微电子工艺课/实验/生产实习的整合研究

王 蔚 田 丽 付 强

哈尔滨工业大学 黑龙江哈尔滨 150001

20世纪80年代初，J.M.德克特勒首次提出了“最终的整合目标”这一概念，它成为整合学业理论的基础[1]。最初，这一理论被应用在欧洲大学为适应教学大纲的学业整合方面。整合教学实际上是一种以能力为导向的教学方法[2]，它力图通过整合来发展学生的能力，使学生能在某一情境中调动所学知识、技能，以及其他资源来完成目标。近年来，整合教学受到普遍关注，整合教学法已被应用于各层次的教学实践，在国内高校中也开始出现应用整合教学法进行专业课教学的报道[3,4]。

“微电子工艺”“微电子系列实验”“生产实习”是微电子课程群中教学内容相近，教学形式不同的3门专业课程，我校对其进行了整合教学研究，提出了新的教学模式，编写了涵盖这3种形式教学内容的教材，设计了教学方案，并进行了初步实施及评价。

1 微电子工艺课程分析

1.1 原课程安排

“微电子工艺”是当前高校电子类本科专业的核心课程，其教学目的是使学生掌握硅集成电路芯片制造工艺的基本原理和方法，了解微电子产品制造关键技术及其发展方向。而“微电子系列实验”和“生产实习”是与“微电子工艺”课程内容关联性很强的实践教学环节。“微电子系列实验”是独立设置的实验课程，其教学目的是使学生掌握硅芯片关键工艺的实验、检测技术和常用仪器的使用方法。“生产实习”则是通过组织学生到现代化企业参观学习，在工艺线上直接参与生产实践[5]，使之了解微电子产品的生产过程，行业发展动态，从而提高他们解决问题的能力及综合素质。本质上，这3门课程是教学形式不同，但教学内容相近的一个课程模块。在当前的教学大纲中，这3门课程都是独立开设的，通常在大三上学期分别开出40学时的工艺课、20学时的系列实验和4周的生产实习。因此，“微电子工艺”课堂教学和实践教学结合的较为松散，总学时数也偏多。

1.2 教学现状分析

“微电子工艺”具有涉及知识面宽，综合性强，理论与实践结合紧密的特点。若只采取课堂教学，对毫无实践经验的学生而言，课程涉及的技术性内容繁杂，知识点多且分散，全面理解学习内容的难度大。在为2009级学生开出本课程之后进行了问卷调查。其中“对工艺课知识的理解程度”这一问题，在58张答卷中只有1人选择“能全部理解”，约60%的学生选择“大部分理解”(如图1所示)。

图1 对工艺课知识的理解度

在对微电子课程群中其他相关，如“微电子器件原理”“集成电路设计”等课程主讲教师进行的调研中，普遍认为若将各自独立开设的“微电子工艺”“微电子系列实验”和“生产实习”作为一个课程模块进行整合教学，穿插授课，更有利于学生学习。

2 课程整合研究

2.1 课程整合

首先在培养计划上将“微电子工艺”“微电子系列实验”和“生产实习”整合为课堂/实验/实习一个微电子工艺课程模块，该课程模块的教学目标为：培养熟知国内外先进微电子关键工艺，并具有一定工艺设计、分析，以及解决实际工艺问题能力的人才。

图2 微电子工艺课程模块教学内容

通过对原课程内容分析，将微电子工艺课程模块中3部分内容都进行了优化(如图2所示)。该课程模块由一个课程组在大三上学期连续穿插教学，以避免教学内容的重复。因此，可以在不压缩教学内容、不降低教学效果的前提下，将授课学时数定为：讲课40学时/实验16学时/生产实习3周，与原课时数相比有了较大缩减。

课程组在原微电子工艺课程讲义基础上，结合微电子工艺学发展现状，编写了涵盖3种教学形式、内容的教材：《集成电路制造技术—原理与工艺》。该教材已于2010年9月由电子工业出版社出版，并基于此教材制作了多媒体课件。

2.2 教学模式的整合

课程组设计了微电子工艺课程模块的整合教学模式(如图3所示)。整个教学过程是师生共同参与的、动态的、双向的信息传播过程。

图3 微电子工艺课程模块整合教学模式

课堂教学采取讲课为主，自学讨论为辅的形式，课后穿插参观微电子生产线等实践教学环节。教师讲授教材各单元、章节中的重点、难点，课堂上设置问答等少量的“教”“学”互动形式。其他内容采取：教师首先提出问题，再组织学生在课堂上自学，然后展开讨论，最后进行归纳总结。这既调动了学生的学习积极性，又能提高学习效率。为避免出现只有部分学习积极性高的学生参与课堂讨论的现象，教师随机抽取学生回答问题，并作为平时成绩记录。在课堂学习阶段，组织学生参观微电子生产工艺线，让他们在实际生产情景中理解课堂讲授的相关内容。

课堂教学之后进入实验和晶体管制作实践教学阶段。实验项目是针对关键工艺参数进行测试，以及有关芯片性能测量设置的实验，因此将其穿插在晶体管芯片制作过程中进行。

3 整合教学的初步实施及评价

受原教学计划限制，在2011年秋季学期末，主要开出了整合后的微电子工艺课程模块课堂教学部分，其他内容在2012年春季学期初开出。

3.1 对教材的评价

采用新编的《集成电路制造技术—原理与工艺》教材和多媒体课件进行了课堂教学。课程结束后进行的问卷调查表明，学生对新编教材和课件的满意度较高(如图4所示)。

图4 对新编教材和课件的满意度

另外，从电子工业出版社的统计结果来看，尽管该教材是受众面很小的专业课教材，但自2010年9月出版至今，已售出4 000余册，被国内数十家高校选作微电子工艺或集成电路工艺基础等课程的教材使用。由此可以说该教材得到了同行的普遍认可。

3.2 课堂教学方法及评价

在以整合教学模式进行的“微电子工艺”课堂教学实践中，每次课的前几分钟都进行了提问，以便督促学生在课后复习，并引出本次课教学内容；课堂上讲授了基本单项工艺的原理、模型、物理基础，以及基本方法等重要内容；而对于大量工艺技术与设备等内容，先提出问题，再组织学生自学后讨论，最后进行归纳总结；对学生回答问题和讨论发言都作为平时成绩进行记录。在课堂教学期间，组织学生参观了哈工大微电子平面工艺线，以利于他们对基本工艺方法与设备等内容的理解。

图5 学生喜欢的教学方式

从课程结束后所作的问卷调查可知，学生喜欢的教学方式与实际所采用的授课方式大体一致(如图5所示)。学生对本课程的评教结果为“A+”。而且，微电子课程群后续课程主讲教师也反映：这届学生的微电子工艺基础知识较扎实。

3.3 实践教学及评价

微电子工艺的实验和实习是在我校微电子实验室进行的。首先开设了“高纯水制备”“微电子清洗”两个讲座；然后学生自制了晶体管，进行了工艺实验；最后，组织学生参观了哈尔滨晶体管有限公司的器件生产工艺线。

在图2中，把晶体管制作划分为了6个关键工序。因此，学生自制晶体管也分为6个组，要求每个组负责一个关键工序：确定工艺条件、进行工艺操作、解决出现的问题、记录工艺现象、条件、参数等。这样尽管学生人数较多(全系64人)，也能保证每名学生都参与到自制晶体管和相关的生产管理过程中来。另外，鼓励学生在完成自己组工作之外参与其他组的工作。在整个实践教学过程中学生积极性很高，充分发挥出各自的综合能力。

从学生递交的总结报告来看，这次微电子工艺实践教学效果很好，学生们普遍认为：提高了动手能力，学会了分析、解决问题的方法，更重要的是培养了团队意识和团队合作能力。对今后的学习与工作都有较大帮助。

4 结束语

我校对“微电子工艺”“微电子系列实验”和“生产实习”这3门教学形式不同，内容相近课程进行的教学整合研究表明：在专业课程教学改革中，将课堂教学和实践教学整合为一个专业课程模块，建立统一的课程体系，编写涵盖理论与实践2方面内容的教材，由一个课程组进行连续穿插授课，这种整合教学模式是可行的，教学效果良好，同时又减少了授课学时数。

[1]张瑞,姚凌江,吴向文.运用混合式立体化教学模式培养应用型创新人才[J].现代教育技术,2010,20(1):77-81

[2]汪凌.整合教学法:为了学生素质的发展[J].全球教育展望,2007,36(10):3-7.

[3]张园.整合教学法在模拟电子技术教学中的应用[J].科教文汇.2011.10(下):58-59.

[4]桂峰,孙静亚,梁娟.“环境监测”课程理论与实验教学整合初步研究[J].科教文汇,2010,12(下):54,65.

[5]王蔚,田丽,王喜莲,刘晓为.校内实验室开设微电子生产实习的探索[J].电气电子教学学报,2009,31(2):71-72.

[6]王蔚,田丽,任明远.集成电路制造技术—原理与工艺[M].电子工业出版社出版,2010.