复合型创新人才培养模式下的半导体物理教学改革及教学与科研相结合

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　　摘 要 半导体科学技术与计算机和通信的现代化、国防的现代化和社会的信息化都有着紧密的联系，而半导体物理学又是半导体科学技术的基础，因此该门课程对于国家科技、科学发展及人才培养都有着重要的意义。本文拟采用理论教学与实验教学及科研相结合的方法来对此课程进行改革，并通过改进教学内容、教学方法及教学手段来提高授课质量，从而为半导体物理学课程的改革及复合型创新人才的培养提供新的思路及方法。
　　关键词 创新人才 半导体物理 教学改革
　　中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.03.062
　　Abstract Semiconductor science and technology are closely related to the modernization of computer and communication， national defense and social informationization. Semiconductor physics is the basis of semiconductor science and technology. Therefore， this course has important significance for national science and technology， scientific development and personnel training. This paper intends to reform the course by combining theoretical teaching with experimental teaching and scientific research， and improve the teaching quality by improving the teaching content， teaching methods and teaching means， so as to provide new ideas and methods for the reform of the course of semiconductor physics and the cultivation of compound innovative talents.
　　Keywords innovative talents； semiconductor physics； teaching reform
　　0 引言
　　随着信息化时代的到来和科技的迅猛发展，当今社会急需基础宽厚、适应性强、富有创造性的复合型高科技人才。[1]半导体科学技术是当代高级科学技术的组成部分，是多种边缘学科和重大产业的重要支柱，是现代电子学和电子工业的基础。而半导体物理是半导体科学技术的基础，它是一门综合性很强的专业基础课，是基础理论和众多高科技应用学科之间的桥梁，为物理学、电子技术以及光电检测及相关学科奠定了理论及实践基础并发挥着核心作用。[2]该门课程是面向大多数理工科专业开设的课程，其所研究的基本性质及内在机理是电子、通信、控制领域的理论基础，所以其教学质量直接影响相关学科的理论及实践的后续教学，因此半导体物理学是一门涵盖范围广而又非常重要的专业基础课程。[3，4]然而在实际教学中我们发现，半导体物理学教学内容与现代科学技术的发展速度相比，存在着一定的滞后性，而且有部分学生存在着厌学情绪，没有体会到这门课程的重要性。这就需要教师对教学内容进行不断的调整改进，既保证课程的“与时俱进性”又能充分调动学生学习的积极性。本文从当前的半导体物理学教学现状出发，以长春理工大学“半导体物理学”課程教学为例，阐述其存在的问题并结合该课程特点对半导体物理学的教学模式进行合理改革，并提出教学与科研相结合的设想，以期提高教学质量，培养合格的人才。
　　1 目前半导体物理教学过程中存在的问题
　　1.1 理论课程与实验课程联系不够紧密
　　当前的半导体物理教学还是存在着理论课程与实验课程联系不够紧密的现象，以长春理工大学物理学专业的半导体物理教学工作为例，在半导体物理的教学内容中涉及到一些可以以实验相辅助教学的相关知识点，如pn结的特性测试、变温霍尔效应等。而相应的实验课程安排在相同学期的近代物理实验中，并由学生自主选择实验时间。这使得部分学生在学习相应知识点之前已经完成了相关实验，不能够很好的起到以实验辅助理论教学的作用，并且在进行实验过程中由于缺少理论知识，也导致实验基础不牢。应优化理论教学与实验课程的时间设置，来解决该问题。
　　1.2 教材及考核模式有待优化
　　长春理工大学选用的教材为刘恩科主编的《半导体物理学》（第七版，电子工业出版社），虽然该教材知识内容体系较为完善，但其编著时间为2011年，无法对本学科最新研究进展进行实时介绍。而对于半导体这类发展较快的学科而言，近些年人们发现的前沿问题更能提起学生学习的兴趣，可以在教学过程中适当融合本学科最新研究进展。考核方式相对单一，目前仍然采用平时成绩20%+期末闭卷考试成绩80%的方法。这种考核方式导致学生更多的关注书本题目，未能很好的注重综合分析能力的培养。应该通过新颖的教学手段和教学方法来辅助教学内容，以此来提高有效的授课质量，并通过优化考核模式的方法来检验教学成效。
　　1.3 教学与科研相对独立
　　大学教学的目的是为国家培养优秀的高科技人才，需要将学到的知识最终应用到实际的生产生活中，而不能以期末的考试成绩作为评判的唯一标准，要达到学以致用的效果。但目前来看，半导体物理的教学方式还是以应试教育为主的“学考”相结合的模式，老师教授理论知识，学生掌握一些为考试服务的内容，这未能很好的与国家培养人才的理念相结合。半导体物理是近年来进展较快，进步较大的一门学科，在近年的科研领域中同样占据重要的地位。作为半导体物理学课题组的成员，在担任半导体物理学的教学任务同时也承担相关的科研工作，在半导体物理教学与科研相结合方面有着一定的优势。应结合此门课程的特点，在教学中引入科研的因素，达到“学研”相结合的目的。 　　2 关于半导体物理教学改革的几点探索
　　2.1 理论教学与实验教学相结合
　　伴随着该课程的理论教学，在课下及时将半导体物理学相关的实验室对外开放，如扫描探针显微镜、超导材料的电磁特性、半导体PN结的物理特性研究、变温霍尔效应等实验，学生可以自主练习并选择时间进入到实验室，通过实验操作及数据分析，使学生加深对半导体物理概念规律的理解，促进理论知识学习的同时，又可以培养学生的专业科学素质、提高学生的思考及自主学习能力，为学生的进一步深造打下基础。也可让学生设计一些具有创新性质的基础实验，从基础理论及实验入手，培养学生的创新思维，为创新思维的进一步拓展做好铺垫。
　　2.2 用多样化的授课形式及考核手段来辅助教学
　　在教学过程中引入多媒体教学，实现教学手段现代化。半导体物理的某些教学内容，如电子跃迁、pn结结构、场效应晶体管结构等内容使用多媒体动画来表现能够使学生对此类问题有着更深刻的理解。借助多媒体教学能夠提高课堂效率，增大信息量，并且能够更生动形象的展现相关知识内容，使学生更容易理解，消除学习障碍，增加学习兴趣。也可加入学生班级群，采用网络进行教学交流与答疑。并且可以在群内针对某一问题进行讨论，引导学生独立思考并充分发表见解。同时，还可以利用这个网络平台师生间共享一些与本学科相关的最新研究成果。
　　在考核学生综合成绩时，对平时的20%成绩加以重新分配，采取多样化考核的方式，在原来的作业与出勤基础上加入新的考核手段，如以上内容中提到的讨论课表现情况、平时讨论发言情况等。更好的反应学生对半导体物理学的学习情况，避免学生局限于做题，而忽视学习知识本身。教学模式及考核手段的创新不仅有助于提高学生的学习兴趣，还能督促学生进行积极思考，有利于学生思维的拓展及思考方式的创新。
　　2.3 教学与科研紧密结合
　　加强实践环节，把物理知识和现代科技发展内容相结合，是开设大学半导体物理学课程的目的之一，利用此课程的特点及相关教师的优势，在教学的过程中引入科研环节，达到“学研”结合的目的。在教授理论课的同时引入实践教学，邀请有半导体学科背景的研究生导师，就本学科的前沿科研内容为学生做系统的、高效的综合性学术报告，并以趣味知识竞赛的形式来检验成效，在保证基础理论教学质量的前提下，因材施教，对其中一部分同学进行“英才式教育”。具体形式为：对学生听取科研讲座内容的效果进行调查，筛选出一些对前沿科学知识非常感兴趣的同学，用分组的方法将对同一科研问题感兴趣的同学交叉分组，并由相关导师负责。通过面谈或以互联网的形式建立导师和相对应的本科生以及研究生和本科生之间的对接关系，建立合理的学术梯队，从而促使本科生提前接受科研训练。在固定了学术梯队后尽早的进入相关负责导师的实验室，在老师的带领下与研究生一起进行和前沿知识相关的科学探索研究，最终以总结报告的形式和创新学分制的方法来检测并体现半导体学科科研实践的成效。促进半导体物理学教学改革的同时又能为本科生提供科研训练的机会，最终为培养创新型人才做出一定的贡献。
　　3 结语
　　本项目针对半导体教学自身的特点，结合长春理工大学物理专业学生的培养模式和特点，通过对半导体物理课程中的基础理论讲授及相关实验介绍相结合的方法改进教学手段，提高学生学习兴趣；除此之外，通过本方向相关前沿科技问题的介绍，使学生了解当今科技发展方向，并通过科研训练的方法来培养学生的创新精神，达到教学与科研相结合的目的。拟通过本次课程改革，推动教学质量的提高和创新型人才的培养。
　　参考文献
　　[1] 马丽，邵云飞.知识创造驱动下的高校创新人才协同培养[J].现代教育管理，2015（2）：109-114.
　　[2] 国家自然科学基金委员会.半导体科学与技术.北京：科学出版社.
　　[3] 胡云峰.半导体物理启发式教学改革探讨[J].科教导刊：上旬刊，2013（3）.
　　[4] 刘德伟，李涛.半导体物理课程教学改革探讨[J].中国电力教育，2013（34）.
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