“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程思政教育與教學(xué)建設(shè)探索

［摘 要］ 思政教育是課程教學(xué)中非常重要的環(huán)節(jié)，進行相應(yīng)的課程改革建設(shè)并將思政元素融入課程，實現(xiàn)智育與德育的交互發(fā)展，深入貫徹落實習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上的重要講話精神，實現(xiàn)各類課程與思想政治理論課同向同行。“半導(dǎo)體物理學(xué)”在教學(xué)過程中多維度融入思政元素，將專業(yè)課程與思政教育有機結(jié)合，寓價值觀引導(dǎo)于知識傳授和能力培養(yǎng)中?？茖W(xué)設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容與手段，把學(xué)生作為課堂主體，培養(yǎng)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，形成師生高效溝通交流的良性循環(huán)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。課程中涉及較多的理論知識，通過與科技前沿結(jié)合的方式增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生建設(shè)我國半導(dǎo)體事業(yè)的使命感和責(zé)任感。

［關(guān)鍵詞］ 半導(dǎo)體物理學(xué)；課程建設(shè)；思政育人

［基金項目］ 2022年度北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究課題（ER2022SZB01）

［作者簡介］ 周麗星（1992—），女，河北邢臺人，博士，北京工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院講師（通信作者），主要從事半導(dǎo)體器件物理研究；張亞民（1985—），男，湖南岳陽人，博士，北京工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授，主要從事新型半導(dǎo)體器件及可靠性研究；馮士維（1961—），男，遼寧蓋州人，博士，北京工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授，主要從事微電子器件及光電子器件可靠性物理、新型半導(dǎo)體器件制備與特性研究。

［中圖分類號］ G641 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）38-0121-04 ［收稿日期］ 2023-05-22

引言

2016年，習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)，要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程［1］?！熬唇虅駥W(xué)，建國之大本；興賢育才，為政之先務(wù)?！保ㄖ焖此吨焖此衽d》）教育是民族振興、社會進步與發(fā)展的重要基石，重視教育、鼓勵學(xué)習(xí)是建設(shè)國家的根本，起用賢良培養(yǎng)人才，是治理國家的首要任務(wù)，要德政育人。《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出，要全面推進課程思政建設(shè)，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，促進學(xué)生的全面發(fā)展，使學(xué)生成長為優(yōu)秀的社會主義建設(shè)者和接班人［2］。高等學(xué)校專業(yè)課程在專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮著重要作用，也支撐著學(xué)校專業(yè)的發(fā)展。高等學(xué)校人才培養(yǎng)是育才和育人相統(tǒng)一的過程，建設(shè)高水平人才培養(yǎng)體系，必須將思想政治工作體系貫通其中，做好課程思政建設(shè)，協(xié)同發(fā)展專業(yè)課程的顯性教育和思政培養(yǎng)的隱性教育，將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體，落實立德樹人根本任務(wù)。

“半導(dǎo)體物理學(xué)”是電子科學(xué)與技術(shù)、微電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。我國半導(dǎo)體相關(guān)專業(yè)起步于1956年，由北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、吉林大學(xué)、廈門大學(xué)和南京大學(xué)聯(lián)合開辦了半導(dǎo)體物理專業(yè)。隨后，涉及微電子器件的專業(yè)都將“半導(dǎo)體物理”作為專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。北京工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)起始于1964年，隨著時代的發(fā)展，專業(yè)名稱、學(xué)時不斷調(diào)整，該課程一直是專業(yè)核心基礎(chǔ)課程之一。盡管新材料不斷出現(xiàn)（如GaN、SiC、ZnO等），課程核心理論仍然是支撐半導(dǎo)體器件的重要基礎(chǔ)。隨著微電子與集成電路成為國家先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和政治性產(chǎn)業(yè)，面對國家微電子與集成電路人才緊缺的局面，該課程也更凸顯其建設(shè)的重要性。如今社會利益多元化，學(xué)生的價值觀受多方面的影響，為培養(yǎng)半導(dǎo)體領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)高端人才，將思政元素融入課程教學(xué)，實現(xiàn)浸潤式的思政育人，以更好地引導(dǎo)學(xué)生對主流價值觀的認(rèn)同［3］。

半導(dǎo)體芯片造就了信息時代的飛速發(fā)展，然而，我國高端芯片嚴(yán)重依賴于進口輸入，尤其在美國打擊中興、斷供華為之后，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨極大挑戰(zhàn)，實現(xiàn)我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的自立自強，把握核心關(guān)鍵技術(shù)，全面發(fā)展我國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是迫在眉睫的重要任務(wù)［4］。在這樣的行業(yè)發(fā)展背景下，對高等學(xué)校半導(dǎo)體專業(yè)領(lǐng)域的人才培養(yǎng)提出了嚴(yán)格的要求?！鞍雽?dǎo)體物理學(xué)”是本領(lǐng)域一門核心的專業(yè)基礎(chǔ)課程，半導(dǎo)體物理學(xué)課程的建設(shè)顯得尤為重要，要培養(yǎng)學(xué)生解決半導(dǎo)體物理問題的能力，以及敢于面對挑戰(zhàn)、勇于擔(dān)當(dāng)?shù)木瘢赃_(dá)到為國家培養(yǎng)具有堅實專業(yè)知識，優(yōu)良道德品質(zhì)，深厚家國情懷的高素養(yǎng)專業(yè)人才。為此，本文進行如下課程建設(shè)與思政育人的探索和實踐。

一、課程建設(shè)目標(biāo)

“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，前續(xù)課程有“普通物理”“理論物理”“固體物理”，后續(xù)課程有“半導(dǎo)體器件物理”“集成電路設(shè)計”“光電子器件”和“功率器件”等。在專業(yè)課程體系中，“半導(dǎo)體物理學(xué)”是初步了解和掌握利用半導(dǎo)體晶體制備固態(tài)器件的首門課程。通過學(xué)習(xí)該課程，培養(yǎng)學(xué)生“芯片微小”卻是“大國重器”的家國情懷，以及以努力求學(xué)、擺脫技術(shù)封鎖為己任的胸懷；掌握在利用半導(dǎo)體制備核心器件過程中涉及的核心理論、知識點和分析方法；能夠運用數(shù)學(xué)、物理知識，建立半導(dǎo)體材料制備固態(tài)器件理論模型，正確分析其載流子運動行為及基本工作原理、性能參數(shù)與材料和制備工藝的關(guān)系；具備初步綜合分析PN結(jié)、MOS結(jié)構(gòu)和金屬半導(dǎo)體接觸，以及其性能與影響因素關(guān)系的能力。

二、課程教學(xué)內(nèi)容與方法

（一）優(yōu)化教學(xué)方式，線上線下教學(xué)相結(jié)合

傳統(tǒng)的教學(xué)方式只是教師在課上進行單方面的講授，學(xué)生只是被動地接受知識，教師的講授方式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式都比較單一，加之本門課程自身的特性，課程中含有大量的物理概念、物理公式及數(shù)學(xué)推導(dǎo)等，學(xué)生聽課時容易感到疲乏，難以理解。對教學(xué)方式進行改革，學(xué)生在課上能夠輕松地主動接受知識，將會在很大程度上提高學(xué)習(xí)效果。如今信息社會互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，結(jié)合線上教學(xué)和學(xué)習(xí)方式也是教學(xué)模式發(fā)展的需要。本課程針對本校學(xué)生建設(shè)了線上課程，線上課程包含教學(xué)視頻、習(xí)題練習(xí)等內(nèi)容。學(xué)生在進行學(xué)習(xí)時可以不受時間和空間等的限制，學(xué)習(xí)的自由度更高，也更便捷。利用線上教學(xué)平臺也可以反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，如學(xué)生的學(xué)習(xí)時長、學(xué)習(xí)頻率等。例如，針對某一內(nèi)容的課程視頻學(xué)生的觀看時長較長、頻率較高，在一定程度上反饋了學(xué)生對此知識點的掌握存在一定困難，教師在課上將會有針對性地并更細(xì)致地講授這些重點和難點問題。因此，協(xié)同線上教學(xué)和線下教學(xué)，使兩種教學(xué)模式相互促進，有利于達(dá)到理想的教學(xué)效果。

（二）注重科技前沿與教學(xué)內(nèi)容的結(jié)合

“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程的物理概念與公式較多，理論性較強，學(xué)生對所學(xué)課程內(nèi)容易產(chǎn)生倦怠心理，降低了學(xué)習(xí)的積極性［5］。為使學(xué)生更好地理解知識點，教師在教學(xué)過程中要發(fā)揮科研積累的優(yōu)勢，充分展現(xiàn)新科技發(fā)展的動態(tài)，豐富教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生探索新知識的興趣。如今，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)日新月異，科技成果層出不窮，然而教材的內(nèi)容較為滯后，對新的科研成果涵蓋較少，教學(xué)與科研存在脫節(jié)現(xiàn)象。在快速發(fā)展的信息時代，學(xué)生接觸的新事物、新技術(shù)都在增加，學(xué)生的自我意識也在不斷增強。將科技前沿成果等內(nèi)容融入教學(xué)過程，不僅能夠豐富課堂知識內(nèi)容，還可使學(xué)生拓寬視野，同時在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維能力。照本宣科的授課方式在極大程度上降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，結(jié)合具體科研實例，使學(xué)生真正學(xué)以致用，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，使教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果。比如，在講解PN結(jié)特性時，結(jié)合科研中的實例，將如何利用PN結(jié)隨溫度變化線性，測量器件工作溫升、預(yù)測器件壽命，并應(yīng)用于衛(wèi)星組件檢測、華為5G核心器件溫升測量等，使理論知識變得“鮮活”起來。將科技前沿與科研成果融入教學(xué)，使科研與教學(xué)相促相長，以實現(xiàn)對學(xué)生的專業(yè)技術(shù)和創(chuàng)新能力、科研思維等方面的培養(yǎng)。

（三）翻轉(zhuǎn)課堂的互動教學(xué)理念

翻轉(zhuǎn)課堂以學(xué)生為中心，了解學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的差異，促進各層次學(xué)生不同的發(fā)展，利用線上學(xué)習(xí)平臺作為翻轉(zhuǎn)課堂的主要支撐，線上學(xué)習(xí)資源作為學(xué)生獲取新知識的途徑，依據(jù)學(xué)生的自驅(qū)力來完成學(xué)習(xí)任務(wù)。通過精心設(shè)置預(yù)習(xí)內(nèi)容，要求學(xué)生在課前預(yù)先學(xué)習(xí)并完成相關(guān)預(yù)習(xí)作業(yè)，初步了解學(xué)生對課堂內(nèi)容的掌握情況，把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，將理解有偏差的共性問題拿到課堂中進行深入討論。教師和學(xué)生是教學(xué)過程中的兩個主體，教學(xué)方法和教學(xué)模式相互配合才會獲得比較好的教學(xué)效果［6］。“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程通過部分翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計，做到有的放矢，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高其參與度，使學(xué)生成為課堂的主導(dǎo)，逐步引導(dǎo)學(xué)生形成自主探究式的學(xué)習(xí)方式，這樣學(xué)習(xí)就不再是教師一味地單方面輸出，而是在師生互相研討的過程中進行知識的發(fā)掘，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體性，更有利于學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)與發(fā)展。

（四）以實踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力

本課程在基礎(chǔ)理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，增設(shè)了實踐教學(xué)的內(nèi)容，通過實踐教學(xué)，幫助學(xué)生更深層次地理解基礎(chǔ)理論知識，并培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力。“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程具有較強的理論性，也是與實際工程應(yīng)用結(jié)合得比較緊密的一門課程。課程的第六章和第七章內(nèi)容講述了基本的器件PN結(jié)和MOS結(jié)構(gòu)，這是兩種基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，且這兩個章節(jié)的內(nèi)容也綜合了前幾章的內(nèi)容知識。為鍛煉學(xué)生對知識的綜合掌握和靈活運用，本課程在這兩個章節(jié)設(shè)置了兩個工程類大作業(yè)，使學(xué)生能夠依據(jù)本課程所學(xué)的知識解決實際工程問題。以此方法使半導(dǎo)體理論和實際應(yīng)用相結(jié)合，不僅加強了學(xué)生對知識運用的綜合能力，而且使學(xué)生體會到了學(xué)以致用的快樂，對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有事半功倍的效果。此外，在學(xué)生的總成績考核中增加對此部分實踐作業(yè)的考核，使學(xué)生在平時學(xué)習(xí)過程中始終保持較好的學(xué)習(xí)效率，以期更好地完成課程教學(xué)目標(biāo)。

三、課程思政建設(shè)實踐

（一）課程思政育人目標(biāo)

通過對當(dāng)前國家微電子與集成電路行業(yè)的分析，面對國家先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和政治性的集成電路產(chǎn)業(yè)，課程寓價值觀引導(dǎo)于知識傳授之中，培養(yǎng)學(xué)生的理想信念、家國情懷、民族自信、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、職業(yè)素養(yǎng)、行為規(guī)范等；引導(dǎo)學(xué)生要有責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識和愛國敬業(yè)、創(chuàng)新奮斗精神，并結(jié)合半導(dǎo)體工藝特性方面的特殊要求，培養(yǎng)學(xué)生遵從行業(yè)規(guī)范、保護知識產(chǎn)權(quán)的工程倫理素養(yǎng)。

（二）課程思政元素案例

針對當(dāng)下高端集成電路技術(shù)成為國家產(chǎn)業(yè)鏈中“卡脖子”技術(shù)瓶頸問題，在課程講授中，通過典型案例持續(xù)融入微電子人的家國情懷與責(zé)任感，以潤物無聲的方式將正確的價值追求、理想信念有效地傳遞給學(xué)生。例如，通過中興、華為被制裁事件，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到：中美貿(mào)易爭端實質(zhì)上是對中華民族偉大復(fù)興的中國夢的阻撓，激發(fā)學(xué)生樹立家國情懷；通過介紹老一輩科學(xué)家在中華人民共和國成立之初，如何不畏險阻建立半導(dǎo)體學(xué)科、專業(yè)及人才培養(yǎng)體系的感人事跡，激發(fā)學(xué)生的愛國主義情懷；通過介紹我國在半導(dǎo)體各方向的發(fā)展現(xiàn)狀、差距及突破，激發(fā)學(xué)生踏實學(xué)好基本理論、實現(xiàn)科技興邦的動力?！笆奈濉币?guī)劃綱要指出，瞄準(zhǔn)集成電路等前沿領(lǐng)域，制定實施具有戰(zhàn)略性的科學(xué)計劃項目［7］。如今學(xué)生的個人專業(yè)發(fā)展與國家的戰(zhàn)略需求相吻合，使學(xué)生能夠融入國家戰(zhàn)略，發(fā)展自我、成就自我。

（三）思政融入方式探索

鑒于前期課程建設(shè)的措施，采用部分翻轉(zhuǎn)課堂模式，并結(jié)合線上線下的混合教學(xué)方法，同時利用本校提供的線上教學(xué)平臺，為思政建設(shè)提供了強有力的支撐和開展條件。

1.線上平臺為學(xué)生提供相關(guān)的學(xué)習(xí)視頻資料。如今短視頻對信息的傳播十分流行，將思政視頻內(nèi)容嵌入線上學(xué)習(xí)平臺，促進學(xué)生樹立正確的價值觀，進行潛移默化的涵養(yǎng)，如上文中提及的老一輩科學(xué)家建設(shè)我國半導(dǎo)體的艱辛歷程，通過設(shè)置視頻任務(wù)，學(xué)生觀看視頻后寫下觀看感受，對我國的半導(dǎo)體發(fā)展有更深入的了解。

2.設(shè)計翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生在課下進行學(xué)習(xí)，在課上進行知識的討論與延伸思考。例如，在講授MOS結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容時，設(shè)計思考點：器件尺寸持續(xù)微縮會造成的問題及所引入的技術(shù)革新，開闊學(xué)生的思維，并結(jié)合科研實例，使學(xué)生對知識技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展有清晰的體會，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、課程建設(shè)成效

目前，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情大幅提高，在課堂教學(xué)中能認(rèn)真參與課程的討論，并積極表達(dá)自己的想法，專注聆聽教師講課。在課堂講授中持續(xù)融入思政教育，充分調(diào)動了學(xué)生對學(xué)習(xí)本專業(yè)的熱情，增強了學(xué)生對自身專業(yè)的認(rèn)同感，并能夠積極投入半導(dǎo)體行業(yè)的建設(shè)。“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程作為多數(shù)學(xué)校的考研課程，學(xué)生繼續(xù)深造率逐年提高，從2018年的51%上升到2022年的80%，這體現(xiàn)了學(xué)生對我國半導(dǎo)體事業(yè)建設(shè)的支持和決心。本科學(xué)生積極參加各種科技競賽，取得了較好的成績，其中國家級獎項20余項，表現(xiàn)出了極大的創(chuàng)造力。

結(jié)語

科技自立自強是國家的強盛之基，在半導(dǎo)體領(lǐng)域核心技術(shù)上實現(xiàn)自給保障，才能真正突破制約我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”技術(shù)瓶頸。人才的培養(yǎng)在實現(xiàn)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不可或缺，教育是人才培養(yǎng)的關(guān)鍵?！鞍雽?dǎo)體物理學(xué)”作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)半導(dǎo)體領(lǐng)域人才的一門重要專業(yè)課程，是對實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)具有重大影響的基礎(chǔ)性課程，其建設(shè)是十分有價值的。通過對“半導(dǎo)體物理學(xué)”課程在教學(xué)方法和手段上進行改革，使學(xué)生擁有更多的機會主動思考問題，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的學(xué)習(xí)方式，提高了教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量。將思政元素融入課堂，學(xué)生在接受專業(yè)知識的同時，在德育方面也潛移默化地受到熏陶，逐漸建立起愛國自信、創(chuàng)新奮斗的精神，積極承擔(dān)起建設(shè)中國半導(dǎo)體事業(yè)的使命擔(dān)當(dāng)，不斷走向自立自強。

參考文獻

［1］習(xí)近平在全國高校思想政治工作會議上強調(diào) 把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程 開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面［N］.人民日報，2016-12-09（1）.

［2］教育部.關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的通知：教高〔2020〕3號［A/OL］.（2020-06-05）［2023-04-22］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

［3］于桂花.“課程思政”教學(xué)實踐路徑探析［J］.教育理論與實踐，2020，40（15）：27-29.

［4］張倩.《瓦森納協(xié)定》調(diào)整下中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46（10）：34-38．

［5］張強，郝潤芳，菅傲群，等.半導(dǎo)體物理學(xué)教學(xué)改革的探索與實踐［J］.物理通報，2021（11）：25-27.

［6］李明剛.優(yōu)質(zhì)課堂教學(xué)的基本要素［J］.教育研究與評論，2020（5）：72-76.

［7］中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要［EB/OL］.（2021-03-13）［2023-04-22］.http：//www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm.

Research on Curriculum Ideology and Politics Construction of Semiconductor Physics

ZHOU Li-xing， ZHANG Ya-min， FENG Shi-wei， ZHU Hui

（College of Information Science and Technology， Beijing University of Technology，

Beijing 100124， China）

Abstract： Ideological and political education is very important link to course teaching. It contributes to the coordinated development of intelligence education and moral education to integrate ideological and political elements into the curriculum， thoroughly implement the spirit of Xi JinPing， General Secretary of CPC at the National Conference on Ideological and Political Work for Colleges and Universities， combining the professional knowledge and moral instilling guides correct values during the students’ cultivation. We scientifically design the course content and enrich teaching method to improve teaching standard， guide students to develop the ability of independent inquiry learning and improve the communication between teachers and students. Considering the characteristics of the course which involves lots of theoretical calculation and physical concept， we introduce frontier technology to enhance student learning interest and creativity， inspiring their sense of mission and responsibility.

Key words： Semiconductor Physics; curriculum construction; ideological and political education