微電子工藝課/實驗/生產實習的整合研究

王 蔚 田 麗 付 強

哈爾濱工業大學 黑龍江哈爾濱 150001

20世紀80年代初，J.M.德克特勒首次提出了“最終的整合目標”這一概念，它成為整合學業理論的基礎[1]。最初，這一理論被應用在歐洲大學為適應教學大綱的學業整合方面。整合教學實際上是一種以能力為導向的教學方法[2]，它力圖通過整合來發展學生的能力，使學生能在某一情境中調動所學知識、技能，以及其他資源來完成目標。近年來，整合教學受到普遍關注，整合教學法已被應用于各層次的教學實踐，在國內高校中也開始出現應用整合教學法進行專業課教學的報道[3,4]。

“微電子工藝”“微電子系列實驗”“生產實習”是微電子課程群中教學內容相近，教學形式不同的3門專業課程，我校對其進行了整合教學研究，提出了新的教學模式，編寫了涵蓋這3種形式教學內容的教材，設計了教學方案，并進行了初步實施及評價。

1 微電子工藝課程分析

1.1 原課程安排

“微電子工藝”是當前高校電子類本科專業的核心課程，其教學目的是使學生掌握硅集成電路芯片制造工藝的基本原理和方法，了解微電子產品制造關鍵技術及其發展方向。而“微電子系列實驗”和“生產實習”是與“微電子工藝”課程內容關聯性很強的實踐教學環節。“微電子系列實驗”是獨立設置的實驗課程，其教學目的是使學生掌握硅芯片關鍵工藝的實驗、檢測技術和常用儀器的使用方法。“生產實習”則是通過組織學生到現代化企業參觀學習，在工藝線上直接參與生產實踐[5]，使之了解微電子產品的生產過程，行業發展動態，從而提高他們解決問題的能力及綜合素質。本質上，這3門課程是教學形式不同，但教學內容相近的一個課程模塊。在當前的教學大綱中，這3門課程都是獨立開設的，通常在大三上學期分別開出40學時的工藝課、20學時的系列實驗和4周的生產實習。因此，“微電子工藝”課堂教學和實踐教學結合的較為松散，總學時數也偏多。

1.2 教學現狀分析

“微電子工藝”具有涉及知識面寬，綜合性強，理論與實踐結合緊密的特點。若只采取課堂教學，對毫無實踐經驗的學生而言，課程涉及的技術性內容繁雜，知識點多且分散，全面理解學習內容的難度大。在為2009級學生開出本課程之后進行了問卷調查。其中“對工藝課知識的理解程度”這一問題，在58張答卷中只有1人選擇“能全部理解”，約60%的學生選擇“大部分理解”(如圖1所示)。

圖1 對工藝課知識的理解度

在對微電子課程群中其他相關，如“微電子器件原理”“集成電路設計”等課程主講教師進行的調研中，普遍認為若將各自獨立開設的“微電子工藝”“微電子系列實驗”和“生產實習”作為一個課程模塊進行整合教學，穿插授課，更有利于學生學習。

2 課程整合研究

2.1 課程整合

首先在培養計劃上將“微電子工藝”“微電子系列實驗”和“生產實習”整合為課堂/實驗/實習一個微電子工藝課程模塊，該課程模塊的教學目標為：培養熟知國內外先進微電子關鍵工藝，并具有一定工藝設計、分析，以及解決實際工藝問題能力的人才。

圖2 微電子工藝課程模塊教學內容

通過對原課程內容分析，將微電子工藝課程模塊中3部分內容都進行了優化(如圖2所示)。該課程模塊由一個課程組在大三上學期連續穿插教學，以避免教學內容的重復。因此，可以在不壓縮教學內容、不降低教學效果的前提下，將授課學時數定為：講課40學時/實驗16學時/生產實習3周，與原課時數相比有了較大縮減。

課程組在原微電子工藝課程講義基礎上，結合微電子工藝學發展現狀，編寫了涵蓋3種教學形式、內容的教材：《集成電路制造技術—原理與工藝》。該教材已于2010年9月由電子工業出版社出版，并基于此教材制作了多媒體課件。

2.2 教學模式的整合

課程組設計了微電子工藝課程模塊的整合教學模式(如圖3所示)。整個教學過程是師生共同參與的、動態的、雙向的信息傳播過程。

圖3 微電子工藝課程模塊整合教學模式

課堂教學采取講課為主，自學討論為輔的形式，課后穿插參觀微電子生產線等實踐教學環節。教師講授教材各單元、章節中的重點、難點，課堂上設置問答等少量的“教”“學”互動形式。其他內容采取：教師首先提出問題，再組織學生在課堂上自學，然后展開討論，最后進行歸納總結。這既調動了學生的學習積極性，又能提高學習效率。為避免出現只有部分學習積極性高的學生參與課堂討論的現象，教師隨機抽取學生回答問題，并作為平時成績記錄。在課堂學習階段，組織學生參觀微電子生產工藝線，讓他們在實際生產情景中理解課堂講授的相關內容。

課堂教學之后進入實驗和晶體管制作實踐教學階段。實驗項目是針對關鍵工藝參數進行測試，以及有關芯片性能測量設置的實驗，因此將其穿插在晶體管芯片制作過程中進行。

3 整合教學的初步實施及評價

受原教學計劃限制，在2011年秋季學期末，主要開出了整合后的微電子工藝課程模塊課堂教學部分，其他內容在2012年春季學期初開出。

3.1 對教材的評價

采用新編的《集成電路制造技術—原理與工藝》教材和多媒體課件進行了課堂教學。課程結束后進行的問卷調查表明，學生對新編教材和課件的滿意度較高(如圖4所示)。

圖4 對新編教材和課件的滿意度

另外，從電子工業出版社的統計結果來看，盡管該教材是受眾面很小的專業課教材，但自2010年9月出版至今，已售出4 000余冊，被國內數十家高校選作微電子工藝或集成電路工藝基礎等課程的教材使用。由此可以說該教材得到了同行的普遍認可。

3.2 課堂教學方法及評價

在以整合教學模式進行的“微電子工藝”課堂教學實踐中，每次課的前幾分鐘都進行了提問，以便督促學生在課后復習，并引出本次課教學內容；課堂上講授了基本單項工藝的原理、模型、物理基礎，以及基本方法等重要內容；而對于大量工藝技術與設備等內容，先提出問題，再組織學生自學后討論，最后進行歸納總結；對學生回答問題和討論發言都作為平時成績進行記錄。在課堂教學期間，組織學生參觀了哈工大微電子平面工藝線，以利于他們對基本工藝方法與設備等內容的理解。

圖5 學生喜歡的教學方式

從課程結束后所作的問卷調查可知，學生喜歡的教學方式與實際所采用的授課方式大體一致(如圖5所示)。學生對本課程的評教結果為“A+”。而且，微電子課程群后續課程主講教師也反映：這屆學生的微電子工藝基礎知識較扎實。

3.3 實踐教學及評價

微電子工藝的實驗和實習是在我校微電子實驗室進行的。首先開設了“高純水制備”“微電子清洗”兩個講座；然后學生自制了晶體管，進行了工藝實驗；最后，組織學生參觀了哈爾濱晶體管有限公司的器件生產工藝線。

在圖2中，把晶體管制作劃分為了6個關鍵工序。因此，學生自制晶體管也分為6個組，要求每個組負責一個關鍵工序：確定工藝條件、進行工藝操作、解決出現的問題、記錄工藝現象、條件、參數等。這樣盡管學生人數較多(全系64人)，也能保證每名學生都參與到自制晶體管和相關的生產管理過程中來。另外，鼓勵學生在完成自己組工作之外參與其他組的工作。在整個實踐教學過程中學生積極性很高，充分發揮出各自的綜合能力。

從學生遞交的總結報告來看，這次微電子工藝實踐教學效果很好，學生們普遍認為：提高了動手能力，學會了分析、解決問題的方法，更重要的是培養了團隊意識和團隊合作能力。對今后的學習與工作都有較大幫助。

4 結束語

我校對“微電子工藝”“微電子系列實驗”和“生產實習”這3門教學形式不同，內容相近課程進行的教學整合研究表明：在專業課程教學改革中，將課堂教學和實踐教學整合為一個專業課程模塊，建立統一的課程體系，編寫涵蓋理論與實踐2方面內容的教材，由一個課程組進行連續穿插授課，這種整合教學模式是可行的，教學效果良好，同時又減少了授課學時數。

[1]張瑞,姚凌江,吳向文.運用混合式立體化教學模式培養應用型創新人才[J].現代教育技術,2010,20(1):77-81

[2]汪凌.整合教學法:為了學生素質的發展[J].全球教育展望,2007,36(10):3-7.

[3]張園.整合教學法在模擬電子技術教學中的應用[J].科教文匯.2011.10(下):58-59.

[4]桂峰,孫靜亞,梁娟.“環境監測”課程理論與實驗教學整合初步研究[J].科教文匯,2010,12(下):54,65.

[5]王蔚,田麗,王喜蓮,劉曉為.校內實驗室開設微電子生產實習的探索[J].電氣電子教學學報,2009,31(2):71-72.

[6]王蔚,田麗,任明遠.集成電路制造技術—原理與工藝[M].電子工業出版社出版,2010.