项目教学法在微电子实验课程中的应用

李如春，王晓东

（浙江工业大学 信息工程学院，浙江 杭州 310032）

项目教学法在微电子实验课程中的应用

李如春，王晓东

（浙江工业大学 信息工程学院，浙江 杭州 310032）

项目教学法是基于建构主义教学理论的一种教和学的模式，它强调以学生为教学主体，突出学生学习的主动性。通过学生的自主学习，教师辅助，在预定的时间内完成所设定的项目任务。基于微电子实验课程涉及仪器众多、使用重复率低的特点，将项目教学法应用于其中，通过一个具体的项目，涵盖各个基础实验的内容，可以加深学生对实验目的和内容的理解，自主学习实验仪器的使用，使实验操作的内容具体明确，大大改善教学效果。

项目教学法；微电子实验课程；自主学习；教学效果

微电子实验课程不同于普通实验，实验设备昂贵，一般每台都在万元以上，且同一设备可开设的实验项目有限，所以在实验授课时，往往是不同的学生所做的实验项目不同，每个实验所用的仪器也不同，这给教学工作带来了困难和挑战，也使得实验教学效果较差。针对这一现状，论文将项目教学法应用于微电子实验课程中，以期望改善教学效果。项目教学法（Project Based Learning，PBL），也称为“基于项目活动的研究性学习”，是基于建构主义教学理论的一种教和学的模式[1，2]。瑞士著名心理学家皮亚杰认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学生在一定的情境下借助他人的帮助，并利用必要的学习资料，通过建构的方式而获得的[3]。美国的项目管理专家约翰C·古德帕斯丘认为“项目是在一定的时间里，在预算规定范围内需达到预定质量水平的一项一次性任务。”[4]项目教学法集中关注某一学科或技术的主要知识点，旨在把学习者融入到有意义的任务完成过程中，让学生更积极、有目标地自主学习。项目教学法具有以下显著特征[5]：①在学习的过程中，学生的理解在本质上是与行动相关联的，教育在此意义上是基于行动的过程。②对于客观存在的世界，其被赋予的意义是由学生自行决定的。③学习的目标具有明确的定向性，只有当学生清晰地意识到自身的学习目标，并获得与所期望的成果相应的预期时，学习才是成功的。在项目法教学活动中，学生成为教学的主体，教师则是起辅助作用，提出项目的设计要求和目标。师生在教学中充分互动，在积极探索、热情洋溢的交流中获取教学活动的成功。

一、具体实施方案

项目教学法是把客观规律转化为知识与技能的过程，教师不是将知识和理论灌输给学生，而是引导他们一步步思索探究、自己实践，在实践中理解知识、掌握知识和运用知识。为贯彻项目教学法的上述中心思想，基于微电子实验课程内容的要求[6-8]，我们选取二极管即PN的制作和性能测试作为一个项目，具体包括七个小实验：①硅材料层错、位错的观测；②外延层电阻率的测试；③PN结的仿真制作；④PN结深的测试；⑤PN结电热特性的测试；⑥PN结电容—电压特性关系测试；⑦利用晶体管特性图示仪测试二极管的特性。下面具体介绍各实验选取的理由和具体内容。器件的制作，首先必须考察制作材料的性能，所以我们从硅材料的性能研究开始。对于制作半导体器件的硅材料，最重要的是其缺陷情况，因此，利用金相显微镜观测单晶硅片的层错和位错成为第一个实验的内容。半导体硅材料需通过杂质的掺杂才能制作成有用的器件，电阻率的测试可以反映掺杂的程度，所以，利用四探针法测试外延层电阻率成为我们第二个实验的内容。半导体器件的制作涉及微电子工艺技术，实际工艺的制作受限于财力和场地，但可以通过仿真软件TCAD[9，10]模拟制作过程，从而加深理解微电子工艺的各道工序，为此，第三个实验利用计算机软件仿真制作PN结。在器件制作过程中，影响二极管特性最重要的因素是PN结的结深，所以第四个实验的内容是了PN结深的测试。器件制作完成后，需对器件的特性进行测试，所以第五到第七个实验均是对PN结（二极管）外特性的测试，包括二极管正向电压与温度的关系、结电容与外加偏置电压的关系、二极管伏安特性和反向击穿特性等。上述内容贯穿了PN结的制作材料、制造流程以及特性测试，组成了一个关于二极管器件的完整项目。在此，我们只是以二极管为例进行了项目法在微电子实验教学中的具体应用，当然，实际操作时，也可以利用双极型三极管或者场效应管等为例建立项目。

二、实践效果

通过项目教学法可以整合教学资源，打破课程之间的界限，将不同课程内容组合在一起，从而教学活动设计成为学生和教师克服学科教学所造成的知识和技能条块分割的过程。在实践过程中，学生开展协作互动式的学习，独立地、有评价性地思考问题，有助于学生团队协作、创新能力等素质的形成。将项目教学法应用于微电子实验教学中，是上述优势在实际应用中的一个具体实现。我们在电子科学与技术专业2010级的微电子基础实验课程中，两人一组，具体实施了上述提出的项目教学法，相比于传统教学法，实践效果的改善体现在以下几个方面：

1.有助于提高学生学习的主动性。在微电子实验中，因为每组同学进行的实验内容和仪器都是不同的，老师不可能在实际操作之前进行讲解，所以，在项目设计框架已经给出的前提下，具体的实验原理和仪器操作，均需学生自学了解，才能完成要求的实验内容，这体现了项目教学法以学生为主体、老师进行辅助的特点。

2.实验的意义和目的理解更深刻。因为在具体的实施方案中，将各个实验以一个项目的流程为主线串连在一起，所有的实验都是项目中的一个流程，这样，每一个实验的目的就很明确。

3.实验内容操作更简单明确。实验顺序的安排，是根据项目实际流程的顺序进行的，上下两个实验之间存在一定的联系，这有助于学生对实验内容的理解，操作更简单明确。

三、实施过程中的注意事项

1.优化项目设计。在微电子实验课程中，需要所设计的项目能够把涉及到的课程知识点和各种实验仪器涵盖在其中，这就要求要精心选定项目，以此项目贯穿整个教学过程，才能达到预定的教学效果。

2.教师需重视学生的需求。在传统的实验教学中，学生的需求差异性较小，共性的问题较多，教师可以在实际操作之前对需注意的问题一起进行讲解。在项目法教学中，各组学生同时进行的内容有差异，教师应当注重学生的差异需求，及时对学生进行解惑。

3.注重培养学生的独立和创新能力。在项目法教学过程中，是以小组为单位进行项目的实施，在团队合作的同时，每个成员还要独立完成自己的项目任务，通过独立思考、分析从而解决问题。

教学实践证明，将项目教学法应用于微电子实验课程中，学生作为学习的主体，通过独立完成项目，把理论与实践有机地结合起来，掌握了各种微电子测试仪器的使用。相比于传统的实验教学方法，有助于提高学生对实验目的和内容的理解，自主学习实验仪器的使用，使实验操作更简单具体，大大改善了教学效果。

[1]徐涵.项目教学的理论基础、基础特征即对教师的要求[J].职教论坛，2007，（6）：9-12．

[2]傅四保.建构主义学习理论指导下的项目教学法初探——以“教育技术学研究方法”课程教学为例[J].中国大学教育，2011，（2）：56-58.

[3]皮亚杰.结构主义[M].倪连生，王琳，译.北京：商务印书馆，1984.

[4]约翰C·古德帕斯丘.项目价值管理[M].北京：机械工业出版社，2005.

[5]张学林，陈齐超，段珊，等.项目教学法在C语言课程设计中的应用研究[J].实验技术与管理，2011，28（2）：164-167.

[6]刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学[M].第6版.北京：电子工业出版社，2007.

[7]关旭东.硅集成电路工艺基础[M].北京：北京大学出版社，2003.

[8]陈星弼，张庆中.晶体管原理与设计[M].第2版.北京：电子工业出版社，2008.

[9]阮刚.集成电路工艺和器件的计算机模拟——IC TCAD技术概论[M].上海：复旦大学出版社，2007.

[10]SILVACO International，ATLAS User's Manual-DEVICE SIMULATION SOFTWARE[M].Santa Clara，CA 95054，September 2004.

G642.41

A

1674-9324（2014）04-0079-02

李如春（1968-），女，浙江青田人，博士，副教授，浙江工业大学信息工程学院电子与通信系副主任，研究方向：半导体器件设计。