高校本科《半導(dǎo)體光電子學(xué)》教學(xué)改革

邱偉彬

【摘要】本文從教材選取，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法，教學(xué)手段和教學(xué)成績(jī)?cè)u(píng)定等方面對(duì)本科階段《半導(dǎo)體光電子學(xué)》課程的教學(xué)改革進(jìn)行探討。充分培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高自主獲取新知識(shí)的能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用，滿(mǎn)足不同層次，不同領(lǐng)域的就業(yè)和升學(xué)要求，取得了良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)改革 高校 半導(dǎo)體光電子學(xué)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）01-0256-01

一、從教材選取角度進(jìn)行高校半導(dǎo)體光電子學(xué)教學(xué)改革

半導(dǎo)體光電子學(xué)是電子科學(xué)與技術(shù)本科專(zhuān)業(yè)中的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)選修課程。它是與半導(dǎo)體電子器件平行開(kāi)設(shè)的一個(gè)學(xué)科，是研究半導(dǎo)體中電子與光子的相互作用、光能與電能之間的互相轉(zhuǎn)換的科學(xué)，是一門(mén)既包括科學(xué)理論，也緊扣實(shí)踐應(yīng)用的科學(xué)。本學(xué)科的學(xué)習(xí)需要量子力學(xué)，半導(dǎo)體物理學(xué)，半導(dǎo)體材料、工藝等基礎(chǔ)知識(shí)，一般被安排在本科三年級(jí)或者四年級(jí)。這個(gè)時(shí)期的學(xué)生除正常的課程學(xué)習(xí)以外，也面臨著擇業(yè)，升學(xué)等考慮。因此，選擇一本合適的教材，對(duì)高年級(jí)本科生的就業(yè)選擇和研究生考試都具有非常積極的意義。我們系統(tǒng)比較國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的各種半導(dǎo)體光電子學(xué)教材，同時(shí)考慮到本校所在城市有華聯(lián)電子、三安光電、乾照光電等著名光電子芯片、封裝公司每年對(duì)畢業(yè)生均有需要的實(shí)際情況，選擇了電子工業(yè)出版社出版的，黃德修編著的《半導(dǎo)體光電子學(xué)》第二版作為主要教材。該書(shū)是著者在1989年第一版基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)修改和內(nèi)容更新與拓展而成，將半導(dǎo)體中電子與光子相互作用、光能與電能的互相轉(zhuǎn)換貫穿始終，關(guān)注各種光電子器件在材料、結(jié)構(gòu)上的兼容性和實(shí)現(xiàn)集成功能的可能性。該書(shū)對(duì)基本理論和器件工作原理的描述深入淺出，適合不同背景的讀者人群，被多個(gè)高校和科研院所指定為碩士、博士入學(xué)考試的主要參考書(shū)。

二、從教學(xué)內(nèi)容角度進(jìn)行高校半導(dǎo)體光電子學(xué)教學(xué)改革

根據(jù)半導(dǎo)體光電子學(xué)本科教學(xué)計(jì)劃的要求以及本教材的內(nèi)容安排，本課程的主要教學(xué)內(nèi)容由兩部分組成，第一部分是半導(dǎo)體光電子基礎(chǔ)理論，包括半導(dǎo)體中電子和光子的相互作用，異質(zhì)結(jié)理論，平板光波導(dǎo)理論和低維半導(dǎo)體材料理論。第二部分是半導(dǎo)體光電子器件內(nèi)容，包括異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器的性能，半導(dǎo)體光放大器，可見(jiàn)光半導(dǎo)體光發(fā)射器件，半導(dǎo)體光探測(cè)器和半導(dǎo)體光電子集成。為了滿(mǎn)足不同層次和不同就業(yè)升學(xué)學(xué)生的需求，我們還增加了，半導(dǎo)體光發(fā)射二極管（LED）的封裝技術(shù)和新型二維半導(dǎo)體材料如石墨烯、二硫化鉬、黑磷等及相關(guān)光電子器件的內(nèi)容，以拓寬學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生不同層面，不同方向的興趣，為學(xué)生將來(lái)就業(yè)，升學(xué)做好充分的準(zhǔn)備。

三、從教學(xué)方法角度進(jìn)行高校半導(dǎo)體光電子學(xué)教學(xué)改革

本科半導(dǎo)體光電子學(xué)存在著課程內(nèi)容多課時(shí)少的明顯矛盾，一般每周只有2個(gè)課時(shí)。所以教學(xué)效果強(qiáng)烈地依賴(lài)有效的教學(xué)方法。由于本課程面對(duì)的是本科高年級(jí)學(xué)生，這個(gè)階段的學(xué)生思想更加活躍，為了達(dá)到理想的教學(xué)效果，我們嘗試了多種教學(xué)方法，最后找到了一個(gè)比較行之有效的方法。在教學(xué)過(guò)程中，我們一改以往全部由教師講授的傳統(tǒng)方法，將全部教學(xué)內(nèi)容分成兩個(gè)部分。第一部分，也就是半導(dǎo)體光電子學(xué)部分，這個(gè)部分內(nèi)容由教師按照傳統(tǒng)的方法首先講授，課后布置作業(yè)，學(xué)生聽(tīng)講，做筆記，課后完成作業(yè)，這個(gè)部分占這個(gè)學(xué)期的三分之一時(shí)間。第二部分，也就是半導(dǎo)體光電子器件內(nèi)容，將全班學(xué)生分成半導(dǎo)體激光器、激光器性能、半導(dǎo)體光放大器、可見(jiàn)光半導(dǎo)體光發(fā)射器件、半導(dǎo)體光探測(cè)器、發(fā)光二極管的封裝等6個(gè)小組，每個(gè)小組由3到4個(gè)學(xué)生組成，在同一小組里面由每個(gè)學(xué)生按照各組的器件由分別承擔(dān)器件原理，制作方法，市場(chǎng)前景等內(nèi)容。要求學(xué)生們按照各自的分工，自主查找資料，自主學(xué)習(xí)，撰寫(xiě)總結(jié)報(bào)告。這個(gè)階段的學(xué)生是本科高年級(jí)學(xué)生，已經(jīng)有了充分的量子力學(xué)和半導(dǎo)體物理學(xué)的知識(shí)儲(chǔ)備，加上教師利用傳統(tǒng)方法講授半導(dǎo)體光電子學(xué)的基礎(chǔ)理論，為了充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮本科高年級(jí)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)他們自主獲取知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。教師在開(kāi)學(xué)之初將任務(wù)安排給各個(gè)同學(xué)以便學(xué)生有足夠多的時(shí)間搜集，理解，整理所負(fù)責(zé)內(nèi)容。從學(xué)期的第七周開(kāi)始，由各個(gè)小組的學(xué)生按照自己所負(fù)責(zé)的內(nèi)容，在課堂上給全班師生做演講，從而培養(yǎng)學(xué)生的分析、總結(jié)能力和口頭表達(dá)能力。最后由教師就各個(gè)同學(xué)所做的報(bào)告的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，而其他學(xué)生既是聽(tīng)眾，也是評(píng)委，他們也可以根據(jù)同學(xué)演講的情況打分。

四、從教學(xué)手段角度進(jìn)行高校半導(dǎo)體光電子學(xué)教學(xué)改革

隨著科學(xué)科技的發(fā)展，教學(xué)手段逐漸多樣化，除了傳統(tǒng)的黑板和粉筆以為，近一二十年來(lái)出現(xiàn)并逐步普及的多媒體技術(shù)，例如電子白板、音頻、視頻、電子幻燈片、互聯(lián)網(wǎng)等都成為現(xiàn)代教學(xué)的重要手段，這為半導(dǎo)體光電子學(xué)教學(xué)手段改革提供了可能，本課程根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，采用不同的教學(xué)手段。例如教師利用多媒體動(dòng)畫(huà)演示半導(dǎo)體中導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴互相復(fù)合發(fā)射光子和聲子，以及半導(dǎo)體中的受激發(fā)射和受激吸收的過(guò)程，讓學(xué)生能夠有一個(gè)直觀的感性認(rèn)識(shí)。教師利用傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)方法講授平板光波導(dǎo)理論中本征方程的推導(dǎo)，這樣有利于引導(dǎo)學(xué)生跟隨教師的思路，掌握理解本征方程的推導(dǎo)過(guò)程，提升課堂教學(xué)效率。教師利用互聯(lián)網(wǎng)，可以將教學(xué)內(nèi)容PPT和相關(guān)習(xí)題實(shí)現(xiàn)共享，使學(xué)生可以在課后進(jìn)行針對(duì)性的回顧和練習(xí)；教師還可以將課堂教學(xué)過(guò)程錄制成視頻或者音頻，同時(shí)實(shí)現(xiàn)共享，為學(xué)生在復(fù)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題提供解決的途徑，盡可能的滿(mǎn)足本科學(xué)生在學(xué)習(xí)和應(yīng)用過(guò)程中對(duì)半導(dǎo)體光電子學(xué)知識(shí)的需要，隨著信息技術(shù)的深化，教學(xué)手段仍會(huì)繼續(xù)創(chuàng)新。

五、從教學(xué)成績(jī)?cè)u(píng)定方式角度進(jìn)行高校半導(dǎo)體光電子學(xué)教學(xué)改革

傳統(tǒng)本科半導(dǎo)體光電子學(xué)成績(jī)?cè)u(píng)定方式以期末閉卷考試為主。 導(dǎo)致大部分學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程不重要，到臨近考試之前等著教師劃重點(diǎn)、定范圍。這樣，大部分學(xué)生都沒(méi)有真正掌握到半導(dǎo)體光電子學(xué)的知識(shí)，而最終考卷成績(jī)不能客觀反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。為了改變這種情況，必須改革傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)機(jī)制和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。我們采用學(xué)期論文的形式，要求學(xué)生按照各自分到的任務(wù)，從教材、圖書(shū)館、互聯(lián)網(wǎng)中自主獲取相關(guān)的知識(shí)，經(jīng)過(guò)總結(jié)加工，用自己的語(yǔ)言以學(xué)期論文的形式寫(xiě)出。這樣，教師就可以比較清楚地評(píng)價(jià)各個(gè)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況。最終一個(gè)學(xué)生的成績(jī)由學(xué)期論文成績(jī)，教師和同學(xué)對(duì)他在班上演講匯報(bào)的評(píng)分、平時(shí)作業(yè)和出勤情況綜合而成。這樣基本上能夠客觀反映出學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體光電子學(xué)這門(mén)學(xué)科的學(xué)期情況。

六、結(jié)論

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的本科半導(dǎo)體光電子學(xué)教學(xué)形式已經(jīng)不能夠當(dāng)前現(xiàn)階段教學(xué)實(shí)際要求，對(duì)其進(jìn)行教學(xué)改革是學(xué)科發(fā)展的必然要求。以學(xué)生為主題，分別對(duì)待不同就業(yè)、升學(xué)目標(biāo)而采用相應(yīng)的教學(xué)方法是改革的最終目的。從教材選取、教學(xué)內(nèi)容、方法、手段、成績(jī)?cè)u(píng)定方式等角度進(jìn)行針對(duì)性的完善和改革，充分培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高自主獲取新知識(shí)的能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用，滿(mǎn)足不同層次，不同領(lǐng)域的就業(yè)和升學(xué)要求。