萬逸 胡婷 崔冬

[摘 要] 在當前國際環(huán)境和全球新冠肺炎疫情的形勢下，積極推動我國科技前沿和關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的高層次人才培養(yǎng)已迫在眉睫。作為高校教師，如何依照指導(dǎo)思想，為國家培養(yǎng)并輸送優(yōu)秀人才，是值得關(guān)注的問題。針對“半導(dǎo)體物理”系列課程的課程設(shè)計及教學(xué)實踐中存在的主要問題，可以通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段、關(guān)聯(lián)科技前沿、推動校企合作等途徑，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂的教學(xué)效果，以期為“半導(dǎo)體物理”系列課程思想政治建設(shè)、教學(xué)改革，以及國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)提供新的思路。

[關(guān)鍵詞] 半導(dǎo)體物理;課程建設(shè);人才培養(yǎng);產(chǎn)教融合

[基金項目] 2020年度國家自然科學(xué)基金“金屬相過渡金屬硫族化合物的磁電耦合效應(yīng)研究”（12004182）;2020年度江蘇省自然科學(xué)基金“二維鐵電范德華異質(zhì)界面的能帶調(diào)控與器件集成”（BK20200481）

[作者簡介] 萬 逸（1991—），女，江蘇揚州人，博士，南京理工大學(xué)理學(xué)院講師，主要從事二維功能半導(dǎo)體材料與器件研究;

胡 婷（1989—），女，江蘇南京人，博士，南京理工大學(xué)理學(xué)院副教授，主要從事低維凝聚態(tài)物理和材料設(shè)計研究;

崔 冬（1988—），男，安徽安慶人，博士，南京理工大學(xué)理學(xué)院講師，主要從事多孔材料微結(jié)構(gòu)表征研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）39-0079-05? ? [收稿日期] 2021-05-19

一、引言

2021年是我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十四五”規(guī)劃綱要實施的開局之年，集成電路行業(yè)作為規(guī)劃綱要的重點發(fā)展方向之一，必將成為各地爭相發(fā)展的新標地。作為全球集成電路產(chǎn)業(yè)增速最快、市場需求最大、國際貿(mào)易最活躍的地區(qū)之一，中國在全球供應(yīng)鏈安全及集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，發(fā)揮著日漸顯著的積極作用。隨著新冠肺炎疫情在全球的蔓延，國際環(huán)境劇變，全球產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)重塑，雖然形勢嚴峻，但也為中國企業(yè)融入全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈提供了新契機。

受國外技術(shù)性貿(mào)易壁壘的影響，中國的先進科技企業(yè)與高精尖科技領(lǐng)域正面臨著“卡脖子”的難題。國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)強弱分明，其中人才短缺是最大短板。根據(jù)中國《集成電路產(chǎn)業(yè)人才白皮書》顯示，到2022年，國內(nèi)的集成電路專業(yè)人才缺口將達到25萬，并且存在結(jié)構(gòu)性失衡的問題[1]。怎樣培養(yǎng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的專業(yè)人才，如何留住優(yōu)秀人才呢？針對此類亟須解決的問題，教育部于2020年始推行“強基計劃”，于部分高校開展招生改革試點，發(fā)揮數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等基礎(chǔ)學(xué)科的支撐引領(lǐng)作用，聚焦高端芯片與軟件、智能科技、先進制造和國家安全等關(guān)鍵領(lǐng)域的人才培養(yǎng)，遴選有意愿服務(wù)于國家重大戰(zhàn)略需求的優(yōu)秀學(xué)生。2020年7月，國務(wù)院學(xué)位委員會會議通過提案：集成電路將作為一級學(xué)科，從電子科學(xué)與技術(shù)中獨立出來。

為了響應(yīng)國家號召，國內(nèi)高校紛紛行動起來。2019年8月，中國科學(xué)院大學(xué)啟動“一生一芯”計劃，嘗試縮短從理論學(xué)習(xí)到正式投入科研與產(chǎn)業(yè)一線的人才培養(yǎng)周期，并于2020年7月公布了首期“一生一芯”計劃成果：5位本科生主導(dǎo)完成了一款64位RISC-V處理器片上系統(tǒng)的設(shè)計及制造。中國首個專門為培養(yǎng)芯片人才而設(shè)立的“南京集成電路大學(xué)”于2020年10月正式成立，緊密圍繞芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向培養(yǎng)人才，進一步擴大我國芯片產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)模。2021年4月，清華大學(xué)官宣成立集成電路學(xué)院，瞄準國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)面臨的“卡脖子”難題，采用交叉培養(yǎng)方式，深化校企合作，著力培養(yǎng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)所需的人才。半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)是典型的人才、技術(shù)和資本密集型行業(yè)，其發(fā)展離不開政府、企業(yè)、研究所和高校的通力合作。為從根本上解決國內(nèi)半導(dǎo)體領(lǐng)域人才稀缺的困境，對于高校而言，更應(yīng)盡早將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)提上日程。

二、“半導(dǎo)體物理”系列課程的教學(xué)現(xiàn)狀及主要不足

南京理工大學(xué)應(yīng)用物理專業(yè)是以物理學(xué)科為基礎(chǔ)，與光學(xué)工程、電子信息和材料、材料科學(xué)與工程等學(xué)科有機融合而形成的交叉型專業(yè);服務(wù)于國家重大戰(zhàn)略發(fā)展需求，以半導(dǎo)體物理與器件為本科培養(yǎng)方向;致力于培養(yǎng)具有扎實的半導(dǎo)體理論基礎(chǔ)和突出創(chuàng)新能力，能運用所學(xué)知識解決實際工程問題的應(yīng)用型半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才。

該專業(yè)設(shè)立的“半導(dǎo)體物理”系列課程，涵蓋了半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)、半導(dǎo)體理論研究工具基礎(chǔ)、半導(dǎo)體納米技術(shù)基礎(chǔ)、半導(dǎo)體實驗基礎(chǔ)、半導(dǎo)體器件原理、半導(dǎo)體能源材料、半導(dǎo)體制造及工藝等。結(jié)合教材特質(zhì)與實踐反饋，對“半導(dǎo)體物理”系列課程教學(xué)實踐過程中存在的主要不足與改進方向歸納如下。

（一）知識點繁雜，公式推導(dǎo)多，學(xué)習(xí)興趣不高

半導(dǎo)體物理主要研究半導(dǎo)體材料中的載流子狀態(tài)，以及各類型半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中的載流子運動行為[2]。課程內(nèi)容冗雜，易混淆知識點繁多，要求學(xué)生具備量子力學(xué)、固體物理學(xué)，以及熱力學(xué)與統(tǒng)計物理等多門先導(dǎo)課程的理論基礎(chǔ)。與中小學(xué)教育不同，高校課程設(shè)置的連貫性與銜接性相對較弱，學(xué)生對于先修知識的掌握欠佳且深度不足，特別是對關(guān)鍵知識點的遺忘會極大降低學(xué)習(xí)效能，削減學(xué)習(xí)熱情。此外，由于半導(dǎo)體物理的結(jié)構(gòu)分析難以精準量化，通常需要運用理論建模的方法進行闡釋，這就涉及大量的簡化近似和繁雜的公式推導(dǎo)，學(xué)生在聽課時常常覺得枯燥，學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果不佳。因此，如何在課程安排上預(yù)先進行相關(guān)基礎(chǔ)知識的鋪墊，正確權(quán)重物理模型建立與數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)之間的關(guān)系，使學(xué)生能夠充分理解課程內(nèi)容，把握課程重點和難點，避免學(xué)生因課程深奧晦澀而產(chǎn)生對于新知識吸納的抵觸心理，這是當前“半導(dǎo)體物理”教學(xué)改革的一大難點。

（二）教學(xué)模式固化，實驗環(huán)節(jié)缺失，應(yīng)用效果欠佳

加強“半導(dǎo)體物理”系列課程中實驗環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，有助于學(xué)生對理論知識的充分理解與牢固掌握，有益于學(xué)生操作能力的提升[3]，對于個人實踐能力的提高也具有積極作用?？v觀國內(nèi)“半導(dǎo)體物理”的教學(xué)現(xiàn)狀，課程的講授方式比較單一，主要是采用以教師講授為主的方式，往往忽視了對學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題能力的培養(yǎng)。而半導(dǎo)體實驗教學(xué)環(huán)節(jié)多為基礎(chǔ)內(nèi)容，實驗儀器簡易甚至陳舊，無法滿足當代科學(xué)研究的需求。因此，如何通過實驗教學(xué)輔助理論學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能夠理論聯(lián)系實際，不再局限于理論知識的獲取，而是靈活運用所見所學(xué)，這是當前“半導(dǎo)體物理”教學(xué)的又一難點。