項目教學法在微電子實驗課程中的應用

李如春，王曉東

（浙江工業大學 信息工程學院，浙江 杭州 310032）

項目教學法在微電子實驗課程中的應用

李如春，王曉東

（浙江工業大學 信息工程學院，浙江 杭州 310032）

項目教學法是基于建構主義教學理論的一種教和學的模式，它強調以學生為教學主體，突出學生學習的主動性。通過學生的自主學習，教師輔助，在預定的時間內完成所設定的項目任務。基于微電子實驗課程涉及儀器眾多、使用重復率低的特點，將項目教學法應用于其中，通過一個具體的項目，涵蓋各個基礎實驗的內容，可以加深學生對實驗目的和內容的理解，自主學習實驗儀器的使用，使實驗操作的內容具體明確，大大改善教學效果。

項目教學法；微電子實驗課程；自主學習；教學效果

微電子實驗課程不同于普通實驗，實驗設備昂貴，一般每臺都在萬元以上，且同一設備可開設的實驗項目有限，所以在實驗授課時，往往是不同的學生所做的實驗項目不同，每個實驗所用的儀器也不同，這給教學工作帶來了困難和挑戰，也使得實驗教學效果較差。針對這一現狀，論文將項目教學法應用于微電子實驗課程中，以期望改善教學效果。項目教學法（Project Based Learning，PBL），也稱為“基于項目活動的研究性學習”，是基于建構主義教學理論的一種教和學的模式[1，2]。瑞士著名心理學家皮亞杰認為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學生在一定的情境下借助他人的幫助，并利用必要的學習資料，通過建構的方式而獲得的[3]。美國的項目管理專家約翰C·古德帕斯丘認為“項目是在一定的時間里，在預算規定范圍內需達到預定質量水平的一項一次性任務。”[4]項目教學法集中關注某一學科或技術的主要知識點，旨在把學習者融入到有意義的任務完成過程中，讓學生更積極、有目標地自主學習。項目教學法具有以下顯著特征[5]：①在學習的過程中，學生的理解在本質上是與行動相關聯的，教育在此意義上是基于行動的過程。②對于客觀存在的世界，其被賦予的意義是由學生自行決定的。③學習的目標具有明確的定向性，只有當學生清晰地意識到自身的學習目標，并獲得與所期望的成果相應的預期時，學習才是成功的。在項目法教學活動中，學生成為教學的主體，教師則是起輔助作用，提出項目的設計要求和目標。師生在教學中充分互動，在積極探索、熱情洋溢的交流中獲取教學活動的成功。

一、具體實施方案

項目教學法是把客觀規律轉化為知識與技能的過程，教師不是將知識和理論灌輸給學生，而是引導他們一步步思索探究、自己實踐，在實踐中理解知識、掌握知識和運用知識。為貫徹項目教學法的上述中心思想，基于微電子實驗課程內容的要求[6-8]，我們選取二極管即PN的制作和性能測試作為一個項目，具體包括七個小實驗：①硅材料層錯、位錯的觀測；②外延層電阻率的測試；③PN結的仿真制作；④PN結深的測試；⑤PN結電熱特性的測試；⑥PN結電容—電壓特性關系測試；⑦利用晶體管特性圖示儀測試二極管的特性。下面具體介紹各實驗選取的理由和具體內容。器件的制作，首先必須考察制作材料的性能，所以我們從硅材料的性能研究開始。對于制作半導體器件的硅材料，最重要的是其缺陷情況，因此，利用金相顯微鏡觀測單晶硅片的層錯和位錯成為第一個實驗的內容。半導體硅材料需通過雜質的摻雜才能制作成有用的器件，電阻率的測試可以反映摻雜的程度，所以，利用四探針法測試外延層電阻率成為我們第二個實驗的內容。半導體器件的制作涉及微電子工藝技術，實際工藝的制作受限于財力和場地，但可以通過仿真軟件TCAD[9，10]模擬制作過程，從而加深理解微電子工藝的各道工序，為此，第三個實驗利用計算機軟件仿真制作PN結。在器件制作過程中，影響二極管特性最重要的因素是PN結的結深，所以第四個實驗的內容是了PN結深的測試。器件制作完成后，需對器件的特性進行測試，所以第五到第七個實驗均是對PN結（二極管）外特性的測試，包括二極管正向電壓與溫度的關系、結電容與外加偏置電壓的關系、二極管伏安特性和反向擊穿特性等。上述內容貫穿了PN結的制作材料、制造流程以及特性測試，組成了一個關于二極管器件的完整項目。在此，我們只是以二極管為例進行了項目法在微電子實驗教學中的具體應用，當然，實際操作時，也可以利用雙極型三極管或者場效應管等為例建立項目。

二、實踐效果

通過項目教學法可以整合教學資源，打破課程之間的界限，將不同課程內容組合在一起，從而教學活動設計成為學生和教師克服學科教學所造成的知識和技能條塊分割的過程。在實踐過程中，學生開展協作互動式的學習，獨立地、有評價性地思考問題，有助于學生團隊協作、創新能力等素質的形成。將項目教學法應用于微電子實驗教學中，是上述優勢在實際應用中的一個具體實現。我們在電子科學與技術專業2010級的微電子基礎實驗課程中，兩人一組，具體實施了上述提出的項目教學法，相比于傳統教學法，實踐效果的改善體現在以下幾個方面：

1.有助于提高學生學習的主動性。在微電子實驗中，因為每組同學進行的實驗內容和儀器都是不同的，老師不可能在實際操作之前進行講解，所以，在項目設計框架已經給出的前提下，具體的實驗原理和儀器操作，均需學生自學了解，才能完成要求的實驗內容，這體現了項目教學法以學生為主體、老師進行輔助的特點。

2.實驗的意義和目的理解更深刻。因為在具體的實施方案中，將各個實驗以一個項目的流程為主線串連在一起，所有的實驗都是項目中的一個流程，這樣，每一個實驗的目的就很明確。

3.實驗內容操作更簡單明確。實驗順序的安排，是根據項目實際流程的順序進行的，上下兩個實驗之間存在一定的聯系，這有助于學生對實驗內容的理解，操作更簡單明確。

三、實施過程中的注意事項

1.優化項目設計。在微電子實驗課程中，需要所設計的項目能夠把涉及到的課程知識點和各種實驗儀器涵蓋在其中，這就要求要精心選定項目，以此項目貫穿整個教學過程，才能達到預定的教學效果。

2.教師需重視學生的需求。在傳統的實驗教學中，學生的需求差異性較小，共性的問題較多，教師可以在實際操作之前對需注意的問題一起進行講解。在項目法教學中，各組學生同時進行的內容有差異，教師應當注重學生的差異需求，及時對學生進行解惑。

3.注重培養學生的獨立和創新能力。在項目法教學過程中，是以小組為單位進行項目的實施，在團隊合作的同時，每個成員還要獨立完成自己的項目任務，通過獨立思考、分析從而解決問題。

教學實踐證明，將項目教學法應用于微電子實驗課程中，學生作為學習的主體，通過獨立完成項目，把理論與實踐有機地結合起來，掌握了各種微電子測試儀器的使用。相比于傳統的實驗教學方法，有助于提高學生對實驗目的和內容的理解，自主學習實驗儀器的使用，使實驗操作更簡單具體，大大改善了教學效果。

[1]徐涵.項目教學的理論基礎、基礎特征即對教師的要求[J].職教論壇，2007，（6）：9-12．

[2]傅四保.建構主義學習理論指導下的項目教學法初探——以“教育技術學研究方法”課程教學為例[J].中國大學教育，2011，（2）：56-58.

[3]皮亞杰.結構主義[M].倪連生，王琳，譯.北京：商務印書館，1984.

[4]約翰C·古德帕斯丘.項目價值管理[M].北京：機械工業出版社，2005.

[5]張學林，陳齊超，段珊，等.項目教學法在C語言課程設計中的應用研究[J].實驗技術與管理，2011，28（2）：164-167.

[6]劉恩科，朱秉升，羅晉生.半導體物理學[M].第6版.北京：電子工業出版社，2007.

[7]關旭東.硅集成電路工藝基礎[M].北京：北京大學出版社，2003.

[8]陳星弼，張慶中.晶體管原理與設計[M].第2版.北京：電子工業出版社，2008.

[9]阮剛.集成電路工藝和器件的計算機模擬——IC TCAD技術概論[M].上海：復旦大學出版社，2007.

[10]SILVACO International，ATLAS User's Manual-DEVICE SIMULATION SOFTWARE[M].Santa Clara，CA 95054，September 2004.

G642.41

A

1674-9324（2014）04-0079-02

李如春（1968-），女，浙江青田人，博士，副教授，浙江工業大學信息工程學院電子與通信系副主任，研究方向：半導體器件設計。