基于OBE理念的半導體工藝類課程教學改革初探

張云山 許吉 萬洪丹

摘?要：半導體工藝類課程是高等院校電子信息類專業的重要課程之一，此類課程以半導體物理、固體物理等為基礎，針對半導體類器件的制作工藝流程展開教學。半導體工藝類課程內容涉及知識面廣，綜合性強，在課程內容和教學方式等方面存在一些問題。本文基于成果導向教育理念（OBE），以《光電子器件工藝與設計》課程為例，分析和總結該課程存在的問題，提出該課程的教學內容、授課方式、考核方法等方面的改革策略，著力培養學生在半導體工藝技術領域的創新和實踐能力。

關鍵詞：成果導向;教學改革;半導體工藝;光電子器件工藝

中圖分類號：G642

一、緒論

半導體工藝類課程是高等院校電子信息類專業非常重要的專業課程之一，此類課程重點培養學生在半導體器件結構設計與工藝制造方面的實踐和創新能力[1]。然而半導體工藝類課程以半導體物理、固體物理等理論課程為基礎，以材料生長、光刻、刻蝕等比較程序化的工藝流程知識作為授課內容，涉及知識面非常廣，在較短的課時內很難讓學生對半導體工藝內容有較好的掌握，更不用說培養創新和實踐能力了。2016年6月2日，我國成為《華盛頓協議》正式締約成員，“復雜工程問題”的解決能力成為認證工程專業畢業生必須具備的核心能力。成果導向（OBE）理念是工程教育必須遵循的教育理念[2-4]。原來的半導體工藝類課程存在一些共性的問題，不再符合OBE教育理念的要求。本文以《光電子器件工藝與設計》課程為例，分析課程內容和教學過程存在的問題，基于OBE教學理念對《光電子器件工藝與設計》課程進行改革，明確教學目標，提出相應的改革策略，重新設計課程內容和教學方法，培養學生的創新意識和分析解決半導體工藝領域復雜工程問題的能力。

二、光電子器件工藝與設計課程存在的問題

（一）課程內容與課時不匹配，以理論教學為主

光電子器件工藝與設計課程涉及的內容包括半導體材料的制備與外延生長、光刻工藝、電子束曝光、刻蝕、薄膜制備等。每一項工藝又涉及到半導體物理、固體物理、化學等基礎知識。之前該課程只有32學時，學生很難在如此短的時間內掌握如此多的內容。并且32學時全部是理論教學內容，由于內容都是程序化的工藝流程和工藝參數，對于沒有做過工藝的學生來說，內容枯燥很難激起學生的學習興趣和學習主動性，教學效果一般。另外，由于課時少，授課壓力大，授課老師和學生之間的互動和輔導時間被壓縮，進一步降低了教學效果。

（二）教學方式比較單一，理論灌輸為主

光電子器件工藝與設計課程所涉及的工藝流程很難讓學生親自動手去做，內容相對抽象。而課程的教學方式比較單一，主要是以理論灌輸式課堂教學為主，沒有結合先進的現代化教學方式。教學過程只注重灌輸理論知識沒有關注學生實踐能力的培養。

（三）考核評價方式單一，試卷考核占主導

光電子器件工藝與設計課程以期末試卷考試為主要考核方式，考核內容主要是理論知識，最后的總評成績是卷面成績與平時成績相結合計算出來的。成績中只體現了學生對工藝理論知識的掌握情況，并不能反映學生能力的培養效果。

三、基于OBE理念的光電子器件工藝與設計課程改革

（一）確立符合OBE理念的課程目標

OBE理念能夠很好地解決傳統教學中存在的問題，它以預期學習所達到的目標為中心來設計、實施和評價教學。OBE理念強調最終學習成果、注重實踐過程、強調以學生為中心。OBE理念下課程目標是自上而下建立的，也就是學校根據國家和行業發展的需求制定本科專業的培養目標，然后根據培養目標來合理設計該專業的畢業要求，而畢業要求的達成則需要通過課程體系來支撐，課程體系中的不同課程要支撐畢業要求中不同的畢業要求指標點，課程目標就是根據其支撐的畢業要求指標點來設計的。

根據OBE理念制定的光電子器件工藝與設計課程的目標如下：

課程目標①：掌握光電子器件的原理、結構和性能，使學生了解光電子器件的制備工藝技術，具備描述和分析光電子器件工藝復雜問題的理論基礎;

課程目標②：培養學生能夠針對光電子器件工藝領域復雜問題的解決方案，能夠設計滿足特定要求的光電子器件，并確定相應工藝制作流程;

課程目標③：培養學生利用專業的計算機軟件對光電子器件工藝及相關領域的具體問題進行設計和仿真，對結果進行預測和模擬，并理解其局限性。

以上課程目標與畢業要求指標點的對應關系

（二）基于OBE理念優化課程內容

光電子器件的發展日新月異，更新換代非常迅速，新工藝和新器件不斷涌現。光電子器件與工藝課程內容要緊跟新技術的發展步伐，優化課程內容，摒棄過時老舊的內容。培養學生對新技術的感知度，引領學生探索發現光電子器件和工藝的發展趨勢。在拓展新的課程理論內容的同時，增加相應的上機實踐內容。上機實踐內容引入專業的半導體工藝仿真軟件，與理論課程內容結合，培養學生對光電子器件工藝的設計和仿真能力。優化后的課程內容與能力培養矩陣關系如表2所示：

（三）優化課堂教學方式

OBE理念以培養學生創新和實踐能力為主要目的，注重教育輸出結果。能力的培養不能單靠傳統的課堂灌輸式教學方式。本課程將根據不同的教學內容采用不同的教學方式以提高教學效果。一是利用現代多媒體技術和多種教學APP軟件（如雨課堂、問卷星等）實現多種多樣的課堂互動和課后輔導答疑，提高理論教學效果;二是合理利用相關工藝的視頻內容，比如電子束曝光工藝視頻、刻蝕工藝視頻等，將抽象內容形象化和具體化;三是部分教學內容可采用翻轉課堂形式，例如材料生長工藝包含金屬有機化學氣相沉積工藝、分子束外延工藝、液相外延工藝等，部分材料生長工藝內容可以讓學生自己搜集資料，制作課件，并進行課堂講解，讓學生提出問題集體討論;四是將上機內容與理論內容緊密結合，利用上機仿真練習加深理論學習，理論與實踐結合培養學生在光電子器件工藝方面實踐能力。

（四）更注重過程的考核方式

改革后的光電子器件工藝與設計課程的考核方式更加多樣化，更加注重學生學習過程的考核。一是對學生整個學習過程考核評估，以教學過程中學生參與學習活動及其分析、解決問題能力為考核指標;二是在教學過程中，教師讓學生明確課程性質、章節的學習目標、課堂學習要求、具體考核方法，進而學生可以合理地規劃自己的學習時間。新的考核方式課程的總成績應該涵蓋學生的分組討論參與度、PPT匯報情況、作業、上機仿真、線上學習、隨堂任務、期末考試等部分。

四、結語

本文以光電子器件工藝與設計課程為例，分析了半導體工藝類課程普遍存在的問題，基于OBE理念提出了課程改革的策略：一是確立符合OBE理念的課程目標，根據畢業要求指標點合理設計課程目標;二是基于OBE理念優化課程內容，增加了上機實踐環節;三是優化課堂教學方式，采用多媒體教學、翻轉課堂、上機實踐與課堂講授相結合的方式;四是制定更注重過程的考核方式。通過課程改革，提高學生在半導體器件工藝與設計方面的創新和實踐能力。

參考文獻：

[1]馬奎.關于半導體器件物理課程教學方法改革的幾點考慮[J].教育教學論壇，2020，（022）：216-218.

[2]王文生，鄧麗.基于OBE的大學計算機基礎混合式教學改革實踐[J].科教導刊，2020，（30）：31-32.

[3]姚靜，王佩.基于OBE教學理念的項目驅動式專業課程教學設計——以《液壓與氣壓傳動》為例[J].教學研究，2017，（3）：87-91.

[4]張其亮，陳永生.基于OBE的多維度階梯式實踐教學體系構建[J].實驗室研究與探索，2018，37（03）：206-209.

基金項目：本文由南京郵電大學校級教改項目“工程教育認證背景下專業基礎核心課程評價體系的建立——以《電磁場理論與光波導技術》課程為例”（JG03318JX04）和“基于CDIO工程教育理念的光電類專業畢業設計改革研究與實踐”（JG10619JX15）資助

作者簡介：張云山（1982—?），男，漢族，博士，副教授，碩導，研究方向：光子集成與光通信;許吉（1983—?），女，漢族，博士，副教授，碩導，研究方向：微納光子學;萬洪丹（1984—?），女，漢族，博士，副教授，碩導，研究方向：光子學與光通信。