融入研究性学习思想的半导体物理教学改革与实践①
徐跃
【摘 要】半导体物理由于对先修课程的知识要求高、基本概念多、理论推导繁琐，致使大多数学生对该课程的学习兴趣不高。针对在教学中出现的这种情况，我们实施了一种融入研究性学习思想的半导体物理教学改革。将科研过程中涉及半导体物理知识的一些研究问题与解决方法渗入到半导体物理的教学中，引导学生自主学习，加强理论知识与科研实践的有效结合。该教学方法极大地提高了学生的学习积极主动性，增强了学生的创新意识，收到了良好的教学实践效果。
【期刊名称】科技创新导报 【年(卷),期】2014(000)035 【总页数】2
【关键词】半导体物理 研究性学习 教学改革 实践
半导体物理是微电子学专业的一门重要的专业基础课，它主要介绍半导体材料结构、电子状态、杂质和缺陷、载流子统计分布、非平衡载流子和运动规律等基本概念和理论，为学生进行后续半导体器件物理、集成电路工艺等课程的学习和将来的工作打下理论基础。
但是目前半导体物理的教学过程中存在很多问题，主要表现在以下几方面[1-2]。 (1)基本知识掌握不好。课程涉及内容范围广，知识点多，理论推导复杂，学科交叉性强，需要固体物理、量子力学等多门先修课程的基础知识。学生学起来感到头绪繁多，对基本概念理解模糊，抓不住重点，不能将所学的知识融会贯通。
(2)教学内容更新较慢。半导体学科领域发展极为迅速，新的理论和研究成果不断涌现，知识更新快、学科交叉越来越深入。但是半导体物理的教学内容更新较慢，不能跟上半导体科学的快速发展。
(3)学生自主学习和实践能力不强。现在的教学模式主要采用被动的接受性学习，单一的教学模式导致学生学习兴趣不高，学生自主学习和主动探索的能力不强。 (4)实验环节薄弱。半导体物理的学习强调理论与实验相结合，但开展的实验内容过于简单，实验效果不理想，学生由于缺少必要的实验体会而对理论教学感到枯燥无味。
针对目前半导体物理教学中存在的这些问题，我们探索并实践了将研究性学习思想引入到日常的教学活动中，加强学生对基本概念的理解和基本知识的掌握，激发学生学习的主动性，培养学生的创新能力。
1 合理选择教学内容
刘恩科主编的半导体物理是经典的教材，广泛地被各高校作为本科生和研究生的教材使用。结合我校微电子学专业的具体情况，我们对该书的教学内容进行了整合。
首先把握好整体知识结构，突出教学重点。对第一章、第七章、第九章和第十章书本上的知识点只做一般性的介绍，主要讲解基本概念和基本理论，较难内容只做一般性的了解。重点讲解第二章“半导体中杂质和缺陷能级”，第三章“半导体中载流子的统计分布”，第四章“半导体的导电性”，第五章“非平衡载流子”和第八章“半导体表面与MIS结构”。授课时先明确课程的学习主线，将重要概念和主要知识点贯穿于这条主线，弱化复杂公式的具体推导过程，力求概念明晰、思路清楚、重点突出。例如在第三章学习载流子统计分布的计
算时，抓住怎样计算平衡时载流子浓度这条学习主线，清楚知道先计算状态密度，再计算波尔兹曼或费米分布函数，最后对状态密度和波尔兹曼分布的乘积在能量区间内积分就可计算出平衡时的电子和空穴的浓度。进一步对不同温度下的杂质半导体载流子浓度计算时，重点抓住不同温度下的电中性条件，解出费米能级位置和载流子浓度。在这条学习主线的贯穿过程中，突出费米能级，本征载流子浓度，简并半导体等主要基本概念的理解和掌握。第六章“p-n结”的知识非常重要，但和后续的课程“半导体器件物理”的授课内容有重复，所以只提及一些重要的概念，主要内容调整到后续课程“半导体器件物理”中讲解。
其次做好了先修知识的衔接以及最新知识的扩充。对于在第一章和第四章学习中所需的晶体结构、晶面、晶向、晶格振动，能带理论等基础知识，我们在讲授新课之前预先进行了复习，保证了新、旧知识的有效衔接，提高了学生对所学知识的理解能力。由于第九章和第十章的教学内容更新教快，我们在授课中适当增加了异质结、量子阱、超晶格、激光器、发光二极管LED等重要的概念和原理的介绍，将最新的发展动态和科研成果引入课堂教学，丰富教学内容，开阔学生的视野[3]。
最后对实验内容和方式进行了调整。由于缺少必要的实验设备和仪器我们只能开展诸如半导体电阻率、非平衡少数载流子寿命和霍尔迁移率测量等简单的实验。实验过程和实验数据的处理都很简单，一节实验课学生往往用不到一半的时间就全部完成，学生通过实验所得到的收获不多。为了弥补实验条件的不足我们提出开展演示性和分析性实验，打算通过播放多媒体课件展示较为复杂的实验过程和介绍相关的实验仪器的操作，最后给学生测试好的数据让他们处理
融入研究性学习思想的半导体物理教学改革与实践
