CDIO模式在《半导体照明材料与器件》课程中的应用
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【摘 要】《半导体照明材料与器件》是材料科学与工程专业的专业课，是涉及固体物理的基本概念、材料的制备、器件的基本结构与设计等多学科的交叉课程。本文从培养应用型材料科学与工程专业人才的要求出发，针对传统的《半导体照明材料与器件》教学中存在的问题，基于CDIO教学模式，对本课程的教学方法进行一系列有益的教学改革讨论，并结合实际教学经验，提出了将CDIO工程教学理念应用于《半导体照明材料与器件》教学改革的具体措施。
【关键词】CDIO 《半导体照明材料与器件》 课程改革
半导体照明是指用全固态发光器件（发光二极管），作为光源的照明，具有高效、节能、环保、寿命长、易维护等显著特点，是近年来全球最具发展前景的最新技术领域之一，是人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一场照明光源的革命，半导体发光材料与器件有着巨大的市场与技术创新空间。因此，培养半导体照明领域的专业技术人才是材料科学与器件专业人才培养的一个新方向。《半导体照明材料与器件》更是一门重要的专业基础课，是涉及固体物理的基本概念、材料的制备、器件的基本结构与设计等多学科的交叉课程。本课程的主要目标为培养学生了解常见的半导体发光材料的发光原理和制备方法，掌握半导体发光器件的工作原理、结构以及应用，了解最新的发光材料和器件，为分析、研究和设计半导体光电器件打下基础。为了适应材料工程与科学专业高水平应用型人才培养的需求，培养解决实际问题和创新的能力，我们需要探索本课程新型的教学方法。
CDIO工程教育模式，是近年来国际工程教育改革的最新成果，是由美国麻省理工学院、瑞典皇家工学院、瑞典查尔摩斯工业大学和瑞典林雪平大学等四所大学共同创立的工程教育改革模式。CDIO的含义为构思（conceive），设计（design），实现（implement）和运作 （operate），它以产品从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式进行学习。
1.教学现状及CDIO课程改革思路
在传统的《半导体照明材料与器件》的教学中，主要是教师在课堂上按照课本的章节顺序介绍本常见的半导体发光材料的发光原理和制备方法、半导体发光器件的工作原理和结构、最新的发光材料和器件的应用等内容，并以期末考试或考查评估学生掌握的情况。这种教学方法偏重于理论知识的灌输，割裂了教和学的互动，忽视了对学生创新思维过程能力的培养，教学结果也过于看重考试成绩，缺少形象思维、构思表达和创造设计这种综合能力的训练。
课程改革的目标就是在传授给学生《半导体照明材料与器件》相关的理论知识的同时，能够培养学生的个人能力、人际团队能力和工程系统能力。使学生在接触工程教育的那一天起，就摒弃中学时的学习方法和观念，只有这样才能真正构建完整的CDIO工程教学体系。笔者在本课程的教学过程中，深刻体会到进行教学改革的必要性，积极探索以CDIO理论为导向、以学生为中心、教师从旁引导的新型教学方式，以期令教师教学与学生实践融为一体。
2.基于CDIO理念的课程改革措施
基于CDIO的教育理念，我们在《半导体照明材料与器件》课程的教学中，采用了以项目推动教学的新型课程改革。具体内容如下：
1）把课程章节按照半导体照明器件制造的整个生命周期分成四个部分：半导体照明材料生长，半导体照明器件结构设计，半导体照明器件制造和封装，半导体照明器件的驱动、控制及检测。
2）让学生围绕以上四个内容调研，列出为了制造一个半导体照明器件，需要学习哪些基本理论知识。此部分为本课程的核心部分，能充分调动学生求知的积极性。具体实施的时候可以将学生分成若干小组，分块进行调研。
3）教师根据学生的调研，进行总结和补充，按照教学大纲要求制订需要课程讲授的知识点。此过程与学生进行沟通，明确哪些知识点的讲授可以解决学生对特定模块所提出的问题。每次课堂授课后，与学生沟通确认是否解决了他们对半导体照明器件制造过程中某一步骤的疑惑。
4）全部课堂授课内容完成后，总结半导体照明器件的整个制造流程，结合理论和产业实际，激发学生讨论半导体照明器件产业的不足和可改进处，可以结合最新的科研和产业成果。
综上所述，通过这样四个步骤，充分调动学生主动学习的积极性，并理论联系实际，深化课堂知识点的学习，是CDIO教学理念的一个具体应用实例。
3.结语
本课题基于CDIO教学模式，创立了《半导体照明材料与器件》新型的教学互动的教学模式。在实际教学过程中，以一种特定的半导体照明器件的完整的制造过程为核心，推动相关理论知识的教学以及实验合成方法的介绍，提升学生主动获取知识的能力，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。本教学方法自2014年开始在上海第二工业大学环境与材料工程学院新能源材料专业进行完整的改革和实践，具有较高的理论意义和推广价值。
【参考文献】
[1]Edward Craweley， Johan Malmqvist， Soren Ostlund， Doris Brodeur. Rethinking Engineering Education： The CDIO Approach， Springer.
[2]顾佩华，沈民奋.重新认识工程教育：国际CDIO培养模式与方法[M].北京：高等教育出版社，2009.
[3]王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009（05）.
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