“半导体物理与器件”课程思政教学改革与实践

李 伟 王少熙 汪钰成

2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调：“高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面。”[1]将思政教育融入高校专业课程，既是响应国家高校思想政治工作理念的一种途径，也是目前高校各类专业课程实施课程思政改革的主要手段。课程思政是改进和加强高校思想政治工作的一种途径，对于落实教书育人的主体责任及确保全员、全过程、全方位育人具有重要的推动作用，有助于全面提高高校思想政治工作的水平和质量[2]。课程思政包含哲学育人、道德育人、劳动育人、审美育人等，不同的专业具有不同的育人目标。因此，高校需要紧密结合人才培养目标进行课程改革，因课制宜。

一、课程思政改革的必要性

“半导体物理与器件”是微电子学专业的一门核心课程。该课程的学习在一定程度上可以影响学生对微电子学专业的认知及兴趣。前期的基础课程固体物理和量子力学中大量抽象的物理概念、复杂的数学公式已经使学生对半导体物理基础知识产生了恐惧感。因此，高校需要对该课程的教学方式进行改革，使学生能够主动接受这门课程，并对课程内容产生兴趣。该课程内容紧贴时代背景，蕴含着大量的思政元素。同时，在多元化人才培养目标的指导下，该课程教学团队将思政教育作为课程改革的主线，对教学内容、教学方式、考核机制等方面进行全方位改革，不仅能使学生意识到这门课程对专业能力培养的重要性，而且还能实现人文素养、创新能力、工程能力及职业能力全方位提升的教学目标。

二、课程思政改革思路及设计

（一）发挥专业特色，注重隐性教育

近年来，我国对微电子学专业的人才培养极其重视。国家“十四五”规划已经将集成电路纳入未来重要发展技术[3]。“半导体物理与器件”课程与当前的时代背景紧密切合，在课程思政实施方面具有一定的专业优势。教师应发挥专业特色，在教学内容中穿插近两年来与集成电路相关的国家政策，让学生充分认识到集成电路作为信息产业的核心，对国家安全、工业、民生、经济等领域的重要作用，让学生了解我国在集成电路领域的“卡脖子”技术，从而教育学生积极投入微电子事业，培养学生的专业认同感及报效国家的责任心和使命感。教师需要将二者巧妙地融合在一起，注重隐性的思政育人，让学生在课堂中不知不觉地接受德育。隐性的思政育人对教师的教学方法、教学模式、课堂内容等方面均带来了挑战。教师需要提前明确教学目标，做好教学设计，丰富教学内容，创新教学方式。

（二）明确课程目标，做好顶层设计

高校应围绕价值塑造和能力培养相融合的集成电路人才培养目标，以课程育人支撑思政育人，以思政育人反哺课程育人，通过课程思政改革辅助学院培养新时代的集成电路人才[4]。西北工业大学微电子学院教学团队从顶层设计了“1+2+3+X”的课程思政框架体系，并以“践行社会主义核心价值观，培养‘芯’人才”为主线，搭建课程思政整合平台和创新实践教育平台，设计MOOC（慕课）、线上线下混合式、翻转课堂三种教学模式，以实现思政内容在课程中全辐射的目标。

在课程思政整合平台建设方面，高校可建立教学团队和学生党员师生融合党支部。教师党员既是党支部成员，又是教学团队成员，可以将思政育人从课堂拓展到支部活动，而且支部党员作为模范代表可以带领学生在课后主动自学课外内容。在创新实践教育平台建设方面，高校可利用学校团委、就业指导中心等机构建立社会实践基地和就业实践基地，多组织社会实践活动，让学生对行业有所了解，并提前做好职业规划。此外，高校还可利用学院已有的科研平台开展与课程内容相关的实践研究，使学生在加深对课堂内容理解的同时，提升实践动手能力。同时，教师应打破“半导体物理与器件”课程传统的讲授式教学模式，比如：利用MOOC资源拓展教学内容；利用雨课堂开展线上线下混合式教学，通过线上平台及时反馈教学效果，从而动态调整教学内容；利用翻转课堂将课堂主体从教师转变为学生，通过课程群互动、课堂研讨、分组辩论等形式，提升学生的参与度，引导学生养成独立学习和思考的习惯。基于以上平台和教学方式，教师可以隐性的方式将思政内容融入课堂教学，从而培养学生的爱国情怀、科学精神、哲学素养、创新思维等。

（三）挖掘思政元素，优化教学方式

课程思政的实施离不开思政元素，教师需要在课前深入挖掘思政元素，而思政案例能否被有效地融入课堂教学，则取决于教学方式的选择。因此，教师需要对传统的讲授式教学模式进行优化，课前精心设计教学过程，让学生在接受专业知识的同时，不断地进行价值观塑造。

根据“半导体物理与器件”课程内容，教师可将行业热点、科学事迹、世界观、人生观、价值观等思政案例融入课程教学。首先，在挖掘课程思政元素时，教师一定要结合课程特色，找准思政元素与课程内容的切合点，通过教学内容挖掘思政案例，不能将与课程内容无关的案例强行融入教学内容，可以从学生的生活、就业、兴趣爱好、价值塑造、能力培养等方面寻找思政元素。其次，在课前、课中、课后等不同阶段都要开展思政育人。在课前，教师要引导学生独立学习，结合文献阅读、行业动态调研、科研故事搜集等方式布置预习作业，引导学生在预习的过程中发现问题并独立思考。在课堂教学过程中，教师可通过线上线下、师生互动、分组讨论等方式让学生成为课堂主体，培养学生的主动学习意识，激发学生的辩证思维能力，让学生通过主动探索的方式不断学习专业知识。此外，教师还应将课堂内容延伸到课外，改变传统布置作业的课外学习模式，给学生提供自由学习的机会，借助科研小课题、技术攻关、学术交流等方式，利用线上、课程群等渠道为学生分享课外学习内容，锻炼学生的科研思维。最后，为了引起学生对思政教育的重视，教师可将课前、课中、课后所有环节都列入课程考核，并开展过程性评价，引起学生对学习过程的重视。

三、课程思政改革实践

本文以“半导体物理与器件”课程中的“PN结的形成及工作原理”为例，分析西北工业大学微电子学院教学团队开展课程思政实践的过程。该部分内容从课前、课中和课后三个阶段同时实行课程思政改革。在课前，教师给学生布置了两方面的学习内容：一是复习N型材料和P型材料的导电机理；二是调研PN结在不同领域的应用，在课程群进行分享。在课堂教学中，教师结合P型材料和N型材料的导电性引入主题，提出问题：“P型材料和N型材料相互接触时会形成怎样的导电过程？”然后让学生在课堂上讨论，引导学生从载流子的运动过程分析工作原理。经过学生讨论和教师的指导，最终得出PN结中主要存在漂移运动和扩散运动这一结论。同时，在对这一知识点进行讲解的过程中，教师巧妙地融入了矛盾的对立统一哲学观念，让学生明白PN结中的漂移运动和扩散运动是相互抑制的。在讲解完PN结整流特性和单向导电性的基本工作机理之后，教师还对学生进行分组，让学生结合能带变化、接触电势差、电流电压特性、电容特性等相关基础理论开展课后自主学习，随后让学生在课堂上讲解。对于PN结知识点中的重难点，教师改变了以往的“灌输式”教学模式，让学生进行自主学习。这不仅加深了学生对重点知识点的理解和记忆，而且还有助于学生今后使用相同的方法分析其他器件的工作原理。自主学习和分组讨论可以在无形中锻炼学生主动思考、主动发现问题、团结协作的能力。同时，教师也根据实际情况对雪崩击穿、隧道击穿、热电击穿等内容进行了拓展与延伸。在对“PN结的击穿”内容进行讲解时，教师引入了“量变引起质变”的哲学道理，让学生在平时生活、学习中注意坚持“量变适度”的原则。PN结是构成各种半导体器件的基础。为了让学生加深对PN结的理解，教师设置了课后实践和调研作业，让学生借助学院虚拟仿真平台开展PN结工作原理、能带变化、接触电势差的仿真实验，使学生通过宏观的器件仿真了解微观的工作机制。同时，教师还引导学生借助实验测试平台测试二极管的电压特性、电容特性、击穿特性，以提升学生的实践能力。此外，学生在课前调研时并未注意到我国在新型二极管方面存在的技术瓶颈，所以教师还让学生在课后调研我国在特殊领域（如光电二极管、探测器、功率二极管、微波二极管）的二极管“卡脖子”技术难题，从而让学生体会到国家发展半导体技术的重要性，进一步培养学生的专业兴趣和专业责任感。

四、课程改革成效及改进措施

（一）课程改革成效

第一，结合专业特色进行了顶层设计，根据教学目标、教学内容和教学方式建立了课程思政框架体系；第二，系统挖掘了课程内容蕴含的思政元素，在遵循教学内容不缩减的原则上，增加了思政内容；第三，形成了一套创新性强并且可行的教学方式，以隐性教育的方式让学生在专业知识学习过程中接受思政教育。

（二）改进措施

第一，建立系统的思政考核评价体系。需要制定更加精细的多元化考核标准，将学生的情感认知、价值观取向、专业责任感等纳入考核当中。

第二，借助课程思政培养“新工科”人才。“新工科”教育培养创新型人才的目标与课程思政目标一致。因此，教师需要将德育培养和学生的创新精神、创业潜质相结合，通过课程思政培养学生的创业意识和领导能力，构建符合时代发展和行业需要的“新工科”育人体系[5]。

第三，基于产教融合，培养学生的专业认同感。科技人才的培养既离不开高校的知识传授，也离不开企业的行业引导。通过企业专家对行业技术和热点的宣讲，在企业和高校“双导师”的指导下，学生对微电子学专业的学习兴趣和认同感将会得到大大提升[6]。

“半导体物理与器件”是微电子学专业的核心课程，该课程概念抽象、公式复杂、理论性强，教师难讲，学生难懂。但该课程紧贴时代背景，蕴含着大量的思政元素，是实施课程思政的典型课程。本文从课程育人、顶层设计、思政元素挖掘、教学方式改革等方面系统分析了课程思政改革路径，并以“PN结的形成及工作原理”为例，阐述了课程思政改革实践，最后分析了课程思政改革成效及下一步改进措施，以促进高等学校工科专业教学模式改革。