微電子材料與器件課程教學(xué)模式探討與思考

元勇軍 沈志凱 裴浪

摘要：微電子材料與器件是一門專業(yè)性和應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，如何更好地教授本課程，讓學(xué)生更容易地掌握課程相關(guān)知識(shí)，通過(guò)分析課程教學(xué)實(shí)踐中存在的問(wèn)題，提出課程內(nèi)容、教學(xué)模式和考核方式改進(jìn)的建議。

關(guān)鍵詞：微電子技術(shù);教學(xué)模式;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2020）22-0194-02

21世紀(jì)被稱為電子信息時(shí)代，“十三五”規(guī)劃也將電子信息列為重點(diǎn)突破的領(lǐng)域和掌握的核心技術(shù)。而電子信息的基礎(chǔ)就是微電子技術(shù)，因此增進(jìn)大家對(duì)微電子技術(shù)的了解，提升大家對(duì)微電子技術(shù)的興趣，培養(yǎng)更多微電子技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人才，顯得尤為重要[1]。微電子材料與器件課程作為電子和材料類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程之一，將帶領(lǐng)學(xué)生初步了解微電子領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)及集成電路制造流程，為其今后從事相關(guān)的設(shè)計(jì)研發(fā)及制造工作打下基礎(chǔ)。本課程不僅涉及理論基礎(chǔ)，還要求對(duì)實(shí)際生產(chǎn)制造有較深的理解，這就要求在授課時(shí)要結(jié)合理論與實(shí)際生產(chǎn)，改善教學(xué)模式[2]。目前，雖然微電子產(chǎn)業(yè)對(duì)相關(guān)人才有較高的要求，但對(duì)于該方面人才的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)尚未成熟，其原因是微電子技術(shù)的發(fā)展太快，課程更新速度與實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)化脫節(jié)，因此如何改善教學(xué)模式，提升教學(xué)質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、微電子材料與器件課程存在的主要問(wèn)題

1.教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際發(fā)展脫節(jié)。區(qū)別于其他已經(jīng)發(fā)展到具有經(jīng)典及長(zhǎng)期適用性教材的學(xué)科，微電子技術(shù)是一門正在發(fā)展的學(xué)科，這就導(dǎo)致了它是一門需要由實(shí)際發(fā)展推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容及時(shí)更新的課程。目前已經(jīng)出版的相關(guān)教材與參考書，均面臨著嚴(yán)峻的時(shí)效性問(wèn)題，或還在介紹早已被淘汰的技術(shù)，或尚未引入最新的技術(shù)，再加上各版本的側(cè)重點(diǎn)不一樣，就使得教材的選擇成為了本課程的難點(diǎn)之一。為了讓學(xué)生實(shí)時(shí)掌握微電子技術(shù)最新的生產(chǎn)方式和發(fā)展趨勢(shì)，必須加快相關(guān)教材的更新速度，這是本課程面臨的最迫切的一個(gè)問(wèn)題。

2.課程內(nèi)容抽象難懂。本課程主要介紹的是半導(dǎo)體芯片的制造，而在這整個(gè)過(guò)程中，不論是前期的單晶生長(zhǎng)與切割，還是后面諸如光刻、摻雜等過(guò)程，都是大家平時(shí)無(wú)法接觸到的，內(nèi)容比較抽象，這就使得學(xué)生在理解相關(guān)步驟與知識(shí)點(diǎn)時(shí)會(huì)存在一定的困難。該課程也是一門理論性較強(qiáng)的課程，內(nèi)容需要與材料科學(xué)基礎(chǔ)、半導(dǎo)體物理等課程進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，從而對(duì)教師的知識(shí)面提出了一定的要求，需要其將各種原理都講清楚，否則學(xué)生容易產(chǎn)生乏味感，從而影響學(xué)習(xí)效率。

3.教學(xué)模式陳舊。目前依然采用老師在教室向?qū)W生授課這樣的傳統(tǒng)教學(xué)方法。在這種方法下，學(xué)生僅通過(guò)圖片和文字來(lái)理解知識(shí)點(diǎn)，缺少?gòu)膶?shí)際角度出發(fā)來(lái)思考問(wèn)題的條件，有很大的局限性。

二、課程教學(xué)模式探討與實(shí)踐

1.結(jié)合實(shí)際，增強(qiáng)學(xué)生代入感。目前微電子技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我們的生活之中，因此在課程開(kāi)始時(shí)，可以從我們身邊的應(yīng)用出發(fā)，提升學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)使學(xué)生理解和認(rèn)識(shí)本課程的重要意義，這對(duì)本課程的順利開(kāi)展有著重要的推動(dòng)作用。

2.教學(xué)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相結(jié)合。本課程主要講的是整個(gè)半導(dǎo)體芯片的制造過(guò)程，而大規(guī)模的制造需要經(jīng)歷上百道工序，歷時(shí)數(shù)月。盡管本課程只是講一些基礎(chǔ)性的流程，但仍涉及清洗、氧化、氣相沉積、金屬化、光刻、刻蝕、摻雜、平坦化等多個(gè)工藝，而且每個(gè)工藝流程都有多個(gè)細(xì)節(jié)與注意事項(xiàng)，這就導(dǎo)致了整個(gè)課程內(nèi)容多且復(fù)雜?；诖?，如果能讓學(xué)生實(shí)地觀看和體驗(yàn)整個(gè)生產(chǎn)流程，將幫助他們更好地理解課程內(nèi)容。由于芯片制造車間對(duì)清潔度等環(huán)境條件有著很高的要求，所以建議有條件的學(xué)校與生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行合作，在確保安全的情況下讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)地體驗(yàn)。

3.教學(xué)模式多樣化。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生獲取知識(shí)的方式單一，僅通過(guò)課上的PPT圖片、文字以及課本來(lái)學(xué)習(xí)，容易使學(xué)生產(chǎn)生乏味感，失去對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。而且在這種模式下，老師單向給學(xué)生灌輸知識(shí)，學(xué)生對(duì)是否理解與接受未有反饋，從而逐漸割裂老師的教學(xué)進(jìn)度與學(xué)生的接受程度。因此在教學(xué)實(shí)踐中，老師需要將自己的語(yǔ)言豐富化、專業(yè)化，將信息傳遞模式多樣化、形象化，從而使得課堂生動(dòng)化、活躍化。本課程知識(shí)點(diǎn)眾多，老師需要明確重點(diǎn)與次重點(diǎn)，在課堂上加強(qiáng)與學(xué)生的交流，實(shí)時(shí)了解學(xué)生的接受程度，把握教學(xué)進(jìn)度。

4.考核模式創(chuàng)新。考核是了解學(xué)生對(duì)一門課程掌握程度的最直接的方式，而其中使用最多的方式就是書面考試。這一方式常常為人詬病，因?yàn)樵谶@樣的方式下，學(xué)生往往覺(jué)得上課聽(tīng)不聽(tīng)無(wú)所謂，只要考試通過(guò)就行了，從而出現(xiàn)平時(shí)不認(rèn)真，考前瘋狂復(fù)習(xí)的情況。學(xué)生通過(guò)臨時(shí)記憶知識(shí)點(diǎn)應(yīng)對(duì)考試，而不是靠長(zhǎng)期理解知識(shí)點(diǎn)來(lái)學(xué)習(xí)，這與課程開(kāi)設(shè)的初衷相違背。這種情況更是催生了學(xué)生的考試作弊心理甚至是行動(dòng)，從而導(dǎo)致教師不能真實(shí)地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。因此，采用一個(gè)合理的考核模式，對(duì)于課程的順利進(jìn)行至關(guān)重要。在課程實(shí)踐中，采用考試、課堂演講、課堂交流活躍度相結(jié)合的考核方式，最終得出綜合總評(píng)成績(jī)。全班分成若干組（每組人數(shù)不可過(guò)多，3～5人一組較為合適），要求每組同學(xué)完成一個(gè)指定課程相關(guān)內(nèi)容的調(diào)查報(bào)告，需要結(jié)合書本知識(shí)來(lái)進(jìn)行，在課堂上做10分鐘的報(bào)告。在此過(guò)程中，學(xué)生需要自主理解該知識(shí)點(diǎn)，并進(jìn)行相關(guān)檢索與調(diào)查，因此該組學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)必定會(huì)有很深的理解。而對(duì)于其他知識(shí)點(diǎn)，或許學(xué)生聽(tīng)其他同學(xué)以學(xué)生的方式、從學(xué)生的角度來(lái)呈現(xiàn)會(huì)比聽(tīng)老師講更覺(jué)有趣。在這種模式下，學(xué)生能夠更好地掌握本課程。

三、對(duì)微電子材料與器件課程教學(xué)的幾點(diǎn)思考和建議

1.構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。微電子材料與器件課程內(nèi)容豐富，知識(shí)覆蓋面廣，涉及半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)基礎(chǔ)等多門專業(yè)基礎(chǔ)課程。這些學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)互相滲透，如果每門課程都自顧自地進(jìn)行，那無(wú)疑割裂了它們的聯(lián)系。這些專業(yè)基礎(chǔ)課程基本都由本院的老師開(kāi)設(shè)，因此老師之間應(yīng)該加強(qiáng)交流。在課程進(jìn)行的過(guò)程中，當(dāng)講到與其他課程相關(guān)的內(nèi)容時(shí)應(yīng)該相互提及，讓學(xué)生明白這些課程都是相互關(guān)聯(lián)的。這樣一方面能讓學(xué)生意識(shí)到這些課程的重要性，同時(shí)也能減小他們的心理壓力，有助于構(gòu)建相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)體系，形成知識(shí)網(wǎng)。

2.增設(shè)微電子材料與器件認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)。目前半導(dǎo)體行業(yè)蓬勃發(fā)展，相關(guān)的企業(yè)也越來(lái)越多，若學(xué)校當(dāng)?shù)赜邢嚓P(guān)的企業(yè)，可與其開(kāi)展合作，在確保學(xué)生安全與不影響企業(yè)生產(chǎn)的情況下，讓學(xué)生到生產(chǎn)線實(shí)地體驗(yàn)，與工作人員進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕涣?，以幫助學(xué)生打通課本知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間的隔閡，有助于擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面，不被書本內(nèi)容所局限，提高創(chuàng)新能力。

3.深化教學(xué)改革，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。開(kāi)設(shè)微電子材料與器件課程的最終目的是培養(yǎng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的應(yīng)用型人才，這就要求一切從實(shí)際出發(fā)，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力為目標(biāo)，使其在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)也注重知識(shí)的應(yīng)用，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)向電子信息化時(shí)代的邁進(jìn)，對(duì)于微電子方向的人才的需求量正在逐年上升，培養(yǎng)從事半導(dǎo)體研發(fā)與制造的優(yōu)秀人才，是高校教育的一個(gè)重要方向[3]。作者結(jié)合在微電子材料與器件課程實(shí)踐中遇到的問(wèn)題，以及學(xué)生反饋的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)和分析，從實(shí)際情況與教學(xué)目的出發(fā)，結(jié)合課程知識(shí)和行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)本課程的授課方式、創(chuàng)新實(shí)踐、考核方法等提出了一些改進(jìn)措施，并將其付諸實(shí)踐，取得了一定的效果。在接下去的課程實(shí)踐中，將進(jìn)一步優(yōu)化方式方法，提高教學(xué)水平，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出與社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)的人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉興輝，康大為.《微電子工藝及器件仿真》課程教學(xué)方法研究[J].教育教學(xué)論壇，2017，（1）：215-217.

[2]楊輔軍.《微電子封裝與測(cè)試》課程教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].新課程研究（中旬刊），2014，（9）：44-46.

[3]段理，張亞輝，樊繼斌.《半導(dǎo)體材料及器件》教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2017，（4）：169-170.

Discussion on the Teaching Model of Microelectronic Materials and Devices

YUAN Yong-Jun， SHEN Zhi-kai， PEI Lang

（School of Materials and Environmental Engineering， Hangzhou Dianzi University， Hangzhou， Zhejiang 310018， China）

Abstract： Microelectronic Materials and Devices is a professional and applied course. To improve the teaching of this course and make students more easily grasp the relevant knowledge， this paper makes a thorough analysis of the problems encountered in teaching and puts forward suggestions on the course content， the teaching model and assessment methods.

Key words： microelectronics technology; teaching model; teaching reform

收稿日期：2019-09-18

作者簡(jiǎn)介：元勇軍（1987-），男（漢族），江西撫州人，博士，副教授，研究方向：太陽(yáng)能制氫;沈志凱（1995-），男（漢族），江蘇蘇州人，碩士研究生，研究方向：光催化能源材料;裴浪（1989-），男（漢族），湖北荊門人，博士，講師，研究方向：光電極能源材料。