求和得出該項(xiàng)成績；筆試成績占40%，以期末筆試考核的方式進(jìn)行，主要是檢驗(yàn)學(xué)生對基礎(chǔ)概念、基本原理等理論知識的掌握情況。

四、結(jié)束語

“半導(dǎo)體器件物理”是高職院校微電子技術(shù)專業(yè)非常重要的一門核心課程，提升該課程的教學(xué)水平對培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能型微電子技術(shù)人才有著重要的意義。本文結(jié)合筆者多年來對“半導(dǎo)體器件物理”課程的教學(xué)實(shí)踐，分析了該課程在高職教育中的教學(xué)現(xiàn)狀和問題，提出了以工作崗位為導(dǎo)向優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目引導(dǎo)教學(xué)模式，優(yōu)化課程考核方式等幾方面課程教學(xué)改革，實(shí)踐教學(xué)表明，該課程教學(xué)改革有效的激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果得到積極的改善和提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]王聰，楊艦，李坤，等.區(qū)域產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢下高職類微電子技術(shù)專業(yè)人才需求分析及人才培養(yǎng)模式探究[J].蘭州文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，30（4）：101-106.

[2]徐振邦.《半導(dǎo)體器件物理》課程改革探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2014（4）：222-224.

[3]張麗娜，張偉，陸曉東，等.《半導(dǎo)體器件物理》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].人力資源管理，2015（7）：200.

[4]陳國英.《半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)》課程教學(xué)的思考[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，6（6）：56-57.

[5]董可秀，嚴(yán)紅麗，周曉燁.地方應(yīng)用型本科院?！栋雽?dǎo)體器件物理》課程教學(xué)探索[J].科技資訊，2015，13（34）：157-160.

[6]余菲，趙杰.高職《半導(dǎo)體器件物理》課程教學(xué)改革的探索[J].深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（5）：77-80.

[7]田甜，徐家躍，劉志福，等.基于應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)課程教學(xué)研究[J].亞太教育，2016（31）：148.