趙 明 琳

(江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)為2010年新增的本科專(zhuān)業(yè)，該專(zhuān)業(yè)是我國(guó)為適應(yīng)21世紀(jì)的國(guó)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)而增設(shè)的戰(zhàn)略性專(zhuān)業(yè)[1]。 新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)具有典型的多學(xué)科交叉特性，涉及了物理化學(xué)、材料學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路技術(shù)和電子器件技術(shù)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域[2]，知識(shí)覆蓋面廣，對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)要求較高。而半導(dǎo)體物理課程是該專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課之一，該門(mén)課程揭示了半導(dǎo)體材料體系中的磁、熱、電、光等基本物理現(xiàn)象，是后續(xù)功能薄膜材料和集成電路知識(shí)體系的學(xué)習(xí)的基石。現(xiàn)在各高校中通用的教材為劉恩科版的半導(dǎo)體物理，但該版本教材涉及的內(nèi)容廣，理論公式推導(dǎo)復(fù)雜，對(duì)學(xué)生的前期數(shù)理基礎(chǔ)和知識(shí)儲(chǔ)備有較高的要求。江蘇科技大學(xué)為適應(yīng)國(guó)家的戰(zhàn)略性發(fā)展，籌備并獲批開(kāi)設(shè)了新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)，該專(zhuān)業(yè)依托于環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，從2015年開(kāi)始招生。基于環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院的師資隊(duì)伍和科研方向，該校的新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)具有較強(qiáng)的物理化學(xué)背景，較為偏向薄膜太陽(yáng)能光伏器件和新型薄膜鋰電池器件領(lǐng)域。為更好地匹配學(xué)生的學(xué)科背景，將半導(dǎo)體物理課程融入整體的知識(shí)體系中，本文主要從合理地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新地改進(jìn)教學(xué)講授方式和靈活的改革教學(xué)考核方式這三個(gè)方面給出了在學(xué)科交叉背景下半導(dǎo)體物理課程教學(xué)改革的一些思考。

一、基于學(xué)科背景，合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

江蘇科技大學(xué)的新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)在環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，培養(yǎng)計(jì)劃中學(xué)生的核心知識(shí)領(lǐng)域以物理化學(xué)、能源化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料現(xiàn)代分析與測(cè)試技術(shù)、新能源材料設(shè)計(jì)與制備和儲(chǔ)能技術(shù)與應(yīng)用為主體，突出新能源材料，有別與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料，因此必須對(duì)半導(dǎo)體物理的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h減和補(bǔ)充，以更好地適應(yīng)學(xué)生整體知識(shí)體系的構(gòu)建。該專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)本門(mén)課程之前，沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的物理知識(shí)體系培養(yǎng)，對(duì)量子力學(xué)、固體物理和數(shù)學(xué)物理方法等必要的前期物理知識(shí)沒(méi)有深刻的認(rèn)識(shí)，因此在教學(xué)內(nèi)容上，首先補(bǔ)充了6個(gè)學(xué)時(shí)的前期預(yù)備課程，概述了量子力學(xué)初步，深入講解了物質(zhì)波概念，并復(fù)習(xí)了固體物理的相關(guān)知識(shí)。同時(shí)在后續(xù)的整個(gè)課程內(nèi)容的講授過(guò)程中，注重理論概念和物理意義，不過(guò)多要求學(xué)生掌握公式推導(dǎo)過(guò)程。具體按教學(xué)章節(jié)來(lái)看，著重要求學(xué)生明確半導(dǎo)體的電子狀態(tài)，半導(dǎo)體的雜質(zhì)和缺陷能級(jí)，特別強(qiáng)調(diào)對(duì)載流子和非平衡載流子以及半導(dǎo)體導(dǎo)電性的理解，同時(shí)簡(jiǎn)化對(duì)半導(dǎo)體的磁學(xué)性質(zhì)、熱電性質(zhì)和非晶態(tài)半導(dǎo)體等相關(guān)知識(shí)的掌握程度要求。特別的，針對(duì)太陽(yáng)能電池原理與工藝和OLED有機(jī)電致發(fā)光材料與器件等后續(xù)課程，著重講解半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)和光電與發(fā)光現(xiàn)象這一章節(jié)的內(nèi)容，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，利用4個(gè)學(xué)時(shí)的時(shí)間，引入MIS結(jié)構(gòu)的高頻C-V特性測(cè)試、高頻光電導(dǎo)衰退法測(cè)半導(dǎo)體壽命和半導(dǎo)體材料光學(xué)參數(shù)的測(cè)量等幾個(gè)典型的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，讓學(xué)生看得到，聽(tīng)得懂，摸得著。

二、融合多種手段，創(chuàng)新教學(xué)方法

在課堂教學(xué)中，不再是簡(jiǎn)單的問(wèn)答式教法，不再以教師為教學(xué)的主體，而是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，盡可能地通過(guò)多媒體形象地向?qū)W生展示相關(guān)原理、相關(guān)問(wèn)題等，調(diào)動(dòng)學(xué)生觀察、思考、分析，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力和解決問(wèn)題的能力，在教師的引導(dǎo)下形成師生有效互動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，充分發(fā)揮學(xué)生主體作用。在課堂教學(xué)中，還設(shè)置典型習(xí)題，讓學(xué)生們思考、討論、回答，鼓勵(lì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)代表上臺(tái)講解，團(tuán)隊(duì)成員補(bǔ)充、培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神，增強(qiáng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)和合作精神，從而使學(xué)生掌握重點(diǎn)，更好地把握住關(guān)鍵。在緒論的講解中，通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體物理歷程的故事性講述，讓學(xué)生明白半導(dǎo)體發(fā)展簡(jiǎn)史，提升學(xué)習(xí)興趣。而對(duì)于教學(xué)過(guò)程中涉及的一些較為晦澀難懂的概念要與生活實(shí)例相結(jié)合，讓學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體的存在，將抽象的概念具象化?；谛畔⒓夹g(shù)的發(fā)展，多媒體技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于課堂教學(xué)過(guò)程中，我們應(yīng)充分利用動(dòng)畫(huà)、Flash等媒介，讓抽象的物理過(guò)程形象化，把語(yǔ)言傳授和圖像傳授相結(jié)合。例如在PN結(jié)的非平衡載流子注入與復(fù)合的物理機(jī)制講解中，通過(guò)動(dòng)畫(huà)，可以讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到非平衡載流子的引入對(duì)原有熱平衡狀態(tài)下擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡的打破與重建的過(guò)程，可謂是一個(gè)Flash勝過(guò)千言萬(wàn)語(yǔ)。2018年江蘇科技大學(xué)還在部分教室安裝了互動(dòng)式教學(xué)黑板，該智能系統(tǒng)能與之前的智慧課堂手機(jī)APP系統(tǒng)相聯(lián)用，對(duì)于增強(qiáng)師生聯(lián)系，提高課堂互動(dòng)性有很大的幫助。基于新的多媒體技術(shù)，半導(dǎo)體物理的課堂簽到、師生交流、課后作業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化和信息化。此外，我們注意到新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)是新興專(zhuān)業(yè)，該專(zhuān)業(yè)緊跟現(xiàn)代科技發(fā)展的最前沿領(lǐng)域，因此將專(zhuān)題講座適當(dāng)?shù)匾氲秸n堂中，讓學(xué)生了解專(zhuān)業(yè)的前沿領(lǐng)域與半導(dǎo)體物理課程之間的知識(shí)體系關(guān)聯(lián)，對(duì)于學(xué)生提升學(xué)習(xí)興趣，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有著很關(guān)鍵的作用。半導(dǎo)體物理課程開(kāi)設(shè)在大三上半學(xué)期，同一時(shí)間很多學(xué)生參與了學(xué)校的本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽活動(dòng)，專(zhuān)題講座可以引領(lǐng)學(xué)生初步接觸相關(guān)科研領(lǐng)域，對(duì)于學(xué)生確立自身研究興趣和未來(lái)的就業(yè)方向有著非常重要的指引性作用。但要注意，因?yàn)槭轻槍?duì)本科生的教學(xué)，所以專(zhuān)題講座的內(nèi)容應(yīng)該注重科普性與專(zhuān)業(yè)性相結(jié)合，前沿性與基礎(chǔ)性相結(jié)合，同時(shí)要注重與本門(mén)課程教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

三、結(jié)合應(yīng)用需求，改革教學(xué)考核方式

新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生在太陽(yáng)能薄膜光伏器件、化學(xué)能源以及新型儲(chǔ)能材料等領(lǐng)域都有著廣闊的就業(yè)前景，可以服務(wù)于航空航天、通信、新能源汽車(chē)和醫(yī)療等領(lǐng)域。半導(dǎo)體作為21世紀(jì)信息化和智能化的載體，涉及諸多新興關(guān)鍵前沿領(lǐng)域，因此學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體知識(shí)的掌握應(yīng)更好地結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用需求，因此對(duì)學(xué)生的考核方式應(yīng)該多元化，不能一考定音。通過(guò)改革教學(xué)考核方式，讓整體教學(xué)評(píng)價(jià)體系更加注重學(xué)生整體的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)際能力，而不僅僅局限于紙面上，避免學(xué)生陷入眼高手低，能力素質(zhì)脫離社會(huì)需求的情況。在傳統(tǒng)的期末考試成績(jī)和平時(shí)成績(jī)的基礎(chǔ)上，基于所開(kāi)設(shè)的專(zhuān)題講座，引領(lǐng)學(xué)生自己調(diào)研，拓展知識(shí)面，將學(xué)生分為幾個(gè)小組，以小組形成提交新能源領(lǐng)域半導(dǎo)體的應(yīng)用調(diào)研報(bào)告，并納入最終的教學(xué)成績(jī)考核中。通過(guò)上述手段，一方面教師了解了學(xué)生對(duì)本學(xué)科知識(shí)的掌握程度，達(dá)到考核學(xué)生的目的；另一方面更重要的是提升了學(xué)生對(duì)課程的了解，尤其是本學(xué)科的現(xiàn)狀和發(fā)展方向的認(rèn)識(shí)，為學(xué)生今后對(duì)本課程學(xué)以致用奠定了基礎(chǔ)。