微电子类相关专业半导体物理教学探讨

　　半导体物理是微电子类相关专业的核心重点课程，所涉及先修课程多、理论性强、学生不易掌握、半导体物理学科领域发展迅速等问题，针对这些主要问题，结合学校微电子类相关专业建设重点课程的需要，优化整合教学内容，丰富教学手段，结合科技前沿与研究热点，培养学生的积极性与创新意识。

　　从第一个半导体点接触式晶体管发明以来，半导体产业已经成为了国民经济重要的组成部分，世界各国均竞相大力发展本国的半导体产业，以期在国际舞台的较量中争得主动权。因此，它关系到国民经济整体效益和国家安全，关系国家前途的重要战略产业。现代半导体科学的迅猛发展、知识的不断翻新、竞争的不断深入、对人才素质要求的不断提高都给我国半导体产业的发展提出了严峻挑战，也给半导体物理基础教育提出了新的、更高的要求。

　　半导体物理主要介绍了半导体材料和器件中的重要物理现象，阐述了半导体物理性质和理论，确定了半导体有关物理量的实验方法。半导体物理是微电子类相关专业，如电子科学与技术、微电子、集成电路设计等专业核心重点课程，作为微电子技术的理论基础，半导体物理研究、半导体材料和器件的基本性能和内在机理是研究集成电路工艺、设计及应用的重要理论基础;作为微电子学相关专业的特色课程及后续课程的理论基础，半导体物理的教学直接影响了后续专业理论及实践的教学。但是，由于半导体物理的学科性很强，理论较为深奥，涉及知识点多，理论推导繁琐，对于学生的数学物理的基础要求较高，学生在学习的过程中存在一定的难度。因此，对授课教师提出了更高的要求，不仅要对半导体物理有充分的理解，还要熟悉半导体工艺和半导体集成电路设计。同时，必须针对目前教学过程中存在的问题与不足，优化和整合教学内容，丰富教学手段，结合科技发展热点问题，探索教学改革措施，激发学生的学习兴趣，提高半导体物理课程的教学质量。

　　一、优化整合教学内容

　　重庆邮电大学采用的教材为刘恩科主编的《半导体物理学》(第七版，电子工业出版社)，该教材是电子科学与技术类专业精品教材。同时，半导体物理课程学科领域发展极为迅速，新的理论和研究前沿不断涌现，研究领域不断扩展，学科交叉渗透性越来越强，知识更新也很快。针对以上问题，授课教师应与时俱进，在保持课程知识结构与整体系统性的同时，对教学内容进行合理取舍，压缩与其它课程重叠的内容，删除教材中相对陈旧的知识，密切跟踪科技前沿与研究热点，加入近几十年来发展成熟的新理论、新知识，突出研究热点问题，力求做到基础性和前瞻性的紧密结合，使学生在掌握基础知识的同时能对半导体的发展历程和发展趋势有一个清晰的认识，让学生能从中掌握事物的本质，促进思维的发展，形成技能;同时注重与信息化技术相结合，互联网搜索最近几年半导体技术的最新研究成果，以多媒体录像及图片的形式，使学生能及时掌握前沿发展趋势，激发学生的学习热情，培养学生的科学精神。例如，在正式开始《半导体物理学》相关内容课程教学前，应将前置课程中重要的基本知识贯穿于教学过程中，以免造成学生认识上的巨大跳跃感;在讲解半导体能带结构前，增加适量学时讲授近代理论物理知识，使学生了解原子中电子能级和电子壳层分布，掌握泡利不相容原理、玻耳兹曼分布律和玻尔频率条件等微观粒子运动的基本规律。这些都是学习《半导体物理学》必备的知识，只有在透彻理解这些基本概念的前提下，才能对现有课程知识有更深入的了解和掌握。否则将造成学生理解上的障碍，最终导致学生失去继续学习的兴趣。 因此在授课内容的选择、排列上要遵循循序渐进的原则。再例如在讲授半导体元器件的结构及性能时，适当补充半导体器件的制备工艺，结合半导体器件的制备视频，让学生结合某种半导体器件分析其结构与性能。

　　二、强调基本概念与物理模型，提高教学质量

　　半导体物理课程涉及到的基本概念和物理模型较多，仅凭教材中的定义理解这些概念和模型，学生很难完全掌握。教师授课时应重在与应用相结合，以必需、够用为度，结合实用性和先进性，力求内容精简、重点突出、概念明确、说理清晰。将书本上的理论推导与结论同相关实验相结合，使学生对抽象的课堂相关知识能顺利地转化为直观认识，增强教学效果。实践是检验真理的标准，在理论教学的同时，适当安排学生进行相关实验操作，观察实验现象，既加深了对理论的认识，锻炼了动手能力，又能通过做实验使学生切身体会到一个物理结论是怎样体现了理论和实践的完美统一，从中领悟出科学研究的普遍方法和过程。

　　部分深奥的物理模型，学生比较难以理解，教师应运用恰当的类比，进行形象分析，加深学生对物理模型的理解，增加学生的学习兴趣。例如讲电子能态密度以及电子密度的概念，部分学生较容易混淆的概念。为了帮助学生理解，教师可以通过教学楼里面的学生人数与半导体中的电子数目进行类比：同楼层不同的教室对应不同的能态，教室里座位数对应能态的数目，把学生当作半导体中的电子。这样计算电子能态密度就相当于计算教室里单位面积的座位数，计算半导体电子浓度就相当于计算教室单位面积内学生人数。一个学生坐在某一排的某个座位上，即认为这个电子态被电子占有。通过这种生动形象的类比，学生对这两个概念的理解就清楚多了。半导体物理课程中理论推导和数学上的近似处理较多，繁琐的公式推导增加了学生对物理模型理解的难度。物理模型和简单的数学推导用多媒体或视频的形式展示给学生，复杂的数学推导则采用黑板板书的形式加以讲解，这样能适当地把物理模型和公式推导分开，使学生在彻底理解物理模型的基础上掌握理论推导。

　　课前预习和课后练习也是提高课堂教学的两个重要的环节。应适当给学生布置相关的课后作业，引导学生进行独立思考，在下一堂课开始安排一定的时间进行个别回答或集体讨论，及时解决学生的疑惑，从而形成可持续发展的模式。

　　三、考核方式的改革

　　为了客观地评价教学效果和教学质量，针对半导体物理课程特点，对考核方式作如下尝试：1.考试是课程教学过程中一个非常重要的环节，平时成绩是衡量学生平时学习表现的主要指标，所以本课程考核方式之一采用期末试卷笔试与平时成绩结合的方式;2.在授课过程中，针对课程的某些从实验得出的理论结论，开放实验室，让学生分组协作完成实验结验证，从而将课本知识转化为实践动手能力。

　　四、结束语

　　总之，半导体物理是电子科学与技术专业专业基础核心课，在教学过程中合理安排教学内容，采用现代化教学手段，不断进行教学改革，提高了半导体物理课程的课堂教学效果，为学生后续专业课程的学习奠定了扎实的基础，培养适应社会需求的专业型人才。

　　作者：王振　王培　王巍 来源：读写算·素质教育论坛 2015年19期