《半导体器件物理》研究生课程教学模式的探究与实践

来源:用户上传      作者:郑新和 王馨颐 王茜茜

　　摘要：以科研问题为导向的师生互动教学模式，对于提高学生学习热情、培养科研创新能力、提高综合素质具有重要作用，是研究生专业课程教学值得推广的教学模式。文章阐述了以科研问题为导向的师生互动教学模式的思想、优势及实施要点，分析了传统教学模式在研究生专业课程半导体器件物理教学中遇到的问题，在课程教学中引入师生互动、生生互动教学模式进行了实践，并取得了良好的效果。
　　关键词：教学模式;研究生课程;师生互动;生生互动
　　中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）15-0167-03
　　 引言
　　半导体器件物理课程是我校数理学院教师给研究生开设的一门专业课程，其授课对象面向全校理工科学院，近年来吸引了来自数理、材料、冶金、计通等多个学院的学生。该课程主要从半导体光电子器件物理角度出发，重点讲述高等半导体科学基础和技术。半导体科学和技术自诞生以来，就一直引领计算机、通信和自动化领域的发展。在当今发展的大趋势下，半导体技术扮演着越来越重要的角色。目前，半导体行业已进入一个新的发展阶段，既面临着应用的进一步推广和普及，又面临着新的问题需要去研究、去解决。尤其是未来的发展，各种研究不同程度上都以智能化和信息化为重要目标。而且，半导体技术既涉及基础研究又有直接的市场应用，因此半导体的器件物理作为研究生专业基础课将显得尤为重要。然而，传统的教学模式常常表现出课程内容陈旧、知识面偏窄以及教学方式单调、课堂缺乏互动等缺点，不利于培养研究生的创新能力、自主学习能力和解决问题的能力，所以迫切尝试探索一种新的教学模式来满足当前人才培养的需求。
　　以科研问题为导向的师生互动教学模式基于学生的培养目标，是优于传统教学的一种新模式，可以充分调动学生的学习热情，提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，提高学生的综合素质。文章将详细地介绍以科研问题为导向的师生互动、生生互动教学模式的思想、优势，并基于研究生半导体器件物理课程教学中存在的问题，利用两者互动的教学模式做了一些探索，并进行了总结分析，希望能为以后的研究生课程教学提供一些新思路。
　　一、师生互动和生生互动的双重教学模式
　　传统的教学模式下，知识点的传输为平面灌输型，教师像是一个“演员”在不停地讲，而学生只负责听，这样不仅教师讲的口干舌燥，学生也听得枯燥无味。尤其像半导体器件物理这门课程专业性和综合性都十分强，需要固体物理、量子力学、凝聚态物理、材料学、电子学等方面的基础。同时，也涉及材料、冶金、计算机、通信、自动化和电子方面的专业内容。面向的学生也具有不同的研究方向，不具有专业的半导体知识背景。因此传统的教学模式不能满足教学需求，也不能达到研究生“厚基础、强实践、重创新”的教学目标。师生互动教学模式一个显著的特征是：学生积极主动地参与到教学活动中，师生之间有着充分的交流互动。这时教师不再只是知识的传送器，而是“导演”“评论员”。对于研究生而言要着重培养的是学生的创新思维和研究能力，要使研究生通过课程学习有所提升，要在课程上体现“研究”内涵，这需要教师的不断引导和启发。以科研問题为导向的师生互动教学模式正好符合这种需求，是适应于时代的新的教学模式。
　　教师在授课的过程中将相关的最新半导体研究和前沿发展融入相关的知识或科研领域，并引出相关科研问题，激活学生研究兴趣。之后要求学生结合自己将要从事的研究方向，在课堂上进行PPT报告，这时教师作为一个倾听者，真正地把课堂交给了学生。面对自己感兴趣的方向，学生会主动地去查阅文献，积极专研探索，将所学到的知识真正的内化为自己的东西，然后再讲出来，学生的进步是不言而喻的。在这个过程中，使学生对科研的过程有了一个更深刻的了解，从发现科研问题，查阅文献，提出解决问题的思路和方法等等，锻炼了学生的科研能力和创新思维。在学生做完报告之后，教师引导其他学生发表自己的看法并提出一些问题由报告者回答，加入生生互动环节。有些参与交流互动的学生思维跳跃，见解大胆，可能某些观点不太合理，但仍然会引人思考，给人启发。教师在引导主持的过程中，要注意气氛的调节。当学生出现不正确的观点时，也不要立即批评指正，这样会打击学生的积极性，使课堂气氛变得沉闷。只有教师引导得法，课堂才会在热烈又充满学术氛围中进行下去。最后，由教师进行总结发言，这点是很重要的。要对学生没有阐述明白的地方进行补充，也要鼓励并发现学生闪光的地方。这需要教师有很宽的知识面和敏锐的科研眼光，才能在潜移默化中帮助学生树立正确的研究思路。
　　同时，为了保证学生的报告质量，教师要提出明确的要求，并在前面学生报告的过程中不断提出改进意见，以供后面学生参考，这样报告的质量才会越来越好。也要给学生留有足够的时间去完成，从布置任务到课堂报告，应至少给学生留有两个星期的时间，学生有足够的时间去找到问题，查找资料文献，并做好PPT，整理好发言稿。只有这样用心的完成，才能达到预期的教学效果。教师在课程的中间还应时常了解学生进度，起到督促的作用。
　　二、在半导体器件物理课程中的应用
　　长期以来，研究生培养受目标不明确、规模过大的影响，我国研究生在培养目的、培养方式、课程设置等方面的问题日趋突出，出现了不够重视研究生课程学习、课程体系有待完善以及研究生的课程建设始终处于一种被动、滞后的状态，表现为课程内容陈旧、知识面偏窄以及教学方式单调、课堂缺乏互动等。半导体器件物理这门课程，将重点结合主讲教师长期从事半导体器件与物理方面的研究背景，突出课程学习的研究性和前沿性，在课程内容的深度性、专业性以及综合性上做文章。注重激发研究生进行课程学习的热情和兴趣，把课堂交给学生，采用以科研问题为导向的师生互动和生生互动双重教学模式，这将为培养研究生的创新能力提供重要手段，为研究生从事科研和论文撰写工作提供重要基础。 　　任课教师从半导体领域的宏观概况、半导体物理、太阳能电池、发光二极管这四个方面进行讲述，每堂课配合学生的课堂报告。这种教学模式将传统的授课课堂延伸至更广阔的课外，学生围绕着半导体器件物理学科的内容并结合自身的科研方向谈感悟，深思考。在查阅资料、学习研究、制作并讲解PPT、师生和生生间相互交流的过程中，学生不仅对该课程有了更深层次的理解，更对自己未来的科研之路具有重要的指导意义。例如某学生讲解的内容为量子点太阳能电池，通过对太阳能电池的发展历程及量子点太阳能电池的工作原理介绍，不仅丰富了该课程的内容，还进一步引发其他学生的思考提问。其中，参与互动的学生提问到：量子点太阳能电池和传统的太阳能电池相比有哪些优势？为何该电池的理论效率值可以高达44%？……这些问题对正在进行研究太阳能电池的学生本人来讲，都有可能忽略掉，而通过这种生生互动交流的方式极大地丰富了学生的研究思路，启发了科学问题的来源。又比如，在学生讲等离子增强原子层沉积低温生长氮化镓薄膜后，有学生问：和金属有机物化学气相沉积相比原子层沉积有哪些优势？仅仅是能低温生长这一个优势吗？通过这些提问，不仅引发报告者的思考，为其以后的研究提供了想法，而且也提高了研究生课堂上的听课效果。通过这位学生的报告，其他学生也更加全面的认识了第三代半导体材料氮化镓，也了解了原子层沉积这种制备薄膜的方法。还有，在一个学生讲半导体异质结器件应用时，由于准备内容过多，时间又有限制，没有很好地讲明白问题。这时，教师及时提出意见，就如何精练所要报告的内容给出指导性意见。从而，有针对性地提高了学生做学术报告的水平，也锻炼了学生的表达能力。在研究生的科学研究训练过程中，实验研究是个很重要的部分，但如何将实验结果进行剖析并凝练表达出来同样尤为重要。面对重点难点问题时，教师要强调要引导;面对一些错误概念时，教师要及时发现并加以改正;面对冷场无人提问的状况，教师要启发鼓励学生发言。不要害怕提出问题，即使问题错了，至少也是一次大胆的尝试。正如世界著名研发公司-国际商用机器公司（IBM）的创建者沃森强调：如果你要成功，最好的方法是多犯错。因此，教师和学生们在你来我往的互动中极大地开拓了各自的思维，真正实现了课堂上的教学相长，这一点正是传统课堂所欠缺的。
　　课程结束时学生需完成学习这门课程的心得，内容可涉及上课体会、对课程中的器件研究提出科学问题以及该学科发展的天马行空直觉等。通过完成的课后心得，发现绝大多数的学生都有提到很喜欢这种教学模式，不仅能够从课堂中学习到专业的半导体器件物理知识，还可以在师生、生生互动之间拓宽自己的知识面，激发学生的学习兴趣，提高科学研究的创新能力。
　　三、思考与总结
　　师生互动和生生互动的双重教学模式在半导体器件物理这门专业课中经过几届课堂实践，从综合评价结果与学生反馈的情况来看，授课质量、学生参与度与传统课堂相比已有较大的提高。具体表现如下：（1）教师讲解与学生展示相结合，极大地丰富了课堂内容，学生不仅学习到了半导体相关的专业知识和研究动态，还能在学生展示环节充分体现自我个性与创造精神，真正实现研究生“厚基础、强实践、重创新”的教学目标;（2）学生通过查阅文献、制作并展示报告，将自己的科研课题与半导体器件物理课程所学相结合，在课堂的师生、生生热烈讨论之中获得科研新思路。当然，一种新的教学模式在应用的过程中需要不断地完善，这便要求教师和学生的共同努力。一方面，要求学生课前用心准备，课上积极思考与互动;另一方面，对教师而言，不仅需要花费更多的时间和精力去备课，在广度和深度二维层面充分体现学科的专业性与前沿性，还要在课堂上把控时间、活跃气氛，使师生互动、生生互动的教学模式更好地应用于教学活动中。
　　参考文献：
　　[1]祝爱武.研究生复合型人才培养：内涵与特征[J].高等理科教育，2017，（06）：41-4
　　[2]王贤敏，吴柯.硕士研究生创新能力培养机制研究[J].教育教学论坛，2018，（50）：220-221.
　　[3]董国炎.改革課堂教学 培养硕士生研究能力[J].中国大学教学，2006，（11）：20-22.
　　[4]陈朝晖，王达诠，陈名弟，文国治.基于知识建构与交互学习的混合式教学模式研究与实践[J].中国大学教学，2018，（08）：33-37.
　　[5]熊筱燕.对推动师生互动教学模式的两点思考[J].江苏高教，2003，（03）：131.
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