CDIO模式在《半導體照明材料與器件》課程中的應用

【摘 要】《半導體照明材料與器件》是材料科學與工程專業的專業課，是涉及固體物理的基本概念、材料的制備、器件的基本結構與設計等多學科的交叉課程。本文從培養應用型材料科學與工程專業人才的要求出發，針對傳統的《半導體照明材料與器件》教學中存在的問題，基于CDIO教學模式，對本課程的教學方法進行一系列有益的教學改革討論，并結合實際教學經驗，提出了將CDIO工程教學理念應用于《半導體照明材料與器件》教學改革的具體措施。

【關鍵詞】CDIO " "《半導體照明材料與器件》 " " 課程改革

半導體照明是指用全固態發光器件（發光二極管），作為光源的照明，具有高效、節能、環保、壽命長、易維護等顯著特點，是近年來全球最具發展前景的最新技術領域之一，是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一場照明光源的革命，半導體發光材料與器件有著巨大的市場與技術創新空間。因此，培養半導體照明領域的專業技術人才是材料科學與器件專業人才培養的一個新方向。《半導體照明材料與器件》更是一門重要的專業基礎課，是涉及固體物理的基本概念、材料的制備、器件的基本結構與設計等多學科的交叉課程。本課程的主要目標為培養學生了解常見的半導體發光材料的發光原理和制備方法，掌握半導體發光器件的工作原理、結構以及應用，了解最新的發光材料和器件，為分析、研究和設計半導體光電器件打下基礎。為了適應材料工程與科學專業高水平應用型人才培養的需求，培養解決實際問題和創新的能力，我們需要探索本課程新型的教學方法。

CDIO工程教育模式，是近年來國際工程教育改革的最新成果，是由美國麻省理工學院、瑞典皇家工學院、瑞典查爾摩斯工業大學和瑞典林雪平大學等四所大學共同創立的工程教育改革模式。CDIO的含義為構思（conceive），設計（design），實現（implement）和運作 （operate），它以產品從研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式進行學習。

1.教學現狀及CDIO課程改革思路

在傳統的《半導體照明材料與器件》的教學中，主要是教師在課堂上按照課本的章節順序介紹本常見的半導體發光材料的發光原理和制備方法、半導體發光器件的工作原理和結構、最新的發光材料和器件的應用等內容，并以期末考試或考查評估學生掌握的情況。這種教學方法偏重于理論知識的灌輸，割裂了教和學的互動，忽視了對學生創新思維過程能力的培養，教學結果也過于看重考試成績，缺少形象思維、構思表達和創造設計這種綜合能力的訓練。

課程改革的目標就是在傳授給學生《半導體照明材料與器件》相關的理論知識的同時，能夠培養學生的個人能力、人際團隊能力和工程系統能力。使學生在接觸工程教育的那一天起，就摒棄中學時的學習方法和觀念，只有這樣才能真正構建完整的CDIO工程教學體系。筆者在本課程的教學過程中，深刻體會到進行教學改革的必要性，積極探索以CDIO理論為導向、以學生為中心、教師從旁引導的新型教學方式，以期令教師教學與學生實踐融為一體。

2.基于CDIO理念的課程改革措施

基于CDIO的教育理念，我們在《半導體照明材料與器件》課程的教學中，采用了以項目推動教學的新型課程改革。具體內容如下：

1）把課程章節按照半導體照明器件制造的整個生命周期分成四個部分：半導體照明材料生長，半導體照明器件結構設計，半導體照明器件制造和封裝，半導體照明器件的驅動、控制及檢測。

2）讓學生圍繞以上四個內容調研，列出為了制造一個半導體照明器件，需要學習哪些基本理論知識。此部分為本課程的核心部分，能充分調動學生求知的積極性。具體實施的時候可以將學生分成若干小組，分塊進行調研。

3）教師根據學生的調研，進行總結和補充，按照教學大綱要求制訂需要課程講授的知識點。此過程與學生進行溝通，明確哪些知識點的講授可以解決學生對特定模塊所提出的問題。每次課堂授課后，與學生溝通確認是否解決了他們對半導體照明器件制造過程中某一步驟的疑惑。

4）全部課堂授課內容完成后，總結半導體照明器件的整個制造流程，結合理論和產業實際，激發學生討論半導體照明器件產業的不足和可改進處，可以結合最新的科研和產業成果。

綜上所述，通過這樣四個步驟，充分調動學生主動學習的積極性，并理論聯系實際，深化課堂知識點的學習，是CDIO教學理念的一個具體應用實例。

3.結語

本課題基于CDIO教學模式，創立了《半導體照明材料與器件》新型的教學互動的教學模式。在實際教學過程中，以一種特定的半導體照明器件的完整的制造過程為核心，推動相關理論知識的教學以及實驗合成方法的介紹，提升學生主動獲取知識的能力，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。本教學方法自2014年開始在上海第二工業大學環境與材料工程學院新能源材料專業進行完整的改革和實踐，具有較高的理論意義和推廣價值。

【參考文獻】

[1]Edward Craweley， Johan Malmqvist， Soren Ostlund， Doris Brodeur. "Rethinking Engineering Education： The CDIO Approach， Springer.

[2]顧佩華，沈民奮.重新認識工程教育：國際CDIO培養模式與方法[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]王剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考[J].中國高教研究，2009（05）.