“半导体光学”课程思政的设计与实践

矫淑杰

摘    要：“半导体光学”是半导体光电领域的基础理论课程。文章从教学内容、学习目标和专业需求出发，提炼思政元素，并针对教学内容、教学模式和考核形式进行了探索和改革，以期通过课程思政的教学设计和实践达到激发学生的兴趣，培养基础知识扎实、具有使命感和责任感以及产业亟需的半导体光电产业应用型人才。

关键词：课程思政;半导体光学;教学设计;教学实践

中图分类号：G642.0          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2022）02-0069-02

半导体光电材料和器件涉及信息、能源、材料以及国防等众多应用领域，在国民经济和生产生活中占有非常重要的地位。近年来，我国光电技术领域科技发展突飞猛进，自主创新能力大幅提升，但也必须清醒地认识到，我国在某些关键领域依旧存在被其他国家“卡脖子”的情况，导致行业发展处处受制，直接影响到我国经济社会发展目标的实现及综合国力提升。要尽早解决“卡脖子”关键问题，把技术和发展的主动权牢牢掌握在自己手里，需要各领域从业者具备使命感和责任感，要有志气和骨气加快增强自主创新能力和实力，努力实现关键核心技术自主可控[1-3]。高等院校不仅要教授专业知识为各行业发展提供专业人才，更需培养具有创新精神、使命感、责任感和家国情怀的建设者，这就需要教师在传统的只传授专业知识外，加入必要的思政内容。

传统的思政课程内容注重理论，学生容易产生厌学情绪，将思政元素有机融入到“半导体光学”的课堂教学中，除了掌握教学大纲规定的专业知识和专业技能，同时还要挖掘“半导体光学”教学内容中的思政元素，使思政教育融入课程教学和改革的全过程，实现课程思政德育功能与价值导向的引领作用。

一、“半导体光学”课程内容简介

“半导体光学”是基于光与半导体相互作用的专业基础课程，涉及到半导体能带和带间跃迁、激子及相关现象、拉曼散射及低维材料体系的光学性质等内容。教师在讲授这门课时，首先可全面而清晰地论述“半导体光学”的物理概念，引导学生把复杂的实验现象与简明的概念联系起来。其次要求学生初步运用量子力学和半导体物理的基础知识理解半导体光学的原理和概念，掌握光与半导体相互作用的基本概念，并应用到各种半导体体系中。通过本课程的学习，使学生可以形成清晰、形象的物理概念和半导体光学的基础知识及其相关的多种应用。

二、“半导体光学” 课程思政的改革探索

（一）教学大纲的修订

教学大纲不仅是教师进行教学活动的主要依据，也是衡量教师的教学质量和评定学生学业成绩的重要标准。专业课的教学大纲针对专业内容进行了详细的设置，但缺少思政元素。针对课程思政的要求，应对教学大纲进行重新修订并加入思政元素，使之与专业内容有机融合，满足研究生教学改革和课程思政的需求。

（二）教学方法和考核方式的改革

思政元素在教学中承担了价值引领的作用，是研究生培养中必不可少的一环。然而，如果只是通过刻板、简单的课堂理论教学，容易使学生觉得枯燥，达不到教学目标。教师在教学过程中可运用多种教学手段，例如多媒体、短视频、新闻报道、音频、动画和学生自主调研等多种形式结合的教学模式，不仅可以使思政内容通过生动的形式展示出来，也可使学生对专业知识产生兴趣，提高他们的学习效率和学习积极性。

考核方式也应与单纯专业课程的考核方式有所不同，课程思政内容不宜通过传统闭卷考试的方式进行，可采用课堂演讲、调研报告等方式进行考核[4]。以“学生学习效果”而不是考试成绩为主导，形成课堂教学—评价—反馈—优化课堂教学的正循环，达到“润物无声”的形式，实现专业知识和思政元素的有效融合[5]。

（三）“半导体光学”课程思政教育内容的设计与实践

根据“半导体光学”课程的教学大纲和教学目标，教师在讲授专业知识的教学过程中，可通过研究背景、代表性人物事迹、国内外研究现状、学科内涵和意义、时事政治等的介绍，使社会主义核心价值观、科学精神、工匠精神、家国情怀、社会责任、理想信念等思政元素与“半导体光学”课程的专业知识有机融合。

1.培养学生民族自豪感的设计和实践。在绪论部分（半导体光学发展历史）认识光与物质相关作用的萌芽阶段。公元前3世纪，我国就已将贵金属纳米颗粒镶嵌在瓷器中，在阳光照射下色彩斑斓。公元前4世纪墨子就已经论述了光与影的关系。《墨子·经说下》第四十三中：“光至，景亡，若在，尽古息。”1961年8月，中科院长春光机所成功研制了我国第一台激光器，虽比国外同类型激光器迟了一年，但在许多方面有自身的优势，尤其比国外激光器具有更好的激发效率，这表明在当时，我国激光技术已达到世界先进水平。

通过这些知识的学习，不仅使学生了解半导体光学的发展历史，也提升了他们的民族自豪感和责任感。这是基于半导体光学的发展历史的特点引出的思政融入方向。

2.培养学生使命感和责任感的设计和实践。教师在讲述半导体带间跃迁的基本理论时，课前要求学生以小组形式对两种典型的半导体砷化镓和硅的发展历史和研究进展进行调研。课堂授课时，先由教师讲述半导体带间跃迁的基本理论，包括根据跃迁类型将半导体分为直接和间接带隙半导体，分别讲授这两类半导体带间跃迁的基本原理。然后，学生通过多媒体演示形式讲解调研成果，讲解这两种典型导体的研究进展和发展历史。

這两种半导体应用广泛，包括集成电路、人工智能、通讯系统，光伏发电、传感探测等众多领域，其发展和应用也主要以西方的贡献为主，我国在其核心的研究领域处于跟随地位，高质量的核心光电器件还需进口。尤其近几年，西方一些国家对我国实行了禁运和限制出口，使我国在众多领域受到了“卡脖子”的钳制。所以，教师在讲授时，不仅要让学生深刻理解这两种材料的基本性能和应用，更重要的是要让学生认识到我们距离世界先进水平还有差距，使学生建立使命感和责任感，立志为我国半导体行业的发展贡献力量，扎实学习理论知识，通过原始创新突破西方的封锁。

3.培养学生爱国主义思想的设计和实践。在激子的基本性质章节中，以李树深研究员、夏建白院士在《2006年科学发展报告》发表的“激子和相关现象”的文章为切入点，讲述激子效应在半导体理论和应用研究中的作用，尤其是在量子信息领域等前沿研究，量子信息是经典信息理论与量子力学相结合的新型交叉学科。激子态可以作为量子信息的有效载体，通过激子态之间的纠缠，可以对其携带的量子信息进行交换、传递和处理。

引入我国“量子信息和量子计算机”的发展历程，我国在量子计算领域已处于国际领先地位，激发学生的自豪感和爱国主义激情，鼓励学生努力学习，奋发向上。

4.培养学生创新精神和工匠精神的设计和实践。在束缚和局域激子章节中，使学生掌握束缚激子的发光机理，同时使学生了解束缚激子在半导体发光领域的应用和最新进展。

我国LED发光及照明技术已取得了长足的进步，但是整个产业链上中下游分布不均，其中产业链的中下游包括封装和各种照明灯具等应用已位于国际前列，但最核心的上游产业包括原材料、外延片、芯片等领域与国外相比仍缺少创新和知识产权优势。以此为例，鼓励学生崇尚原始创新，培养其不怕困难、勇于探索的精神，结合哈尔滨工业大学材料学院光电科学系的专业课程学习，穿插、整合创新精神和工匠精神教育。

5.培养学生具有勇于攀登科学高峰精神的设计和实践。教师在讲述声子的光学性质章节时，可引入黄昆先生在晶格动力学的研究和贡献。通过黄昆先生的求学和科研经历及荣获2001年度国家最高科技奖等多方面的荣誉，引发出其不怕困难、勇于探索的精神，鼓励学生追求奋斗创新，努力攀登科学高峰。

6.培养学生自主创新精神的设计和实践。半导体低维结构由于具有量子尺寸效應等众多体材料不具备的优异性能，在半导体光电器件和芯片领域应用广泛，以量子阱和超晶格的光电器件和制备光刻工艺为切入点，引入目前我们面临的芯片制备过程中缺少高精度光刻机的“卡脖子”问题，引导学生勇于探索，克服困难，培养学生的自主创新精神。

三、结论

通过开展“半导体光学”课程思政教学，引领学生立志赶超国际先进半导体光电行业技术。在习近平总书记四个面向的指引下，培养造就一批基础知识扎实、创新能力强、热爱国家、具有使命感、责任感和产业亟需的半导体行业拔尖人才，服务国家半导体产业发展战略需求。

参考文献：

[1]刘亮.两提“卡脖子”问题，这个重磅会议释放鲜明信号[N].中央广播电视总台央视网，2020-12-21.

[2]新华社评论员.突破核心技术，铸造国之重器——学习贯彻习近平总书记在中央财经委员会第二次会议重要讲话[N].新华社，2018-07-14.

[3]人民日报评论员.把创新发展主动权牢牢掌握在自己手中——论学习贯彻习近平总书记广东考察重要讲话精神[N].人民日报，2018-10-31（4）.

[4]胡义伟，高元琪.大学生创新能力培养导向下的课程考试改革研究[J].创新与创业教育，2016（5）.

[5]徐启江，周波，闫海芳.“分子生物学”课程思政教学探索[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2019（11）.

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