“新基建”背景下《电子材料与器件》课程的教学改革初探

摘要：针对“新基建”背景下《电子材料与器件》课程的教学实际，分析了当前教学过程中存在的教学内容未紧随发展潮流、教学手段单一、学生上课参与度较低等三方面问题;提出了教学内容发展化、教学手段多样化、教学模式创新化三方面改革举措。

关键词：电子材料与器件;半导体;教学改革

引言

2020年4月20日，国家发改委创新和高技术发展司司长伍浩在新闻发布会上解释称，初步研究认为，新型基础设施（本文简称“新基建”）是以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为基础，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。“新基建”对“引爆”以数字经济、信息技术和新能源为代表的新一代技术革命至关重要，进而对我国经济的快速增长起到巨大的推动作用。新基建的“基”在于信息网络的建设，而信息网络建设的核心要素是新材料及电子器件。尽管我国已是材料与器件的制造大国，但在高端设计与制造领域仍受制于人，如集成电路中的高端晶圆及芯片制造多来自于进口。因此，新材料与器件的发展成为当前我国社会发展的迫切任务，为满足这一需要，高校开设了《电子材料与器件》课程，它的开设目标是通过学习，使学生对电子材料与器件制造工艺流程有一个较为基础的理解和相对完整的概念，对电子材料与器件制造工艺中涉及到的新技术、新设备和新工艺有更为全面的了解，使学生具有电子材料与器件工艺设计与分析和解决工艺问题的能力，为学生今后适应“新基建”背景下电子材料与器件的设计开发及应用生产打下坚实的理论基础。笔者结合自身讲授该门课程的教学体会，分析了“新基建”背景下该课程教学中存在的几点问题，并探讨了相应的改革举措。

一、存在问题

《电子材料与器件》课程是材料科学与工程专业大三学生的专业必修课，笔者在授课过程中发现该课程在教学内容、手段和模式等方面还存在若干问题，比如教学所用教材内容覆盖知识不够全面，未紧随领域发展潮流;教学手段相对单一，以PPT讲述为主的方式不够“接地气”，难以提高学生上课的注意力。此外，学生上课的参与度较低，导致学习知识的积极性不够，整体学习效果还有待提高。

二、改革举措

1.教学内容发展化

电子材料与器件讲授的知识与学生后续的工作内容紧密相连，在授课时不但要重点强调经典知识内容，教师还要将授课内容实践化、发展化，在课堂上更多展示和讲解现阶段企业正使用的技术、工艺及设备等内容，对于已过时或不能满足现代大部分场景需求的技术或工艺知识则采用简要概述或引导学生课后自学的形式，让学生实实在在地感受到学有所用。例如在晶体管工艺部分，不但讲授常用的金属氧化物半导体场效应晶体管（CMOS）的应用场景，还及时将最新的FinFET（Fin field-effect transistor，鳍式场效应晶体管）以及正逐渐商业化的GAAFET（Gate-All-Around field-effect transistor，栅极环绕场效应晶体管）、MBCFET（Multi-Bridge-Channel FET，多桥-通道场效应管）、GAAFET（Gate-All-Around field-effect transistor，栅极环绕场效应晶体管）等工艺技术讲授给学生，开阔学生的眼界，使学生的知识面不拘泥于书本。同时也可以选取一些领先的半导体集成电路制造企业如台积电、英特尔等公司最新申请的专利，通过专利等案例的分析判断他们的技術优势及未来布局;启发学生与从事集成电路研究的创新主体合作，尝试在相关领域申请技术专利。

2.教学手段多样化

电子材料与器件课程中存在非常多专业名词及相关工艺设备，无论是对电子信息专业或其他专业学生来说，部分理论知识难以理解，工艺设备未实践接触过，仅采用传统PPT课件讲授的手段来授课的话，学生难以在短时间理解或形成画面感，容易造成学生听课兴趣小，学习积极性不高。将多样化的教学手段如视频、线上教学与传统理论讲授相结合，将抽象的知识具形化、丰富化、生动化，实现优势增强、劣势补足的效果。通过播放相关设备如何工作及相应工艺流程如何运行的视频，能相对更生动形象地展示所要传达的知识信息，有助于集中学生的注意力，提高教学的效果;线上教学如慕课能够实时与学生互动、探讨交流，既能增加学生的学习紧迫感，也能让教师基于学生的课堂参与度来及时调整授课进度和内容。以光刻工艺为例，在讲授该部分内容时，笔者发现通过课堂上播放相对“接地气”的华为断供及光刻机难造原因分析的视频，能够迅速地吸引学生的注意力，不但使学生对光刻机设备及相关制造商有了一些初步的认识和了解，更能激发学生作为材料人的爱国热情及责任感。在讲述半导体基本元器件时，通过视频动画的形式讲解PN结和二极管的工作原理，一方面让学生更直观理解了PN结和二极管的如何形成，另一方面也让学生明白了为何要制造PN结，便于进一步理解后续章节中掺杂工艺的重要性。

3.教学模式创新化

电子材料与器件课程知识内容涉及范围广泛，工艺及设备种类繁多，其知识的交叉性和前沿性决定了一两本教材难以全面涵盖所有知识点。教师为主导的传统教学模式虽能将专业知识完美输出给学生，但学生的参与度低，知识的吸收率有待提高。此外教学模式的创新显得尤为重要。很多教学人员发现以问题为导向的教学模式则能较好地改变这些不足，同时在互联网普及化的现代，知识获取非常便利。在这样的背景条件下，教师可以在讲授相关理论知识后将学生分组，采取适当的方式引导学生课后自主学习及查询半导体材料及集成电路的相关文献资料，通过在课堂上学生间的相互讨论与分享、教师的纠正与补充等方式来突破传统教材内容的束缚，有助于增加学生在课堂教学中的“知识输出”与积极参与度，不但能避免单一输入的乏味性，加深对所获取知识的理解。

三、结语

在“新基建”战略背景推动下，《电子材料与器件》课程的教学必须要紧跟时代发展的步伐和国家战略的需求，以培养复合型、交叉型人才作为培养目标，从教学内容、教学手段及教学模式等方面进行改革，为支撑“新基建”高质量发展输送优质人才。

参考文献：

[1]闫晓燕，梁丽萍，赵新新，张敏刚，刘宝胜.基于工程教育专业认证的材料研究方法课程的教学改革探讨.中国现代教育装备，2021，353：37-39.

[2]高远飞，司朝霞，王娟，荣盼盼.材料化学专业《材料概论》课程的教学改革与思考.广州化工，2021，49（2）：136-153.

[3]李大林.材料成型专业电工电子技术课程教学改革探究.科技风，2021，2：102-103.

作者简介：杨涛（1988-），男，汉族，湖北荆州，博士研究生，讲师，研究方向是纳米能源存储材料与器件。

（杭州电子科技大学材料与环境工程学院 浙江杭州 310018）