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微電子類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)半導體物理教學(xué)探討論文
半導體物理是微電子類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的核心重點(diǎn)課程，所涉及先修課程多、理論性強、學(xué)生不易掌握、半導體物理學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展迅速等問(wèn)題，針對這些主要問(wèn)題，結合學(xué)校微電子類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)建設重點(diǎn)課程的需要，優(yōu)化整合教學(xué)內容，豐富教學(xué)手段，結合科技前沿與研究熱點(diǎn)，培養學(xué)生的積極性與創(chuàng )新意識。
從第一個(gè)半導體點(diǎn)接觸式晶體管發(fā)明以來(lái)，半導體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為了國民經(jīng)濟重要的組成部分，世界各國均競相大力發(fā)展本國的半導體產(chǎn)業(yè)，以期在國際舞臺的較量中爭得主動(dòng)權。因此，它關(guān)系到國民經(jīng)濟整體效益和國家安全，關(guān)系國家前途的重要戰略產(chǎn)業(yè)�，F代半導體科學(xué)的迅猛發(fā)展、知識的不斷翻新、競爭的不斷深入、對人才素質(zhì)要求的不斷提高都給我國半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了嚴峻挑戰，也給半導體物理基礎教育提出了新的、更高的要求。
半導體物理主要介紹了半導體材料和器件中的重要物理現象，闡述了半導體物理性質(zhì)和理論，確定了半導體有關(guān)物理量的實(shí)驗方法。半導體物理是微電子類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)，如電子科學(xué)與技術(shù)、微電子、集成電路設計等專(zhuān)業(yè)核心重點(diǎn)課程，作為微電子技術(shù)的理論基礎，半導體物理研究、半導體材料和器件的基本性能和內在機理是研究集成電路工藝、設計及應用的重要理論基礎;作為微電子學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的特色課程及后續課程的理論基礎，半導體物理的教學(xué)直接影響了后續專(zhuān)業(yè)理論及實(shí)踐的教學(xué)。但是，由于半導體物理的學(xué)科性很強，理論較為深奧，涉及知識點(diǎn)多，理論推導繁瑣，對于學(xué)生的數學(xué)物理的基礎要求較高，學(xué)生在學(xué)習的過(guò)程中存在一定的難度。因此，對授課教師提出了更高的要求，不僅要對半導體物理有充分的理解，還要熟悉半導體工藝和半導體集成電路設計。同時(shí)，必須針對目前教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題與不足，優(yōu)化和整合教學(xué)內容，豐富教學(xué)手段，結合科技發(fā)展熱點(diǎn)問(wèn)題，探索教學(xué)改革措施，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，提高半導體物理課程的教學(xué)質(zhì)量。
一、優(yōu)化整合教學(xué)內容
重慶郵電大學(xué)采用的教材為劉恩科主編的《半導體物理學(xué)》(第七版，電子工業(yè)出版社)，該教材是電子科學(xué)與技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)精品教材。同時(shí)，半導體物理課程學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展極為迅速，新的理論和研究前沿不斷涌現，研究領(lǐng)域不斷擴展，學(xué)科交叉滲透性越來(lái)越強，知識更新也很快。針對以上問(wèn)題，授課教師應與時(shí)俱進(jìn)，在保持課程知識結構與整體系統性的同時(shí)，對教學(xué)內容進(jìn)行合理取舍，壓縮與其它課程重疊的內容，刪除教材中相對陳舊的知識，密切跟蹤科技前沿與研究熱點(diǎn)，加入近幾十年來(lái)發(fā)展成熟的新理論、新知識，突出研究熱點(diǎn)問(wèn)題，力求做到基礎性和前瞻性的緊密結合，使學(xué)生在掌握基礎知識的同時(shí)能對半導體的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢有一個(gè)清晰的認識，讓學(xué)生能從中掌握事物的本質(zhì)，促進(jìn)思維的發(fā)展，形成技能;同時(shí)注重與信息化技術(shù)相結合，互聯(lián)網(wǎng)搜索最近幾年半導體技術(shù)的最新研究成果，以多媒體錄像及圖片的形式，使學(xué)生能及時(shí)掌握前沿發(fā)展趨勢，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情，培養學(xué)生的科學(xué)精神。例如，在正式開(kāi)始《半導體物理學(xué)》相關(guān)內容課程教學(xué)前，應將前置課程中重要的基本知識貫穿于教學(xué)過(guò)程中，以免造成學(xué)生認識上的巨大跳躍感;在講解半導體能帶結構前，增加適量學(xué)時(shí)講授近代理論物理知識，使學(xué)生了解原子中電子能級和電子殼層分布，掌握泡利不相容原理、玻耳茲曼分布律和玻爾頻率條件等微觀(guān)粒子運動(dòng)的基本規律。這些都是學(xué)習《半導體物理學(xué)》必備的知識，只有在透徹理解這些基本概念的前提下，才能對現有課程知識有更深入的了解和掌握。否則將造成學(xué)生理解上的障礙，最終導致學(xué)生失去繼續學(xué)習的興趣。 因此在授課內容的選擇、排列上要遵循循序漸進(jìn)的原則。再例如在講授半導體元器件的結構及性能時(shí)，適當補充半導體器件的制備工藝，結合半導體器件的制備視頻，讓學(xué)生結合某種半導體器件分析其結構與性能。
二、強調基本概念與物理模型，提高教學(xué)質(zhì)量
半導體物理課程涉及到的基本概念和物理模型較多，僅憑教材中的定義理解這些概念和模型，學(xué)生很難完全掌握。教師授課時(shí)應重在與應用相結合，以必需、夠用為度，結合實(shí)用性和先進(jìn)性，力求內容精簡(jiǎn)、重點(diǎn)突出、概念明確、說(shuō)理清晰。將書(shū)本上的理論推導與結論同相關(guān)實(shí)驗相結合，使學(xué)生對抽象的課堂相關(guān)知識能順利地轉化為直觀(guān)認識，增強教學(xué)效果。實(shí)踐是檢驗真理的標準，在理論教學(xué)的同時(shí)，適當安排學(xué)生進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗操作，觀(guān)察實(shí)驗現象，既加深了對理論的認識，鍛煉了動(dòng)手能力，又能通過(guò)做實(shí)驗使學(xué)生切身體會(huì )到一個(gè)物理結論是怎樣體現了理論和實(shí)踐的完美統一，從中領(lǐng)悟出科學(xué)研究的普遍方法和過(guò)程。
部分深奧的物理模型，學(xué)生比較難以理解，教師應運用恰當的類(lèi)比，進(jìn)行形象分析，加深學(xué)生對物理模型的理解，增加學(xué)生的學(xué)習興趣。例如講電子能態(tài)密度以及電子密度的概念，部分學(xué)生較容易混淆的概念。為了幫助學(xué)生理解，教師可以通過(guò)教學(xué)樓里面的學(xué)生人數與半導體中的電子數目進(jìn)行類(lèi)比：同樓層不同的教室對應不同的能態(tài)，教室里座位數對應能態(tài)的數目，把學(xué)生當作半導體中的電子。這樣計算電子能態(tài)密度就相當于計算教室里單位面積的座位數，計算半導體電子濃度就相當于計算教室單位面積內學(xué)生人數。一個(gè)學(xué)生坐在某一排的某個(gè)座位上，即認為這個(gè)電子態(tài)被電子占有。通過(guò)這種生動(dòng)形象的類(lèi)比，學(xué)生對這兩個(gè)概念的理解就清楚多了。半導體物理課程中理論推導和數學(xué)上的近似處理較多，繁瑣的公式推導增加了學(xué)生對物理模型理解的難度。物理模型和簡(jiǎn)單的數學(xué)推導用多媒體或視頻的形式展示給學(xué)生，復雜的數學(xué)推導則采用黑板板書(shū)的形式加以講解，這樣能適當地把物理模型和公式推導分開(kāi)，使學(xué)生在徹底理解物理模型的基礎上掌握理論推導。
課前預習和課后練習也是提高課堂教學(xué)的兩個(gè)重要的環(huán)節。應適當給學(xué)生布置相關(guān)的課后作業(yè)，引導學(xué)生進(jìn)行獨立思考，在下一堂課開(kāi)始安排一定的時(shí)間進(jìn)行個(gè)別回答或集體討論，及時(shí)解決學(xué)生的疑惑，從而形成可持續發(fā)展的模式。
三、考核方式的改革
為了客觀(guān)地評價(jià)教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，針對半導體物理課程特點(diǎn)，對考核方式作如下嘗試：1.考試是課程教學(xué)過(guò)程中一個(gè)非常重要的環(huán)節，平時(shí)成績(jì)是衡量學(xué)生平時(shí)學(xué)習表現的主要指標，所以本課程考核方式之一采用期末試卷筆試與平時(shí)成績(jì)結合的方式;2.在授課過(guò)程中，針對課程的某些從實(shí)驗得出的理論結論，開(kāi)放實(shí)驗室，讓學(xué)生分組協(xié)作完成實(shí)驗結驗證，從而將課本知識轉化為實(shí)踐動(dòng)手能力。
四、結束語(yǔ)
總之，半導體物理是電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)基礎核心課，在教學(xué)過(guò)程中合理安排教學(xué)內容，采用現代化教學(xué)手段，不斷進(jìn)行教學(xué)改革，提高了半導體物理課程的課堂教學(xué)效果，為學(xué)生后續專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習奠定了扎實(shí)的基礎，培養適應社會(huì )需求的專(zhuān)業(yè)型人才。
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