梅紅櫻 周原 熊娟

【摘要】隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)生獲取學(xué)習(xí)資源的方式越來(lái)越廣泛，教師在教學(xué)過(guò)程中要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對(duì)象進(jìn)行有效的課堂教學(xué)改革，改善教學(xué)效果，從而有效提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。針對(duì)半導(dǎo)體光電子學(xué)這門課程，通常理論知識(shí)比較難懂，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)枯燥無(wú)味，缺乏學(xué)習(xí)興趣，希望優(yōu)化課堂教學(xué)模式，使課程教學(xué)實(shí)效化，真正達(dá)到半導(dǎo)體光電子學(xué)方面的知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)為一體的效果。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)改革;半導(dǎo)體光電子學(xué);課堂教學(xué);理論與實(shí)踐

【基金項(xiàng)目】黃淮學(xué)院2019年度高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：2019XJGLX0173）;黃淮學(xué)院2018年度高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：2018XJGLX0112）;黃淮學(xué)院青年骨干教師資助計(jì)劃。

中圖分類號(hào)：G223? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.04.087

半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能在外界條件的干擾下會(huì)發(fā)生顯著的變化，因此半導(dǎo)體光電子器件已經(jīng)融入了我們生活的方方面面，一直是科學(xué)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)逐漸形成了以電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，以光電信息工程為方向的培養(yǎng)模式。《半導(dǎo)體光電子學(xué)》主要研究半導(dǎo)體材料中的電子與所受到的光子之間的相互作用，包括電子與光子之間相互作用的科學(xué)理論，也緊扣光電子器件的實(shí)踐應(yīng)用，通常作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的選修課程。這門課程涉及量子力學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體物理等一些基礎(chǔ)物理，也關(guān)聯(lián)著半導(dǎo)體光電子材料及其相關(guān)器件，在信息（光通信、光顯示等）、照明、光學(xué)儀器（激光精密測(cè)距、光纖傳感等）、加工（激光打印、激光切割、激光焊接等）、醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。這門課程要求學(xué)生不僅從理論上掌握半導(dǎo)體光電子學(xué)的基本概念、基本理論和基本思想，更重要的是掌握一些半導(dǎo)體光電子器件的實(shí)踐技術(shù)，為將來(lái)從事半導(dǎo)體光電技術(shù)領(lǐng)域的科研、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用工作奠定基礎(chǔ)。

半導(dǎo)體光電子學(xué)內(nèi)容涉及半導(dǎo)體光電子基礎(chǔ)和半導(dǎo)體光電子器件兩部分內(nèi)容，課堂中需要講解的知識(shí)點(diǎn)較多，課程的公式繁多，推導(dǎo)較為復(fù)雜，抽象難記，理論分析部分難于理解。因此，在有限的教學(xué)安排時(shí)間內(nèi)講解所有內(nèi)容對(duì)教師來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，基于這些現(xiàn)狀教師必須要進(jìn)行課程改革，以達(dá)到相對(duì)較好的授課效果。在本課程的教學(xué)過(guò)程中，形成了以學(xué)生為中心，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等多方面進(jìn)行改革、嘗試，加強(qiáng)師生互動(dòng)，講解深入淺出，擴(kuò)寬知識(shí)面，加強(qiáng)理論與實(shí)踐結(jié)合等從多方面出發(fā)，改善教學(xué)效果，進(jìn)而培養(yǎng)能掌握半導(dǎo)體光電子基礎(chǔ)理論及半導(dǎo)體光電子器件的面向世界的現(xiàn)代化專業(yè)人才。

1.課堂教學(xué)改革方式

1.1課堂教學(xué)內(nèi)容的改革

在教學(xué)內(nèi)容方面，第一是精選授課內(nèi)容，緊跟科學(xué)發(fā)展的步伐，做到與時(shí)俱進(jìn)。這門課程既是基本的原理內(nèi)容，但又是滯后的材料和器件，若教師授課時(shí)只是按照教材內(nèi)容講解，往往導(dǎo)致內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展脫節(jié)的后果。為了滿足對(duì)學(xué)生不同層次的需求，我們應(yīng)及時(shí)更新教材內(nèi)容，以拓寬學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生不同層面，不同方向的興趣，為學(xué)生將來(lái)就業(yè)，升學(xué)做好充分的準(zhǔn)備。例如，根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在半導(dǎo)體材料方面，增加新型二維半導(dǎo)體材料如石墨烯、二維過(guò)渡金屬硫化物、黑磷等相關(guān)材料的基本特性闡述，詳細(xì)解釋不同器件之間的異同之處以及器件能夠應(yīng)用的領(lǐng)域;在光電檢測(cè)方面，除了介紹基本的光子和光熱等光電探測(cè)器外，增加現(xiàn)在應(yīng)用比較普遍的太赫茲時(shí)域光譜的電光效應(yīng)的檢測(cè)原理，相比其它探測(cè)器的優(yōu)越性，擴(kuò)寬學(xué)生的知識(shí)面的同時(shí)也與社會(huì)的科研發(fā)展緊密結(jié)合，使授課內(nèi)容緊跟時(shí)代潮流。

第二是在授課過(guò)程中，讓學(xué)生明白教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)，也就是要讓學(xué)生輕松地理解教材中知識(shí)點(diǎn)的基本概念，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的基本思路和方法。不建議學(xué)生過(guò)于注重繁瑣理論公式的推導(dǎo)，應(yīng)正確理解公式中各物理量的含義，這樣有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如《半導(dǎo)體光電子學(xué)》中費(fèi)米的“黃金定則”公式是從哈密頓量形式出發(fā)，利用薛定諤方程進(jìn)行求解得到的，然而對(duì)于高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)比較薄弱的同學(xué)，求解起來(lái)可能比較困難，那教師在授課過(guò)程中要用易懂的語(yǔ)言講解公式的物理含義，即躍遷幾率，具體的推導(dǎo)過(guò)程視學(xué)生自己情況而定，以免影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

第三是注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，加深知識(shí)理解，提高學(xué)生興趣。理論與實(shí)踐的結(jié)合在教學(xué)領(lǐng)域一直受到高度評(píng)價(jià)。通過(guò)教師的理論傳授和學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生能夠及時(shí)完整地加深對(duì)于所學(xué)知識(shí)的理解與記憶。例如，在講解半導(dǎo)體中的載流子復(fù)合這一節(jié)內(nèi)容時(shí)，結(jié)合科研動(dòng)態(tài)，從砷化鎵材料的超快電子學(xué)實(shí)驗(yàn)入手，研究砷化鎵材料在不同波長(zhǎng)、不同功率的泵浦光激發(fā)后載流子的動(dòng)力學(xué)行為，主要包括光激發(fā)過(guò)程、散射過(guò)程以及載流子的復(fù)合過(guò)程，實(shí)驗(yàn)測(cè)試其超快光譜并結(jié)合PPT動(dòng)畫(huà)的形式描述載流子的變化過(guò)程，使學(xué)生更能直觀地理解載流子的變化，加深對(duì)復(fù)合過(guò)程中的弛豫時(shí)間的理解。針對(duì)激光應(yīng)用技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行講解時(shí)，結(jié)合激光精密測(cè)距實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，通過(guò)了解時(shí)差法光電測(cè)距、相位法光電測(cè)距和三角法光電測(cè)距的基本原理，掌握激光傳感器測(cè)距的基本使用方法。實(shí)踐教學(xué)貫穿到理論教學(xué)中去，避免過(guò)多，繁雜的公式推導(dǎo)，突出半導(dǎo)體光電子學(xué)的“實(shí)踐”特色，培養(yǎng)學(xué)生具有理論聯(lián)系實(shí)際的本領(lǐng)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

1.2課堂教學(xué)方法的改革

在教學(xué)方法方面，根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異和實(shí)際情況，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。為了達(dá)到有效的教學(xué)效果，我們改變以往“一言堂”的教學(xué)模式，注意實(shí)施互動(dòng)式課堂教學(xué)方法。第一部分是半導(dǎo)體光電子理論，理論內(nèi)容是基礎(chǔ)，是這門課程的難點(diǎn)，所以這部分內(nèi)容由教師搜集相關(guān)通俗易懂的資料進(jìn)行講授，學(xué)生課下需要進(jìn)行復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)以及完成基本的課后作業(yè)。第二部分是半導(dǎo)體光電子器件，包括器件的發(fā)展歷史、構(gòu)造原理以及應(yīng)用領(lǐng)域，這部分內(nèi)容需要學(xué)生和教師配合完成。學(xué)生課下利用學(xué)校的圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)資源自主查找資料，自主學(xué)習(xí)和總結(jié)，撰寫(xiě)相應(yīng)的報(bào)告，課上先由分組的學(xué)生進(jìn)行講解，最后由教師進(jìn)行總結(jié)，通過(guò)學(xué)生們自己動(dòng)手搜索，并從文獻(xiàn)中總結(jié)，可以加深對(duì)理論知識(shí)的理解，了解這方面的研究動(dòng)態(tài)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研探索精神。

1.3課堂教學(xué)手段的改革

在教學(xué)手段方面，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容合理采用教學(xué)手段，例如，授課教師利用傳統(tǒng)的黑板講授平板光波導(dǎo)理論中本征方程的推導(dǎo)，可以引導(dǎo)學(xué)生跟隨教師的思路，掌握本征方程的推導(dǎo)過(guò)程，鍛煉和活躍學(xué)生的思維。授課教師利用多媒體動(dòng)畫(huà)演示半導(dǎo)體中的受激發(fā)射和受激吸收的過(guò)程，可以更好地理解發(fā)射幾率和吸收幾率。演示半導(dǎo)體中導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴互相復(fù)合發(fā)射光子的現(xiàn)象，這樣能夠讓學(xué)生對(duì)抽象的概念有一定的感性認(rèn)識(shí)。教師在課堂教學(xué)中開(kāi)展多種教學(xué)方式，目的是采取切實(shí)有效的教學(xué)方法，努力引導(dǎo)學(xué)生去積極思考與討論問(wèn)題，培養(yǎng)他們自主分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

1.4課程考核的改革

在課程考核方面，除了平時(shí)考勤和作業(yè)之外，期末采用閉卷考試、自命題學(xué)期論文和實(shí)驗(yàn)等形式進(jìn)行考核，既有理論知識(shí)的檢驗(yàn)，又有實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的操作。大多數(shù)學(xué)生不重視學(xué)習(xí)過(guò)程，養(yǎng)成了在最后一刻磨槍的習(xí)慣。其實(shí)最終的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不僅要看學(xué)生的考試成績(jī)，而且要與學(xué)期論文結(jié)合起來(lái)考察學(xué)生的掌握和應(yīng)用知識(shí)的能力，達(dá)到真正的學(xué)以致用的效果。

2.結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的授課方式已不能滿足學(xué)生，通過(guò)研究和分析《半導(dǎo)體光電子學(xué)》這門課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行教學(xué)改革是學(xué)科發(fā)展的必然要求。同時(shí)，為了提高學(xué)生的主動(dòng)性、積極性、自主學(xué)習(xí)的能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和課程考核等角度進(jìn)行教學(xué)改革和實(shí)踐，改善教學(xué)效果，從而有效提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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