基于OBE理念的半导体器件物理课程思政教学实践*

黄玮 张海磊 席筱颖

（江苏信息职业技术学院）

一、引言

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，核心就是要确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求，是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。基于本科院校工程教育认证成效，结合我国高职教育的实际情况，江苏信息职业技术学院微电子技术专业在江苏省教育厅指导下开始进行高职业专业认证试点。

以成果为导向（OBE）就是专业认证工作开展过程中的核心理念[1-3]坚持“学生主体，成果导向和持续改进”的原则，从岗位需求出发，不仅培养人才的专业能力，同时也非常重视非专业能力的培养。这就要求专业人才培养中要重视课堂教学，将课程思政渗透融入专业技能培养过程中[4-5]引领，教学内容充分体现基础知识与前沿科技的结合，教学过程注重专业能力与理想责任意识的培养。

《半导体器件物理》是学校微电子技术专业学生的第一门专业核心课程，肩负着建立学生基础职业价值取向的使命，对于培养学生的社会责任意识、爱岗敬业精神等非常重要。爱岗敬业，精益求精，严谨认真，探索创新等都是本门课程的思政焦点。

二、课程思政元素的挖掘

在微电子专业开展专业认证工作的前期准备阶段，专业团队通过走访行业、企业，面向应届毕业生、校友发放调查问卷等多种方式，了解集成电路行业中各岗位对于专业人才培养的需求，从而确定本专业的人才培养目标，明确毕业要求，重构人才培养方案。

根据OBE理论，所有的专业课程都应该对接毕业要求，也就是要能够满足核心能力培养需求。通过实施课程思政，也是为了确保在课程教学中要能够基于OBE理念，在学生动手操作的同时充分调动学生的主观能动性，避免枯燥的说教，达成课程对应于毕业生核心能力培养的支撑作用[6-7]。

（一）半导体器件物理课程内容分析

根据国家教育部颁布的微电子技术专业教学标准，《半导体器件物理》是围绕半导体材料及器件结构和特性展开的重要专业核心课程。课程中系统全面地介绍了典型半导体材料的基本特性，以及集成电路中常见半导体器件的结构特性等。通过课程学习，掌握相关半导体器件的基本理论和分析方法，是后续学习以及从事集成电路芯片制造、设计、测试相关工作的基础。

传统教学开展中，一直存在理论抽象繁琐，学生理解困难等现象，为了达成专业人才培养目标，实现课程对人才培养的支撑作用，依据国家专业教学标准，1+X集成电路开发与测试职业等级证书等标准，以项目化方式重构课程内容。

（二）半导体器件物理的课程思政元素

集成电路芯片作为5G等新技术的硬件载体，是信息社会基础建设的重要一环，也是“新基建”必不可少的基础支撑。为了破解卡脖子难题，近年来国产芯片发展迅猛，人才需求量猛增。

作为微电子技术专业学生的第一门专业核心课程，《半导体器件物理》课程更具有显著的思政特性，是提升学生专业认同感，社会责任感的重要阵地，拥有丰富的可开发的思政元素，本课程团队主要从以下几个方面为课程教学实施打造思政资源。

1.半导体器件物理中的哲学思想

结合理论知识点，挖掘其中隐藏的哲学思想。

如讲解“平衡PN结的形成”时，组织学生分组讨论，绘制思维导图，理清平衡PN结的形成过程：“多子扩散→自建电场→少子漂移→达成平衡”，在梳理的过程中，把握马克思主义哲学中事物间的相联系构成事物的发展这一原理。

又如，PN结的雪崩击穿特性可以很好地和“量变与质变的辩证关系”这一哲学原理进行结合，雪崩击穿是指PN结在强电场下，高速运动的载流子不断碰撞产生更多的电子和空穴，不断积累，量变引发质变，当载流子数量猛增到一定程度时，就表征为PN结中出现较大的反向电流，此时称为PN结击穿。充分体现了量变是质变的必要准备，而质变是量变的必然结果。

结合哲学思想开展教学，一方面可以让学生更通俗形象地去理解相关器件原理，另一方面也能在熏陶中升华学生的思想。

2.半导体器件发展史和科技前沿

当今信息社会的发展离不开半导体器件的发展，所以在半导体器件物理教学中可以围绕集成电路发展史中里程碑式的事件展开，激发学生勇于创新，积极探索的学习热情，如晶体管的发明、集成电路的发明，近几年有关石墨烯的发现，第三代半导体的研究等。

如通过世界上第一个集成电路的诞生，介绍了杰克·基尔比和罗伯特·诺伊斯两位科学家之间的专利之争，两位科学家各自独立开展研究，从不同的角度实现了器件集成的目标，开创了集成电路产业发展的新时代，通过这个案例，引导学生体现半导体器件的发展和规律，也鼓励学生积极创新探索，激发学习兴趣。

又如，在讲解半导体材料时，介绍由透明胶带撕出来的诺贝尔奖——石墨烯。在传统研究中，人们认为如石墨烯一般的完美二维结构晶体是无法在非绝对零度的环境中稳定存在的。但是两位英国科学家利用一种特殊胶带，实现石墨片的分离，并最终得到由碳原子构成的薄片，也就是石墨烯，这也说明，当我们从事技术研究工作时，勇于探索、大胆尝试是非常重要的。

3.国家产业发展和先进榜样

面对当前以美国为首的西方国家的封锁，发展中国芯迫在眉睫，结合国情，让学生了解国内半导体产业的发展现状，明确差距和优势，了解产业发展过程中涌现的先进榜样，激发学生作为微电子行业技术人员的使命担当。

如在介绍功率器件的应用时，通过中国高铁网络的建设展示国家IGBT自主研发的情况。以往，IGBT主要依赖进口，限制了中国交通产业的发展，但是中车集团不断研发，经过努力，终于建成了具有完全自主产权的IGBT生产线，打造出亮眼的中国高铁名片，增强学生的国家使命感，激励学生将国家发展作为崇高的理想追求。

又如利用大国工匠顾春燕巧手点亮雷达之眼的事迹作为思政资源，顾春燕作为职业院校优秀学生代表，对于学生来说，成长经历上更具有可参考性，通过竖立榜样，让学生明确自己的职业定位，追求形成精益求精的工匠精神。

4.工程及实践案例

课程教学团队研讨总结在科研及工程实践过程中经历的工程案例，还可以通过挖掘往届学生实习、就业过程中的典型事例，邀请校友分享。

如教师分享在东北寒冷冬季时使用手机的经验，解释低温环境对半导体器件运行的影响，还可以在此素材的基础上引导学生去研究国产手机和国外品牌手机在使用中的区别，了解国产芯片的发展情况、技术优劣等。

又如通过校友分享在企业的成长和发展经历，为学生提供职业发展规划的参考，也能帮助学生更好地去把握本门课程的学习重点，了解半导体器件物理课程的学习和未来职业发展间的联系。

5.社会热点事件

近年来，社会大众也非常关注中国“芯”的发展，相关事件往往能够引起广泛的社会讨论，课程教学团队也需要时刻关注社会热点事件，及时做好收集整理，做好分类应用，结合课程内容融入教学。

图1 课程思政目标和思政元素的融入示意图

图2 部分教学任务中思政点融入情况示意图

三、课程思政教学实施

（一）确定课程思政目标

根据符合高职专业认证规范要求的微电子技术专业人才培养方案，基于OBE理念的“反向设计、正向实施”原则，确定半导体器件物理课程主要支撑的核心能力培养，在教学实施中，也需要从培养对应核心能力的角度去考虑，将思政内容融入整个教学过程，并据此明确本课程的思政教学目标。

前期已经梳理过针对半导体器件物理课程可开发的课程思政元素，根据本课程的思政教学目标，教学团队协商整理相应的课程思政资源。

（二）课程内容优化

本门课程为理实一体化课程，为了解决传统教学中存在的原理抽象、理解困难等问题，课程采用项目化教学模式，将教学内容划分为基础理论、学以致用、提升拓展三大模块，将理论知识与实践内容有效结合，进行递进式学习。

将课程内容按照元器件类型，划分为若干项目，再进步解构成若干教学任务，明确课堂思政载体，最后将其融入课程教学中。在教学设计中，需根据不同的教学内容，融入不同的思政元素，并选择合适的教学方法与手段，进行教学改革。

将专业知识的传授和社会价值引领相结合，在讲授器件专业知识、培养器件分析设计专业技能的同时，充分发挥思政教育功能，针对课程思政目标，从开发的课程思政元素中选取合适的要素，与课程内容进行有机融合，积极培育和践行社会主义核心价值观，教育引导并树立大学生科学世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识。同时在实践技能训练环节，重点培养学生规范细致、精益求精、执着专注和追求卓越的工匠精神。

（三）改进教学方法

在半导体器件物理课程中实施的思政教学过程全部立足于“学生成长为中心”的教学理念，采用线上线下混合式教学，突出教学活动中的学生主体地位，课前课后利用教学平台、虚拟仿真平台等，采用多种信息化资源，为学生提供课前预习和课后巩固的途径，掌握基础知识理论，而在课堂教学中更侧重于实现知识点的串联以及实践技能的培养，并组织学生分组完成任务，培养团队合作和沟通能力。

在整个课程教学实施过程中把前期所做的课程思政设计融入课前预习、课中讨论、实践练习、课后巩固等各个环节中。

如在介绍功率半导体器件的课前预习中，通过学习平台发布有关“中国高铁运营纪录背后的秘密”视频，让学生了解中国高铁的“芯”脏——功率半导体IGBT器件的发展，对于中车集团不断努力，发展IGBT的创新精神有了初步的体会，为后续课堂教学实施过程中的思政引导奠定基础。

又如，在开展MOS管版图设计的任务过程中，邀请往届校友，对于学生的任务完成情况进行点评，分享多年在企业进行相关设计工作的经验，帮助学生更好地理解如何去把握该任务中的重难点。

再比如在半导体材料特性分析这一项目的课程教学实施完成后，组织学生分分组查找有关新型半导体材料石墨烯的介绍，了解该材料的发现由来，主要特性和应用等，组织学生小组讨论，并通过学习平台提交讨论结果，更好地去感悟在技术研发过程中必须要大胆求证，敢于探索。

作为一门理实一体化课程，实践环节也是课程中非常重要的环节，在实践教学安排中，组织学生分组合作完成器件特性分析、测试、设计等任务，明确组内成员分工，协调各小组任务完成进度，通过教师演示、优秀示范、组内互助等方式强化实践技能的培养，并通过任务后的小组总结，明确操作要点，规范要求等，培养学生形成规范细致、精益求精的职业素养。

四、结语

本文依托课程教学团队在《半导体器件物理》课程中进行课程思政教学改革的经验，基于OBE理念，根据高职专业认证规范的要求，探讨了结合专业课程内容进行课程思政元素开发的途径，对于课程思政教学实施中思政教学目标的确定、教学内容的优化、教学方法的改进等方面进行了实践和经验总结。

课程思政教学中兼顾课程自身特点和课程教学目标，与专业课教学各司其职又形成合力，实现对专业人才核心能力培养的支撑。本课程中进行课程思政改改革的经验，可以为本专业其它专业课程的教学改革实施提供重要的参考，进一步丰富专业课程思政的实现，达成专业人才培养目标。