新工科背景下微電子器件物理課程的教學改革與實踐

黃 樂

(廣東工業大學材料與能源學院，廣東 廣州510006)

0 引言

隨著新一輪科技革命的到來，人們進入一個空前的創新密集與產業變革的時代。為更好地確保“創新驅動發展”“中國制造2025”等國家重大戰略落到實處，支撐新經濟和新產業發展，教育部于2017年先后形成了“復旦共識[1]”“天大行動[2]”和“北京指南[3]”，構成新工科建設的“三部曲”，全力探索并形成領跑全球工程教育的中國模式。

新工科的“新”主要體現在對原有的工程教育模式進行升級，強調科學教育、人文教育、工程教育三者的有機統一，突破對原有學科的界定以及產業的劃分，推動學科間的交叉融合，培養能夠主動適應新技術、新產業、新經濟發展的高素質復合型工程科技人才[4]。新工科建設對模擬電子技術基礎課程的教學實踐提出了新要求。

1 課程特點與傳統教學模式存在的問題

“微電子器件物理”作為一門將基礎理論與實際工程科學問題緊密聯系起來的課程，是高等院校中計算機、自動化、電子信息等專業極為重要的專業基礎課，也是廣東工業大學材料與能源學院在微電子專業開設的核心專業基礎課程之一。

“微電子器件物理”主要包括半導體物理基礎知識、PN結等元器件中的物理知識和光電光伏器件應用這幾部分內容，從能帶結構出發，系統介紹了基礎電子元器件的組成結構、原理、電學特性、應用前景，以及實用的光電、光伏器件的分析與應用[5]。課程的教學目的是通過對常用電子元器件內容載流子物理性質的分析，使學生掌握微電子器件方面的基礎知識、基礎理論和基本技能，為深入學習電子技術及其在專業中的應用打下基礎。

“微電子器件物理”具有知識點多、實踐性強、應用基礎廣泛等特點，其中最顯著的特征就是工程性與實踐性，這也導致課程教學和學習的難度加大，在常規的教學中，在教學內容、教學方式、教學評價方面存在諸多問題。

1.1 課程內容繁多，與行業和企業的實際需求存在脫節

該門課程涉及的知識點眾多且較抽象，物理圖像多且復雜，并且課程內容相對孤立，與其他課程聯系較少，缺乏學科間的融會貫通；且知識更新滯后于行業發展，教學內容缺乏時效性，與行業和企業實際需求脫節；實驗部分多為驗證性試驗，學生只需要按實驗指導書的具體步驟操作，測試記錄相關的參數，然后完成實驗報告即可，這樣只培養了學生按部就班完成任務的“實驗”能力，無法達到培養學生獨立分析問題、解決問題能力的目標。

1.2 教學方式過于傳統，無法全面調動學生學習的積極性

目前，多數學校仍采用“以教材為中心、以教師為中心、以教室為中心”的“教師傳授模式”為主，傳統單調的PPT+板書的教學模式讓課程內容的講授和學習都較吃力，學生參與度較低，大多數學生仍停留在對知識點的死記硬背層面，很難真正激發學生學習的興趣。

1.3 注重理論分析和計算，忽略技術應用，理論與實踐脫節

該課程在強調基礎理論嚴謹分析的同時，還注重實際的應用分析，要求學生系統掌握常用電子儀器的使用方法、電子電路的測試方法、故障的判斷與排除方法和EDA軟件的應用方法，強調培養學生實際解決問題的能力。但由于課程涉及的抽象概念較多，且學時限制嚴格，時間緊、任務重，導致很多教師在授課過程中花費過多精力在理論分析和計算上，實驗所占課時較少，忽略了理論知識的運用與實踐。

1.4 教學評價形式過于單一，無法準確評估學生的學習效果

目前該門課程對學生考核主要通過期末閉卷考試的形式，這種傳統的考核方式缺乏過程性評價，很難準確反映學生的實際學習成果，很多學生不注重平時的課程學習，習慣于考前集中突擊，最終導致考前臨時抱佛腳，考后離開課堂就忘掉的局面，沒有對知識真正的掌握吸收。

2 探索課程教學改革與實踐

以新工科建設的教育改革理念為指導，針對“微電子器件物理”課程常規教學中存在的問題，我們從“豐富課程體系”“創新教學方法”“革新考核方式”等方面探索教學改革與實踐，并取得了初步成效。

2.1 以行業和企業發展需求為導向，豐富課程體系

打破教材原有的章節順序，對教學內容進行重新梳理，將課程體系整體優化，創建系統化、模塊化的課程體系框架，將課程知識點整合為三大基本模塊，不同模塊采用不同的授課方式；將行業發展的最新情況和成果融入課程體系中，將企業和社會的實際需求與課程相結合，同時根據行業發展不斷充實和完善課程設置與教學內容，注重學生創新能力的培養；同時把人文教育和思政教育滲透到教學的各個環節、貫穿于整個課程體系，讓學生學習和掌握專業知識與技能的同時，全面提升其綜合素質。

2.2 以學生為中心，創新教學方法

“微電子器件物理”是一門理論知識傳授與實踐運用相統一的課程，可以通過課前啟發、課堂教學、項目實踐、課后答疑等多樣化手段來激發學生的學習積極性，培養學習興趣。

在課前，教師可以通過設置啟發式問題，引導學生提前預習與主動思考。在課堂教學中，除教師講解授課外，可通過分組討論與成果展示、教師總結答疑的形式，增強學生的課堂參與性，培養其主動思考、獨立分析問題的能力；在實踐環節，除了常規的課后實驗課，可以課題形式發布實驗與成果要求，要求學生通過自學有關課程完成相應的任務，培養學生自主學習的能力，也可以通過讓學生參與到教師的項目或者參加科技競賽等活動，提升學生的創新能力與解決問題的能力。在課后，可通過微信群答疑、重點知識微課學習等形式，加強與學生溝通，及時鞏固學習效果。

2.3 建立理論實踐一體化的綜合考核體系，革新考核方式

在課程學習效果評定中，除了出勤、課堂表現、日常作業完成情況、期中與期末考試成績、實驗成績等傳統評價方式，還可以通過讓學生寫學習小結、課程設計等引導學生主動去閱讀相關的課外書籍、關注和搜集當前行業發展的最新動態形勢，不再局限于課堂所學、教師所教的內容；同時，在期末考試的內容上，減少以純粹記憶為主的內容的比例，增加實驗設計類的比重；此外，將學生參加科技競賽或者創新創業比賽取得的成績，按相應比例納入課程考核成績中，鼓勵學生將理論知識運用于實踐，鍛煉其自主學習能力和跨界整合能力。

3 結語

隨著信息技術的不斷發展，科技創新的周期將越來越短，高新技術產業化的邊際也越來越模糊，技術革新和成果轉化越來越快，對未來新型工程科技人才培養提出了更高要求。本文以學生為中心，以行業和企業需求為導向，根據“模擬電子技術基礎”課程的基本特點，從教學內容、教學方式、考核方式三方面著手，注重理論與實踐的結合，培養學生的自主學習能力、獨立分析與解決問題的能力和跨界整合能力，致力于培養能夠主動適應新技術、新產業、新經濟發展的高素質復合型人才。