启发式教学与思政融合在课程教改中的探索

杨月 兰精灵 冯宇

［摘           要］  课程依托机械工程相关专业的专业选修课——“集成电路制造工艺与装备”的教学课堂，探索和实践课程教学的新模式。针对机械工程专业，了解并掌握半导体集成电路制造技术的基本原理、方法和流程等相关知识，对提高学生的专业素养十分重要。在教学过程中，既重视专业素养以及基础知识的教授，又提出在课堂中采用启发式教学方法弥补传统教学模式的不足，尊重学生的主体地位，探索多元化的教学手段在课程中的具体应用。此外，还将课程与思政教学融合，培养学生的匠心精神以及树立正确的价值导向，旨在有效提升该课程的教学质量。课程的改革和实践卓有成效，最终促进学生达到知识传授和价值引领相统一、教书与育人相统一的课程思政目标。

［关    键   词］  “集成电路制造工艺与装备”；网络平台；启发式教学；思政融合

［中图分类号］  G641                    ［文献标志码］  A                  ［文章编号］  2096-0603（2023）02-0161-04

由于电子设备在生活中的使用日益普遍，电子元件的集成化程度也愈来愈高，作为机械工程相关专业的学生，理应对课程中涉及的半导体集成电路制造技术[1]的基本原理、方法和流程等相关知识有所了解并掌握。所以，“集成电路制造工艺与装备”这门课程作为机械工程相关专业的选修课，教学定位是讲授半导体及集成电路制造方面的相应专业知识，为机械专业的教学打下十分重要的理论知识基础，并为学生今后从事半导体集成电路的生产、制造和设计奠定了坚实的基础。

“集成电路制造工艺与装备”这门课程主要是讲授制造技术与装备的专业课程，其中既涉及制备工艺的原理和流程等基础知识，又与日常生活息息相关，具有很强的工程应用背景。在本科教育阶段，学生不但需要掌握半导体集成电路制造技术的基本原理、技术和流程等基础知识，而且需要掌握一些技术研究与创新以及处理技术难题与改善产品的技能。因此，在课程中着重结合制备工艺基础知识与实际工程应用案例，重点讲解制备工艺中各个参数选择对制备出样品质量的影响，同时分析不同制备工艺之间的优缺点和联系，使学生在工艺选择时做出最优的判断，真正提高其工艺设计、分析、改进工艺的能力。

在课程教学中强调理论知识和实际的紧密结合，通过由浅入深的方式逐渐介绍主要课程。通过具体场景的应用研究，深入浅出，从而主动探究学习[2]；通过问题导向，结合学生关注的热点问题，引出相应的知识点，并以具体案例进行详细推导。在课程教学中，突出重点，设计开放式问题，引导学生讨论，在讨论中巩固所学知识。

一、教学内容和思路

（一）教学内容的背景以及意义

本课教学的课程为“集成电路制造工艺与装备”，本课程讲述集成电路对国家的发展以及社会的进步有重要作用，微电子产品中集成电路是最主要的产品，占比90%以上。本课程主要讲述了集成电路的制造过程以及各种工艺。当今世界，集成电路是具有先进性以及战略性的技术产业。当前的全球局势是各国之间互相博弈，这更加要求集成电路进一步发展。首先，当前我们仍需努力的部分是实现技术自主化，攻克被卡脖子的关键技术难题，努力培养人才，这就说明本课程对与工程领域的专业学生培养具有时代意义以及国家意义，可以为国家培养人才打好基础。其次，集成电路技术的发展还需要大力打磨制造业的工艺以及零部件的稳定供应发展。

（二）教学目标

该课程的教学目标是：（1）掌握工程知识，这需要能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。（2）培养学生对问题的分析能力，能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理识别、表达，并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。（3）培养学生设计以及开发并提出解决方案的能力，要求学生能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及環境等因素。（4）培养学生深入研究的能力，能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。（5）培养学生使用现代工具的能力，能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。（6）在教学过程中培养学生个人和团队的合作能力，让学生能够在多学科背景下的团队中扮演团队成员或负责人的角色。（7）培养学生的沟通能力，让学生能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。（8）培养学生终身学习的能力，具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。（如图1所示）

（三）教学思路

在实际的教学过程中需要注重理论与实际并重，采用由浅入深的方法逐步引入主要的教学内容；结合生活中实际案例的应用去分析，从而激发学生的学习兴趣；通过问题导向，结合当下的热点问题，引出相应的知识点，并以具体案例进行详细推导。在课程教学中，突出重点，设计开放式问题，引导学生进行讨论，在讨论中巩固所学知识。

总体的教学思路是以一套完整的集成电路制造工艺为主线，以每步工艺的基本原理和制备流程为主，重点论述制备工艺中参数的选择对制备样品质量的影响。在教学过程中将各章节的知识点深入研究，并通过主线将知识点串起来，这样可以规避讲解过程中孤立知识点的问题。

二、启发式教学设计与实践探索

（一）启发式教学方法的意义

“集成电路制造工艺与装备”是一门需要学生具有探索本质、独立思考能力的课程。启发式教学[3]方法可以形成一个公平、轻松、开放的教学环境。启发式教学是以学生为重点[1]的教学方式，在教学过程中教师主要起引导和辅助作用。教师可以通过引导学生提出各种建议和问题，促使学生参与课堂，沉浸课堂，思考课程内容。根据课堂中出现的问题，教师需和学生积极探讨分析，通过这种互动性的交流[4]，让学生找到问题的本质所在，从而在了解知识点的基础上提高教学设计的创造力，使学生的思维更具有发散性和创造性，增强学生的自主学习性、被认同感和自我成就感。这也实现了良性的、活泼的、积极向上的教学状态，进而提高课堂的知识转化率。

（二）启发式教学设计的实际探索

课题利用教学模型、CAI课件、网络录像等各种辅助方法增加了教学的直接性，也扩大了学生在课堂学习的知识面，进而促进学生对知识的消化和理解。在该课程中，通过对半导体集成电路制造技术的基本原理、方法和流程等基础知识的讲授，学生首先对该课程和领域可以建立一个相对全面和系统的认识，同时基本具备了基础的工艺分析能力、工程设计能力、处理现实工艺问题和改善产品的能力。在实际教学中，教师要发扬和继承传统教学手段的优点，做到在讲授传统经典的教学内容的基础上，适宜地引经据典，引入该专业技术领域的最新研究成果以及未来发展趋势。比如，半导体制备工艺的描述可以通过播放相关视频让学生有更直观的了解。具体的启发式教学设计的实际探索如下：

1.上好绪论课是重要的一步。绪论课是一个激发学生学习兴趣的重要起点，课程中需要注意讲解集成电路的发展史、主要研究对象以及集成电路制备技术在现代工程领域的主要应用，使学生对课程有大致的了解。利用生活化的案例和话题引入课堂，提前准备好要探讨的热点话题都是绪论课可以采用的启发式教学手段。在学生兴趣盎然的环境下进一步突出知识点之间的串联是帮助学生将碎片化知识集中化的重要方法。集成电路制备技术不是单一的一部分，而是一个整体，一块芯片的完成是需要整套制备工艺的共同作用。通过小组任务以及合作让学生理解课程的知识的完整性和紧凑性，可以使学生更好地理解样品制备的最佳设计方案。

2.采用启发交流式教学方式[5]。启发交流式教学方式可以使课堂气氛更加活跃，发散学生的思维。启发交流式教学方式注重在教学过程中采用互动式的教学手段，并在和学生交流的过程中，及时指出问题所在，会使学生更好地理解和消化知识。教师应注意引导重点，把握好教学方法，从而防止错误转移目标，要有的放矢。所以每节课教师一定要明确课程目的、教学目标、要点与难度，在上课结束之前还要做简短的小结，并留下相应的思考题与练习。

3.采用案例方式进行启发式教学。通过对一些工程建设实际问题的剖析，使课堂内容通俗易懂，学生能更快地习得基础理论。通过和工程建设实际问题相结合，运用自然科学和技术学科的基本原则，开展工程建设机理探究、实践检验等各类教学活动，从而训练学生分析与处理本领域内有关技术问题的思想方式与实际能力。经典的例子是利用日常生活中常见的手机和电脑芯片为例讲述集成电路制备过程。

4.运用多媒体技术进行教育。集成电路生产技术及装置教学活动中要涉及许多的技术设计原理与过程。这时运用多媒体技术既能够省去教师大量的体力劳动，又能够运用图像、文本、视频动画等元素来充实内容，使课堂变得生动、活泼、具体，能引起学习者较高的自主学习积极性，使其上课时精力比较集中，提升了教学效果。

三、课程中思政元素融入的意义及内容设计

（一）思政元素融入的意义

课程思政要以课堂为抓手，在教授知识的同时，可以实现学生的价值导向[6]，这既能做到知识传授与价值导向相统一，又能做到教学与育人目标相统一。在“集成电路制造工艺与装备”这门课程专业知识的讲授过程中进行教学设计、方法、模式、理念的改进，积极引导学生发现问题、主动思考并辩证分析问题，使其能够充分理解马克思主义原理与我国社会主义制度的巨大优势，可以培养学生的爱国情怀和民族自信心。同时，面对国际形势，培养学生的危机意识和追赶精神，以及作为一名工程人应具备的工匠精神，将祖国的需求与自己的使命紧密结合在一起。

（二）思政元素融入教学设计的实际探索

在教学设计方面需要强调专业理论知识与思想政治教育的结合[7]，最终实现个人理想与国家需求的高度统一。在课程教学中，通过分析知识内部邏辑的方式提炼总结出知识背后的思想内涵，达到课程思政的目的。

在教学中安排学生研究我国工艺的发展历程与现状，比较中外技术的发展，并组织学生团体合作，鼓励学生关注当下与国外相关领域的差距，调研相关文献，了解最新的前沿动态，这可以使学生具有危机与机遇并存的思想觉悟。从而使学生树立与民族伟大复兴目标相结合的远大理想。如学习光刻工艺时，将学生分成多个调研小组，用一周时间调研国内外光刻技术的差距和我国近年来奋起直追的发展势头。

利用区域优势，组织学生参观大型企业芯片研发中心，让学生为国家科技的发展感到自豪和骄傲，提高自身标准，向优秀人才看齐，培养民族自信。如利用深圳在半导体制备领域的区域优势，带领学生参观大型企业芯片研发中心，让学生切身体验芯片制造过程，联系课堂所学理论知识，感悟实践。

组织学生观看相关纪录片，可以激发学生的爱国热忱，领悟创新精神以及吃苦耐劳精神的可贵。影片作为一种现代化媒介对文化的传播起着重要作用。同时对青年一代来说，相较口头传授，他们更容易从生动的影片中获得知识体会。因此，在课程中加入观看纪录片的环节能更好地完成隐性思政元素融入课堂的目标。纪录片内容的选取应当紧扣主题，与课程相关，能激发学生对集成电路学习的兴趣且引起情感共鸣。将祖国在发展初遇到的困难和多年来的心血沉积以及改革开放后的蓬勃发展用现代化、具体化的方式呈现给学生，激发学生对人生理想的思考以及对创新精神、吃苦耐劳精神、爱国精神的领悟。由于纪录片的观看具备引导作用，应将其穿插在整个课程的授课中，这样能提高学生上课集中注意力的时间，有利于整个课程教学任务以及思政元素融入课堂举措的开展[7]。

四、课改教学效果

通过在课程中进行启发式的教学以及思政融合和教学改革探索，在教学中利用多元化的手段进行教学，实现知识传授和价值引领相统一、教书与育人相统一的课程思政目标，产生了以下教学效果。

通过多元化的教学方法和模式，学生首先对课程的专业知识有更立体、更全面的理解。思政元素融入课堂，极大地培养了学生主动思考更深层思想内涵的能力，从而使学生对专业知识有更深的理解。多元化的教學方法能够更加立体地展示知识点本身。同时，理论联系实际，结合马克思主义基本原理和社会主义制度分析知识点背后的内在逻辑，对学生的学习热情是一次极大的鼓舞，使学生的个人能力更加完善。改进教学设计，除了能提高专业知识技能之外，还能促进自身主动思考，获得团队协作、辩证分析问题以及搜索辨别有用信息的能力。此外，通过观看影片等活动，让学生关注我国高端科技的发展现状以及快速发展的前景，提升学生的民族自信心。

为激发学生的学习兴趣，使其上课注意力更加集中，进而提升教学效果，本课程授课形式准备由传统的线下板书或PPT讲解的方式，改为线下授课与线上微视频结合的方式，目前已经针对该课程内容录制了全部28个总时长超过400分钟的微视频，每个视频15～20分钟，讲解专门的知识点。

为加深自身对课程思政的理解，顺利完成了2020年11月由学堂在线举办的第二期高校专业课课程思政设计与实践专题研修班，获益匪浅，并将相关理念融入该思政项目，从与课程紧密相关的知识点或案例中挖掘思政元素，以及注重课后效果调研和学生反馈等重要理念。

完成部分教案修改，加入更多思政育人元素。如在绪论中强调目前我国在集成电路制造技术上面临被国外“卡脖子”的情况，急需机械专业人才攻坚克难，突破技术壁垒，增强专业认同感的同时，培养学生牢记国家使命，树立远大理想的价值观。同时以微纳加工工艺中对精度要求很高为契机，强调一丝不苟的工匠精神，促使学生始终以高标准要求自己。

完成大量教学素材的收集用于后续思政育人，如哈工大八百壮士故事精神、硅谷的由来和历代创业励人事迹、国内自主高端制造技术的奋力追赶等。这些素材的阐述上应避免简单、空洞的说教，落入俗套，需要与课程内容紧密结合，让学生产生共鸣。

在后续授课过程中，笔者准备组织一次与企业的互动活动，通过让学生现场观看制造流程和亲身感受企业文化，达到加深知识理解和思政育人目的。笔者已与华为公司相关人员进行接触，对方表示在条件允许的情况下，愿意帮忙促成这次活动。计划在现场观摩过程中，讲述华为公司的发展历程、目前面临的技术封锁以及学生在公司甚至国家面临困境时所应承担的责任。

完成教学大纲中对考核方式的修改，将传统的闭卷考试改为大作业考核，根据人数多少决定是否分组，让学生根据当前形势和集成电路制造技术的难点，进行深入调研、分析，并提出如何突破技术壁垒的见解。在完成大作业考核过程中，可以锻炼学生的合作能力、了解当前的国内国际形势以及独立解决问题的逻辑思考能力，达到思政的目的。

笔者在该课程中加入思政元素，并代表深圳校区参加了哈工大一校三区青年教师教学基本功竞赛，获得了优秀奖。在竞赛过程中，除了磨炼自身的教学技巧和完善教学内容之外，教学名师的点评和他们一丝不苟的严谨态度也给了笔者非常大的感触，让我感受到了榜样的力量。同时，笔者也意识到课程思政不仅仅是教学方法和内容的改进，教学态度的严谨同样能够影响学生的学习兴趣，让他们受到好的榜样的鼓舞。

五、结语

在“集成电路制造工艺与装备”这一课程的教学过程中，教师力求让学生对该领域有相对全面和系统的认识，同时具有一定工艺分析方法和工程设计能力以及处理实际工艺问题和改善产品的能力。因为传统的讲课式教学手段比较枯燥、乏味，很难调动学生的积极性，所以课程改革的探索在原来的传统教学模式下加以创新，在实际教学中与前沿科技以及最新研究成果结合教学。通过优化学科与教学形式，更有效地调动学生学习的主观积极性，让学生的学习兴趣能够在学校创新型教育的推动下得到提升。同时，教师应真正履行“把思维教育体现于课堂教学整个过程”的指导，本课程教材将把思政元素渗入课堂教学的整个过程，以培养符合需要的、具有创新性的现代教育人才。

参考文献：

［1］张新廷，刘雷，唐利娟，等.“讨论—启发式”教学方法在大学物理教学中的应用探究［J］.山东农业工程学院学报，2022，39（2）：110-115.

［2］赵丰兰，段永波，朱秀云，等.以激发学习兴趣为导向的生物化学实验教学模式改革［J］.内蒙古农业科技，2015，43（5）：139-140，142.

［3］杨静，吴彬.启发式教学法在高等教育教学中的运用研究［J］.教育教学论坛，2021（47）：149-152.

［4］关振国.让学生发声：高校课堂讨论式教学模式研究［J］.中国成人教育，2020（12）：57-59.

［5］刘臣宇，杨彦明.谈讨论式教学的组织技术［J］.中国校外教育，2019（27）：58-59.

［6］周靖楠，刘振男.高等院校基础课程思政教学改革设计研究：以高等数学为例［J］.贵州农机化，2022（1）：51-54.

［7］章根红，李洪全，张晔，等.高校思政课翻转课堂教学改革探索研究［J］.湖北函授大学学报，2017，30（2）：47-48，65.

◎编辑 郑晓燕