“半導(dǎo)體光學(xué)”課程思政的設(shè)計與實踐

矯淑杰

摘? ? 要：“半導(dǎo)體光學(xué)”是半導(dǎo)體光電領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論課程。文章從教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)和專業(yè)需求出發(fā)，提煉思政元素，并針對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核形式進行了探索和改革，以期通過課程思政的教學(xué)設(shè)計和實踐達到激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)基礎(chǔ)知識扎實、具有使命感和責(zé)任感以及產(chǎn)業(yè)亟需的半導(dǎo)體光電產(chǎn)業(yè)應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞：課程思政;半導(dǎo)體光學(xué);教學(xué)設(shè)計;教學(xué)實踐

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）02-0069-02

半導(dǎo)體光電材料和器件涉及信息、能源、材料以及國防等眾多應(yīng)用領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟和生產(chǎn)生活中占有非常重要的地位。近年來，我國光電技術(shù)領(lǐng)域科技發(fā)展突飛猛進，自主創(chuàng)新能力大幅提升，但也必須清醒地認(rèn)識到，我國在某些關(guān)鍵領(lǐng)域依舊存在被其他國家“卡脖子”的情況，導(dǎo)致行業(yè)發(fā)展處處受制，直接影響到我國經(jīng)濟社會發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)及綜合國力提升。要盡早解決“卡脖子”關(guān)鍵問題，把技術(shù)和發(fā)展的主動權(quán)牢牢掌握在自己手里，需要各領(lǐng)域從業(yè)者具備使命感和責(zé)任感，要有志氣和骨氣加快增強自主創(chuàng)新能力和實力，努力實現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控[1-3]。高等院校不僅要教授專業(yè)知識為各行業(yè)發(fā)展提供專業(yè)人才，更需培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、使命感、責(zé)任感和家國情懷的建設(shè)者，這就需要教師在傳統(tǒng)的只傳授專業(yè)知識外，加入必要的思政內(nèi)容。

傳統(tǒng)的思政課程內(nèi)容注重理論，學(xué)生容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，將思政元素有機融入到“半導(dǎo)體光學(xué)”的課堂教學(xué)中，除了掌握教學(xué)大綱規(guī)定的專業(yè)知識和專業(yè)技能，同時還要挖掘“半導(dǎo)體光學(xué)”教學(xué)內(nèi)容中的思政元素，使思政教育融入課程教學(xué)和改革的全過程，實現(xiàn)課程思政德育功能與價值導(dǎo)向的引領(lǐng)作用。

一、“半導(dǎo)體光學(xué)”課程內(nèi)容簡介

“半導(dǎo)體光學(xué)”是基于光與半導(dǎo)體相互作用的專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及到半導(dǎo)體能帶和帶間躍遷、激子及相關(guān)現(xiàn)象、拉曼散射及低維材料體系的光學(xué)性質(zhì)等內(nèi)容。教師在講授這門課時，首先可全面而清晰地論述“半導(dǎo)體光學(xué)”的物理概念，引導(dǎo)學(xué)生把復(fù)雜的實驗現(xiàn)象與簡明的概念聯(lián)系起來。其次要求學(xué)生初步運用量子力學(xué)和半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識理解半導(dǎo)體光學(xué)的原理和概念，掌握光與半導(dǎo)體相互作用的基本概念，并應(yīng)用到各種半導(dǎo)體體系中。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生可以形成清晰、形象的物理概念和半導(dǎo)體光學(xué)的基礎(chǔ)知識及其相關(guān)的多種應(yīng)用。

二、“半導(dǎo)體光學(xué)” 課程思政的改革探索

（一）教學(xué)大綱的修訂

教學(xué)大綱不僅是教師進行教學(xué)活動的主要依據(jù)，也是衡量教師的教學(xué)質(zhì)量和評定學(xué)生學(xué)業(yè)成績的重要標(biāo)準(zhǔn)。專業(yè)課的教學(xué)大綱針對專業(yè)內(nèi)容進行了詳細(xì)的設(shè)置，但缺少思政元素。針對課程思政的要求，應(yīng)對教學(xué)大綱進行重新修訂并加入思政元素，使之與專業(yè)內(nèi)容有機融合，滿足研究生教學(xué)改革和課程思政的需求。

（二）教學(xué)方法和考核方式的改革

思政元素在教學(xué)中承擔(dān)了價值引領(lǐng)的作用，是研究生培養(yǎng)中必不可少的一環(huán)。然而，如果只是通過刻板、簡單的課堂理論教學(xué)，容易使學(xué)生覺得枯燥，達不到教學(xué)目標(biāo)。教師在教學(xué)過程中可運用多種教學(xué)手段，例如多媒體、短視頻、新聞報道、音頻、動畫和學(xué)生自主調(diào)研等多種形式結(jié)合的教學(xué)模式，不僅可以使思政內(nèi)容通過生動的形式展示出來，也可使學(xué)生對專業(yè)知識產(chǎn)生興趣，提高他們的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)積極性。

考核方式也應(yīng)與單純專業(yè)課程的考核方式有所不同，課程思政內(nèi)容不宜通過傳統(tǒng)閉卷考試的方式進行，可采用課堂演講、調(diào)研報告等方式進行考核[4]。以“學(xué)生學(xué)習(xí)效果”而不是考試成績?yōu)橹鲗?dǎo)，形成課堂教學(xué)—評價—反饋—優(yōu)化課堂教學(xué)的正循環(huán)，達到“潤物無聲”的形式，實現(xiàn)專業(yè)知識和思政元素的有效融合[5]。

（三）“半導(dǎo)體光學(xué)”課程思政教育內(nèi)容的設(shè)計與實踐

根據(jù)“半導(dǎo)體光學(xué)”課程的教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)，教師在講授專業(yè)知識的教學(xué)過程中，可通過研究背景、代表性人物事跡、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、學(xué)科內(nèi)涵和意義、時事政治等的介紹，使社會主義核心價值觀、科學(xué)精神、工匠精神、家國情懷、社會責(zé)任、理想信念等思政元素與“半導(dǎo)體光學(xué)”課程的專業(yè)知識有機融合。

1.培養(yǎng)學(xué)生民族自豪感的設(shè)計和實踐。在緒論部分（半導(dǎo)體光學(xué)發(fā)展歷史）認(rèn)識光與物質(zhì)相關(guān)作用的萌芽階段。公元前3世紀(jì)，我國就已將貴金屬納米顆粒鑲嵌在瓷器中，在陽光照射下色彩斑斕。公元前4世紀(jì)墨子就已經(jīng)論述了光與影的關(guān)系。《墨子·經(jīng)說下》第四十三中：“光至，景亡，若在，盡古息?！?961年8月，中科院長春光機所成功研制了我國第一臺激光器，雖比國外同類型激光器遲了一年，但在許多方面有自身的優(yōu)勢，尤其比國外激光器具有更好的激發(fā)效率，這表明在當(dāng)時，我國激光技術(shù)已達到世界先進水平。

通過這些知識的學(xué)習(xí)，不僅使學(xué)生了解半導(dǎo)體光學(xué)的發(fā)展歷史，也提升了他們的民族自豪感和責(zé)任感。這是基于半導(dǎo)體光學(xué)的發(fā)展歷史的特點引出的思政融入方向。

2.培養(yǎng)學(xué)生使命感和責(zé)任感的設(shè)計和實踐。教師在講述半導(dǎo)體帶間躍遷的基本理論時，課前要求學(xué)生以小組形式對兩種典型的半導(dǎo)體砷化鎵和硅的發(fā)展歷史和研究進展進行調(diào)研。課堂授課時，先由教師講述半導(dǎo)體帶間躍遷的基本理論，包括根據(jù)躍遷類型將半導(dǎo)體分為直接和間接帶隙半導(dǎo)體，分別講授這兩類半導(dǎo)體帶間躍遷的基本原理。然后，學(xué)生通過多媒體演示形式講解調(diào)研成果，講解這兩種典型導(dǎo)體的研究進展和發(fā)展歷史。

這兩種半導(dǎo)體應(yīng)用廣泛，包括集成電路、人工智能、通訊系統(tǒng)，光伏發(fā)電、傳感探測等眾多領(lǐng)域，其發(fā)展和應(yīng)用也主要以西方的貢獻為主，我國在其核心的研究領(lǐng)域處于跟隨地位，高質(zhì)量的核心光電器件還需進口。尤其近幾年，西方一些國家對我國實行了禁運和限制出口，使我國在眾多領(lǐng)域受到了“卡脖子”的鉗制。所以，教師在講授時，不僅要讓學(xué)生深刻理解這兩種材料的基本性能和應(yīng)用，更重要的是要讓學(xué)生認(rèn)識到我們距離世界先進水平還有差距，使學(xué)生建立使命感和責(zé)任感，立志為我國半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展貢獻力量，扎實學(xué)習(xí)理論知識，通過原始創(chuàng)新突破西方的封鎖。

3.培養(yǎng)學(xué)生愛國主義思想的設(shè)計和實踐。在激子的基本性質(zhì)章節(jié)中，以李樹深研究員、夏建白院士在《2006年科學(xué)發(fā)展報告》發(fā)表的“激子和相關(guān)現(xiàn)象”的文章為切入點，講述激子效應(yīng)在半導(dǎo)體理論和應(yīng)用研究中的作用，尤其是在量子信息領(lǐng)域等前沿研究，量子信息是經(jīng)典信息理論與量子力學(xué)相結(jié)合的新型交叉學(xué)科。激子態(tài)可以作為量子信息的有效載體，通過激子態(tài)之間的糾纏，可以對其攜帶的量子信息進行交換、傳遞和處理。

引入我國“量子信息和量子計算機”的發(fā)展歷程，我國在量子計算領(lǐng)域已處于國際領(lǐng)先地位，激發(fā)學(xué)生的自豪感和愛國主義激情，鼓勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)，奮發(fā)向上。

4.培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和工匠精神的設(shè)計和實踐。在束縛和局域激子章節(jié)中，使學(xué)生掌握束縛激子的發(fā)光機理，同時使學(xué)生了解束縛激子在半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域的應(yīng)用和最新進展。

我國LED發(fā)光及照明技術(shù)已取得了長足的進步，但是整個產(chǎn)業(yè)鏈上中下游分布不均，其中產(chǎn)業(yè)鏈的中下游包括封裝和各種照明燈具等應(yīng)用已位于國際前列，但最核心的上游產(chǎn)業(yè)包括原材料、外延片、芯片等領(lǐng)域與國外相比仍缺少創(chuàng)新和知識產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢。以此為例，鼓勵學(xué)生崇尚原始創(chuàng)新，培養(yǎng)其不怕困難、勇于探索的精神，結(jié)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院光電科學(xué)系的專業(yè)課程學(xué)習(xí)，穿插、整合創(chuàng)新精神和工匠精神教育。

5.培養(yǎng)學(xué)生具有勇于攀登科學(xué)高峰精神的設(shè)計和實踐。教師在講述聲子的光學(xué)性質(zhì)章節(jié)時，可引入黃昆先生在晶格動力學(xué)的研究和貢獻。通過黃昆先生的求學(xué)和科研經(jīng)歷及榮獲2001年度國家最高科技獎等多方面的榮譽，引發(fā)出其不怕困難、勇于探索的精神，鼓勵學(xué)生追求奮斗創(chuàng)新，努力攀登科學(xué)高峰。

6.培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新精神的設(shè)計和實踐。半導(dǎo)體低維結(jié)構(gòu)由于具有量子尺寸效應(yīng)等眾多體材料不具備的優(yōu)異性能，在半導(dǎo)體光電器件和芯片領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，以量子阱和超晶格的光電器件和制備光刻工藝為切入點，引入目前我們面臨的芯片制備過程中缺少高精度光刻機的“卡脖子”問題，引導(dǎo)學(xué)生勇于探索，克服困難，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新精神。

三、結(jié)論

通過開展“半導(dǎo)體光學(xué)”課程思政教學(xué)，引領(lǐng)學(xué)生立志趕超國際先進半導(dǎo)體光電行業(yè)技術(shù)。在習(xí)近平總書記四個面向的指引下，培養(yǎng)造就一批基礎(chǔ)知識扎實、創(chuàng)新能力強、熱愛國家、具有使命感、責(zé)任感和產(chǎn)業(yè)亟需的半導(dǎo)體行業(yè)拔尖人才，服務(wù)國家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略需求。

參考文獻：

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