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微電子類相關(guān)專業(yè)半導體物理教學探討論文
半導體物理是微電子類相關(guān)專業(yè)的核心重點課程，所涉及先修課程多、理論性強、學生不易掌握、半導體物理學科領(lǐng)域發(fā)展迅速等問題，針對這些主要問題，結(jié)合學校微電子類相關(guān)專業(yè)建設重點課程的需要，優(yōu)化整合教學內(nèi)容，豐富教學手段，結(jié)合科技前沿與研究熱點，培養(yǎng)學生的積極性與創(chuàng)新意識。
從第一個半導體點接觸式晶體管發(fā)明以來，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權(quán)。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(zhàn)略產(chǎn)業(yè)�，F(xiàn)代半導體科學的迅猛發(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(zhàn)，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(xiàn)象，闡述了半導體物理性質(zhì)和理論，確定了半導體有關(guān)物理量的實驗方法。半導體物理是微電子類相關(guān)專業(yè)，如電子科學與技術(shù)、微電子、集成電路設計等專業(yè)核心重點課程，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(nèi)在機理是研究集成電路工藝、設計及應用的重要理論基礎;作為微電子學相關(guān)專業(yè)的特色課程及后續(xù)課程的理論基礎，半導體物理的教學直接影響了后續(xù)專業(yè)理論及實踐的教學。但是，由于半導體物理的學科性很強，理論較為深奧，涉及知識點多，理論推導繁瑣，對于學生的數(shù)學物理的基礎要求較高，學生在學習的過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，必須針對目前教學過程中存在的問題與不足，優(yōu)化和整合教學內(nèi)容，豐富教學手段，結(jié)合科技發(fā)展熱點問題，探索教學改革措施，激發(fā)學生的學習興趣，提高半導體物理課程的教學質(zhì)量。
一、優(yōu)化整合教學內(nèi)容
重慶郵電大學采用的教材為劉恩科主編的《半導體物理學》(第七版，電子工業(yè)出版社)，該教材是電子科學與技術(shù)類專業(yè)精品教材。同時，半導體物理課程學科領(lǐng)域發(fā)展極為迅速，新的理論和研究前沿不斷涌現(xiàn)，研究領(lǐng)域不斷擴展，學科交叉滲透性越來越強，知識更新也很快。針對以上問題，授課教師應與時俱進，在保持課程知識結(jié)構(gòu)與整體系統(tǒng)性的同時，對教學內(nèi)容進行合理取舍，壓縮與其它課程重疊的內(nèi)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，加入近幾十年來發(fā)展成熟的新理論、新知識，突出研究熱點問題，力求做到基礎性和前瞻性的緊密結(jié)合，使學生在掌握基礎知識的同時能對半導體的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢有一個清晰的認識，讓學生能從中掌握事物的本質(zhì)，促進思維的發(fā)展，形成技能;同時注重與信息化技術(shù)相結(jié)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，使學生能及時掌握前沿發(fā)展趨勢，激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)學生的科學精神。例如，在正式開始《半導體物理學》相關(guān)內(nèi)容課程教學前，應將前置課程中重要的基本知識貫穿于教學過程中，以免造成學生認識上的巨大跳躍感;在講解半導體能帶結(jié)構(gòu)前，增加適量學時講授近代理論物理知識，使學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粒子運動的基本規(guī)律。這些都是學習《半導體物理學》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(xiàn)有課程知識有更深入的了解和掌握。否則將造成學生理解上的障礙，最終導致學生失去繼續(xù)學習的興趣。 因此在授課內(nèi)容的選擇、排列上要遵循循序漸進的原則。再例如在講授半導體元器件的結(jié)構(gòu)及性能時，適當補充半導體器件的制備工藝，結(jié)合半導體器件的制備視頻，讓學生結(jié)合某種半導體器件分析其結(jié)構(gòu)與性能。
二、強調(diào)基本概念與物理模型，提高教學質(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，學生很難完全掌握。教師授課時應重在與應用相結(jié)合，以必需、夠用為度，結(jié)合實用性和先進性，力求內(nèi)容精簡、重點突出、概念明確、說理清晰。將書本上的理論推導與結(jié)論同相關(guān)實驗相結(jié)合，使學生對抽象的課堂相關(guān)知識能順利地轉(zhuǎn)化為直觀認識，增強教學效果。實踐是檢驗真理的標準，在理論教學的同時，適當安排學生進行相關(guān)實驗操作，觀察實驗現(xiàn)象，既加深了對理論的認識，鍛煉了動手能力，又能通過做實驗使學生切身體會到一個物理結(jié)論是怎樣體現(xiàn)了理論和實踐的完美統(tǒng)一，從中領(lǐng)悟出科學研究的普遍方法和過程。
部分深奧的物理模型，學生比較難以理解，教師應運用恰當?shù)念惐龋M行形象分析，加深學生對物理模型的理解，增加學生的學習興趣。例如講電子能態(tài)密度以及電子密度的概念，部分學生較容易混淆的概念。為了幫助學生理解，教師可以通過教學樓里面的學生人數(shù)與半導體中的電子數(shù)目進行類比：同樓層不同的教室對應不同的能態(tài)，教室里座位數(shù)對應能態(tài)的數(shù)目，把學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(shù)，計算半導體電子濃度就相當于計算教室單位面積內(nèi)學生人數(shù)。一個學生坐在某一排的某個座位上，即認為這個電子態(tài)被電子占有。通過這種生動形象的類比，學生對這兩個概念的理解就清楚多了。半導體物理課程中理論推導和數(shù)學上的近似處理較多，繁瑣的公式推導增加了學生對物理模型理解的難度。物理模型和簡單的數(shù)學推導用多媒體或視頻的形式展示給學生，復雜的數(shù)學推導則采用黑板板書的形式加以講解，這樣能適當?shù)匕盐锢砟Ｐ秃凸酵茖Х珠_，使學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的兩個重要的環(huán)節(jié)。應適當給學生布置相關(guān)的課后作業(yè)，引導學生進行獨立思考，在下一堂課開始安排一定的時間進行個別回答或集體討論，及時解決學生的疑惑，從而形成可持續(xù)發(fā)展的模式。
三、考核方式的改革
為了客觀地評價教學效果和教學質(zhì)量，針對半導體物理課程特點，對考核方式作如下嘗試：1.考試是課程教學過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)，平時成績是衡量學生平時學習表現(xiàn)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成績結(jié)合的方式;2.在授課過程中，針對課程的某些從實驗得出的理論結(jié)論，開放實驗室，讓學生分組協(xié)作完成實驗結(jié)驗證，從而將課本知識轉(zhuǎn)化為實踐動手能力。
四、結(jié)束語
總之，半導體物理是電子科學與技術(shù)專業(yè)專業(yè)基礎核心課，在教學過程中合理安排教學內(nèi)容，采用現(xiàn)代化教學手段，不斷進行教學改革，提高了半導體物理課程的課堂教學效果，為學生后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定了扎實的基礎，培養(yǎng)適應社會需求的專業(yè)型人才。
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