“半导体器件物理”课程的高职教育现状及教学改革探究

王聪 唐玲 杨舰

（1.汕尾职业技术学院 海洋工程系，广东 汕尾 516600；2.广东技术师范学院 电子与信息学院，广东 广州 510665）

摘 要：“半导体器件物理”是一门学科性、理论性都较强的课程。该课程在高职教育中普遍面临着教学难度大、理论化教学模式为主、实践教学不足、教学效果不理想等问题。为改善该课程的教学效果，提高教学质量，提出了以工作岗位为导向优化教学内容，以实验项目引导教学，优化课程考核方式等方面进行课程改革探索，有利于激发学生学习的积极性，提升该课程教学质量和教学效果。

关键词：半导体器件物理；高职教育；微电子技术；教学现状；教学改革

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：2096-000X（2017）15-0174-03

Abstract： Semiconductor device physics is a theoretical course with typical discipline characteristics. This course in higher vocational education is generally faced with problems such as the difficulty of teaching， theoretical teaching mode， poor practical teaching， and unsatisfactory teaching effect. In order to better the teaching effect， and improve teaching quality， this paper puts forward curriculum reform such as adopting career-oriented teaching content， guide teaching by experiments， and optimize the curriculum assessment methods， so as to stimulate the enthusiasm of students， and improve the teaching quality and teaching effect.

Keywords： semiconductor device physics； higher vocational colleges； microelectronic technology； teaching situation； teaching reform

当今微电子技术推动着全球信息化进程的高速发展，微电子产业发展水平标志着一个国家或地区信息化进程、科技力量、经济实力的发展水平，对国民经济和社会发展具有十分重要的意义。随着我国微电子产业的快速发展，该领域需要大量从事集成电路设计、制造和封装测试等工作的高素质技能型人才。因此各地高职院校纷纷依托本区域微电子产业优势，开办微电子技术专业以满足区域相关产业的人才需求。“半导体器件物理”作为微电子技术专业的一门必修专业课程，教学内容涉及大量的关于半导体晶体结构、能带能级、载流子运动、pn结特性、晶体管特性等生涩、抽象的物理学知识，同时涉及到复杂的数学推导和计算。对于数理化基础知识和学习能力相对较弱的高职类学生，该课程长期以来都被视为学生难学、教师难教、教学效果不佳的专业课程。该课程如果继续采取传统的理论教学为主，填鸭式灌输各个抽象难懂的概念，死记硬背的推导和计算各复杂的数学公式，将难以提升高职学生学习的积极性，也不符合高职领域的教学规律，课程教学改革已势在必行、迫在眉睫了。我校比邻珠三角区域，依托本地生产中小尺寸液晶触摸屏的信利半导体有限公司、信利光电有限公司和生产二极管、三极管的德昌电子有限公司这两大半导体制造企业，同时结合珠三角微电子产业优势，于2006年增设了微电子技术专业。其中“半导体器件物理”为该专业面向半导体器件制造、封装测试岗位开设的一门专业基础课程，该课程历经多届的教学探索，在教学内容以及教学方法等课程建设方面进行了积极的教学改革和探索。

一、课程学科特点

“半导体器件物理”是微电子学，半导体光电子学和电子科学与技术等专业本、专科生必修的主干专业基础课，该课程包含半导体物理和半导体器件两部分的内容，半导体物理主要是研究半导体材料和器件的基本性能和内在机理，半导体器件主要研究半导体的工艺技术和应用，前者为后者提供理论指导，后者为前者提供技术应用。该课程作为高职院校微电子技术专业的一门专业基础课程，主要介绍了半导体晶格结构、电子状态及能带、杂质缺陷能级、载流子运动、pn结特性、异质结接触原理、晶体管特性、MOS管特性等半导体器件的基本结构原理、物理机理和特性等知识。通过该课程的学习，学生应该理解半导体器件的基本结构、基本物理原理和特性；掌握半导体器件能带分布、杂質缺陷能级分布、载流子运动规律、pn结特性、晶体管电学特性、金属接触等基本理论知识；了解半导体器件基本制备工艺原理；了解半导体光电、热电、磁电、压阻效应等物理现象和应用。该课程涉及了大量的物理学知识和数学推导计算等理论性较强的教学内容，且知识范围较广、知识点多、学科性强，所以学习该课程应具备较扎实的高中物理基础，同时应在学习了“模拟电子技术”、“微电子学概论”等前驱课程的基础上学习，为“半导体器件检测技术”、“集成电路制造工艺原理”等后续专业课程打好基础。

二、课程教学现状及面临的问题

（一）学习难度大、教学效果不理想

“半导体器件物理”课程涉及的知识面较广、知识点较多、理论性较强、数理推导较复杂。而高职院校学生，学习该课程的理论基础仅仅是中学所学的物理知识，且招生有相当比例生源为文科生，他们的物理、数学基础相对较弱，缺乏基本的近代物理学方面的理论知识，再之该课程知识体系连贯性较强，且难以衔接，如果学生不能及时掌握对所学知识，跟不上课程教学进度，将直接影响课程后续知识的学习，因此，该课程在教学过程中普遍表现为的学习难度大，教学效果不佳。

（二）缺少面向高职类教学的教材

当前，针对高职院校微电子技术专业开设的“半导体器件物理”课程的教材非常少，几乎都是适合本科类教学的教材，这些教材通常注重的是课程的理论体系，以理论分析为主，且讲解的理论知识起点较高，涉及知识范围偏多、偏深，数学计算、推导较繁杂，难以适应技能型、应用型高职教育的需要。近年来，针对该课程高职教育类教材短缺的现状，部分出版社也发行了一些相关教材，但大多数只是在原有本科类教材的基础上进行简单的内容删减，弱化了晦涩难懂的数理计算和推导，但整个教材的编排依然遵循该学科的理论体系，以理论分析为主，几乎没有按项目教学、任务驱动教学模式编排教材，且缺少配套、可执行的实验实训项目教学内容，缺少实际应用项目的案例分析和设计，致使教学以课堂纯理论讲授为主，课堂气氛枯燥乏味，难以激发学生学习的积极性，教学事倍功半，效果不理想。

（三）实践教学资源不足

“半导体器件物理”课程的实践教学涉及到半导体晶格结构分析、杂质缺陷能级分析、载流子运动测试、pn结电学特性测试分析、晶体管特性测试分析、MOS场效应晶体管特性测试分析等实践教学环节。这些实践教学项目的实施需要用到如晶体管特性图示仪、四探针测试仪、金相显微镜、霍尔效应实验仪等专业性较强仪器设备。这些专业实验设备一次性投入较大，且这些设备仅仅适用于微电子技术专业极少数专业课，面向其他电子类专业通用性较差，导致该课程的实验设备利用率非常低，因此，部分高职院校不大愿意或难以承担该课程专业实验室的建设投入，该课程教学出现实践教学设备不足，以理论性课题教学为主实施教学的局面。

（四）教学模式刻板、考核方式单一

该课程教学内容知识范围较广、知识点多、学科性强，涉及了较多晦涩难懂的物理学和数学推导计算等理论性较强的知识，通常把该课程定位于纯理论课程，在教学模式上通常采用的“灌输式”课堂板书和多媒体PPT演示等传统的教学方法实施教学。传统理论教学模式主要是以知识的传授为中心，不考虑学生对于纯理论课堂教学的抵触情绪，学生处于被迫学习状态，学习积极性不高，教学效果不理想，该教学模式已明显不能适应当前高职类教学的需求。课程考核方面，该课程仍采用传统的期末笔试为主的考核方式，考核方式单一，无法有效的展现学生掌握该课程的实际情况，不利于考察学生的创新应用能力和综合素质，忽略了教学实践性与应用性。采取传统的笔试考核，大多数学生为应付考试，只是期末突击死记硬背各个知识点，只为在考试中获得高分，往往忽视了对自身实践能力、独立思考创新能力的培养。

三、课程教学改革与实践

（一）以岗位导向优化课程教学内容

“半导体器件物理”课程教学内容的选取应根据职业岗位的需求，结合高职院校学生的学习特点，遵循职业性、针对性、实践性的原则，针对企业岗位需求，结合企业生产实践和生产技术，设计和优化教学内容。微电子产业包含集成电路设计、制造和封装测试三个领域，这三个领域所需的工作岗位划分如图1所示。

根据图1所示的工作岗位分布情况，适合本课培养的工作岗位有集成电路制造领域的器件来料检测；器件封装与测试领域的自动测试、失效分析、系统测试、品质检测等工作岗位。结合这些工作岗位，通过本门课程的学习，学生应该了解半导体器件的基本晶格结构、电子状态及能带分布、杂质能级与缺陷能级的概念、载流子运动规律等基本物理原理和概念；掌握pn结电学特性、晶体管电学特性、MOS场效应晶体管特性、金属接触等基本理论知识；了解半导体器件基本制备工艺原理和半导体光电、热电、磁电、压阻效应等物理现象和应用。结合上述分析，本课程制定了以工作岗位为导向，适合于高职教育的课程教学内容，如表1所示。

（二）实验项目式引导教学

《半导体器件物理》课程理论性较强，通常以教师课堂理论讲授为主，但高职类学生物理、数学等理论基础较薄弱，学生容易产生厌学情绪，教学效果不理想。 针对该现状，结合上述以工作岗位为导向优化教学内容的改革，我校针对该课程教学采取了实验项目式引导教学的实施方案，通过15个实验项目实施引导学生逐步掌握和理解晦涩难学的相关知识，具体教学安排如表2所示。

《半导体器件物理》是一门理论性和实践性并重的课程，通过一个个实验项目的实施，引导学生学习各个学习领域，避免了老师填鸭式讲、学生被动的听授的教学模式。实验项目实施过程中，将原来验证性的实验变为探究性实验，让学生通过实验现象发现规律、分析问题、得出的结论，从而激发了学生的学习兴趣，增强了的实操能力，有效的提高教学效果和教学质量。

（三）灵活多样的考核方式

课程考核方面，如果该课程仍然采取期末笔试的形式进行考核，势必无法真实的考核出学生掌握该课程的实际情况。为此，结合本课程以上所述的教学改革，该课程的考核方式应加重实验环节考核比重，采取形成性考核方式，成绩构成可以由平时成绩、实验成绩和期末成绩三个部分组成：平时成绩占20%，包括日常出勤、课堂的表现和作业的完成情况等，这有利于督促学生保持良好的学习态度；实验成绩占40%，以实施的各个实验项目为考核点，最终把各个实验项目的得分求和得出该项成绩；笔试成绩占40%，以期末笔试考核的方式进行，主要是检验学生对基础概念、基本原理等理论知识的掌握情况。

四、结束语

“半导体器件物理”是高职院校微电子技术专业非常重要的一门核心课程，提升该课程的教学水平对培养高素质、高技能型微电子技术人才有着重要的意义。本文结合笔者多年来对“半导体器件物理”课程的教学实践，分析了该课程在高职教育中的教学现状和问题，提出了以工作岗位为导向优化教学内容，以实验项目引导教学模式，优化课程考核方式等几方面课程教学改革，實践教学表明，该课程教学改革有效的激发了学生学习的兴趣和积极性，教学质量和教学效果得到积极的改善和提高。

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