“新基建”背景下《電子材料與器件》課程的教學(xué)改革初探

摘要：針對“新基建”背景下《電子材料與器件》課程的教學(xué)實際，分析了當(dāng)前教學(xué)過程中存在的教學(xué)內(nèi)容未緊隨發(fā)展潮流、教學(xué)手段單一、學(xué)生上課參與度較低等三方面問題;提出了教學(xué)內(nèi)容發(fā)展化、教學(xué)手段多樣化、教學(xué)模式創(chuàng)新化三方面改革舉措。

關(guān)鍵詞：電子材料與器件;半導(dǎo)體;教學(xué)改革

引言

2020年4月20日，國家發(fā)改委創(chuàng)新和高技術(shù)發(fā)展司司長伍浩在新聞發(fā)布會上解釋稱，初步研究認為，新型基礎(chǔ)設(shè)施（本文簡稱“新基建”）是以新發(fā)展理念為引領(lǐng)，以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動，以信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，面向高質(zhì)量發(fā)展需要，提供數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級、融合創(chuàng)新等服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施體系?！靶禄ā睂Α耙币詳?shù)字經(jīng)濟、信息技術(shù)和新能源為代表的新一代技術(shù)革命至關(guān)重要，進而對我國經(jīng)濟的快速增長起到巨大的推動作用。新基建的“基”在于信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，而信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的核心要素是新材料及電子器件。盡管我國已是材料與器件的制造大國，但在高端設(shè)計與制造領(lǐng)域仍受制于人，如集成電路中的高端晶圓及芯片制造多來自于進口。因此，新材料與器件的發(fā)展成為當(dāng)前我國社會發(fā)展的迫切任務(wù)，為滿足這一需要，高校開設(shè)了《電子材料與器件》課程，它的開設(shè)目標(biāo)是通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生對電子材料與器件制造工藝流程有一個較為基礎(chǔ)的理解和相對完整的概念，對電子材料與器件制造工藝中涉及到的新技術(shù)、新設(shè)備和新工藝有更為全面的了解，使學(xué)生具有電子材料與器件工藝設(shè)計與分析和解決工藝問題的能力，為學(xué)生今后適應(yīng)“新基建”背景下電子材料與器件的設(shè)計開發(fā)及應(yīng)用生產(chǎn)打下堅實的理論基礎(chǔ)。筆者結(jié)合自身講授該門課程的教學(xué)體會，分析了“新基建”背景下該課程教學(xué)中存在的幾點問題，并探討了相應(yīng)的改革舉措。

一、存在問題

《電子材料與器件》課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)大三學(xué)生的專業(yè)必修課，筆者在授課過程中發(fā)現(xiàn)該課程在教學(xué)內(nèi)容、手段和模式等方面還存在若干問題，比如教學(xué)所用教材內(nèi)容覆蓋知識不夠全面，未緊隨領(lǐng)域發(fā)展潮流;教學(xué)手段相對單一，以PPT講述為主的方式不夠“接地氣”，難以提高學(xué)生上課的注意力。此外，學(xué)生上課的參與度較低，導(dǎo)致學(xué)習(xí)知識的積極性不夠，整體學(xué)習(xí)效果還有待提高。

二、改革舉措

1.教學(xué)內(nèi)容發(fā)展化

電子材料與器件講授的知識與學(xué)生后續(xù)的工作內(nèi)容緊密相連，在授課時不但要重點強調(diào)經(jīng)典知識內(nèi)容，教師還要將授課內(nèi)容實踐化、發(fā)展化，在課堂上更多展示和講解現(xiàn)階段企業(yè)正使用的技術(shù)、工藝及設(shè)備等內(nèi)容，對于已過時或不能滿足現(xiàn)代大部分場景需求的技術(shù)或工藝知識則采用簡要概述或引導(dǎo)學(xué)生課后自學(xué)的形式，讓學(xué)生實實在在地感受到學(xué)有所用。例如在晶體管工藝部分，不但講授常用的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（CMOS）的應(yīng)用場景，還及時將最新的FinFET（Fin field-effect transistor，鰭式場效應(yīng)晶體管）以及正逐漸商業(yè)化的GAAFET（Gate-All-Around field-effect transistor，柵極環(huán)繞場效應(yīng)晶體管）、MBCFET（Multi-Bridge-Channel FET，多橋-通道場效應(yīng)管）、GAAFET（Gate-All-Around field-effect transistor，柵極環(huán)繞場效應(yīng)晶體管）等工藝技術(shù)講授給學(xué)生，開闊學(xué)生的眼界，使學(xué)生的知識面不拘泥于書本。同時也可以選取一些領(lǐng)先的半導(dǎo)體集成電路制造企業(yè)如臺積電、英特爾等公司最新申請的專利，通過專利等案例的分析判斷他們的技術(shù)優(yōu)勢及未來布局;啟發(fā)學(xué)生與從事集成電路研究的創(chuàng)新主體合作，嘗試在相關(guān)領(lǐng)域申請技術(shù)專利。

2.教學(xué)手段多樣化

電子材料與器件課程中存在非常多專業(yè)名詞及相關(guān)工藝設(shè)備，無論是對電子信息專業(yè)或其他專業(yè)學(xué)生來說，部分理論知識難以理解，工藝設(shè)備未實踐接觸過，僅采用傳統(tǒng)PPT課件講授的手段來授課的話，學(xué)生難以在短時間理解或形成畫面感，容易造成學(xué)生聽課興趣小，學(xué)習(xí)積極性不高。將多樣化的教學(xué)手段如視頻、線上教學(xué)與傳統(tǒng)理論講授相結(jié)合，將抽象的知識具形化、豐富化、生動化，實現(xiàn)優(yōu)勢增強、劣勢補足的效果。通過播放相關(guān)設(shè)備如何工作及相應(yīng)工藝流程如何運行的視頻，能相對更生動形象地展示所要傳達的知識信息，有助于集中學(xué)生的注意力，提高教學(xué)的效果;線上教學(xué)如慕課能夠?qū)崟r與學(xué)生互動、探討交流，既能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)緊迫感，也能讓教師基于學(xué)生的課堂參與度來及時調(diào)整授課進度和內(nèi)容。以光刻工藝為例，在講授該部分內(nèi)容時，筆者發(fā)現(xiàn)通過課堂上播放相對“接地氣”的華為斷供及光刻機難造原因分析的視頻，能夠迅速地吸引學(xué)生的注意力，不但使學(xué)生對光刻機設(shè)備及相關(guān)制造商有了一些初步的認識和了解，更能激發(fā)學(xué)生作為材料人的愛國熱情及責(zé)任感。在講述半導(dǎo)體基本元器件時，通過視頻動畫的形式講解PN結(jié)和二極管的工作原理，一方面讓學(xué)生更直觀理解了PN結(jié)和二極管的如何形成，另一方面也讓學(xué)生明白了為何要制造PN結(jié)，便于進一步理解后續(xù)章節(jié)中摻雜工藝的重要性。

3.教學(xué)模式創(chuàng)新化

電子材料與器件課程知識內(nèi)容涉及范圍廣泛，工藝及設(shè)備種類繁多，其知識的交叉性和前沿性決定了一兩本教材難以全面涵蓋所有知識點。教師為主導(dǎo)的傳統(tǒng)教學(xué)模式雖能將專業(yè)知識完美輸出給學(xué)生，但學(xué)生的參與度低，知識的吸收率有待提高。此外教學(xué)模式的創(chuàng)新顯得尤為重要。很多教學(xué)人員發(fā)現(xiàn)以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式則能較好地改變這些不足，同時在互聯(lián)網(wǎng)普及化的現(xiàn)代，知識獲取非常便利。在這樣的背景條件下，教師可以在講授相關(guān)理論知識后將學(xué)生分組，采取適當(dāng)?shù)姆绞揭龑?dǎo)學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)及查詢半導(dǎo)體材料及集成電路的相關(guān)文獻資料，通過在課堂上學(xué)生間的相互討論與分享、教師的糾正與補充等方式來突破傳統(tǒng)教材內(nèi)容的束縛，有助于增加學(xué)生在課堂教學(xué)中的“知識輸出”與積極參與度，不但能避免單一輸入的乏味性，加深對所獲取知識的理解。

三、結(jié)語

在“新基建”戰(zhàn)略背景推動下，《電子材料與器件》課程的教學(xué)必須要緊跟時代發(fā)展的步伐和國家戰(zhàn)略的需求，以培養(yǎng)復(fù)合型、交叉型人才作為培養(yǎng)目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段及教學(xué)模式等方面進行改革，為支撐“新基建”高質(zhì)量發(fā)展輸送優(yōu)質(zhì)人才。

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作者簡介：楊濤（1988-），男，漢族，湖北荊州，博士研究生，講師，研究方向是納米能源存儲材料與器件。

（杭州電子科技大學(xué)材料與環(huán)境工程學(xué)院?浙江杭州?310018）