“五元联动、全程贯通”课程思政模式在半导体器件基础中的教学探索

邓婉玲 吴霞 罗志 黄君凯

[摘           要]  以暨南大学微电子学院“半导体器件基础”课程思政的教学改革为契机，基于课程的内在特点和“五元联动、全程贯通” 课程思政模式，以课程目标为驱动，通过对思政元素的多维度挖掘并贯通于教学全过程，为课程思政的教学提供了润物无声的融入和实施方案，推进“半导体器件基础”课程“立德树人”育人目标的实现。

[关    键   词]  课程思政;半导体器件;思政元素;立德树人

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                 [文章编号]  2096-0603（2022）03-0076-03

一、引言

集成电路芯片等高科技技术对国家战略、经济和民众生活具有重要性。目前，微电子技术、半导体技术及集成电路产业发展已经成为国家重点战略。“半导体器件基础”作为微电子技术类专业本科生核心的专业基础课，其教学内容涉及半导体器件的科学与技术研究的诸多领域，蕴藏着丰富的、具有课程自身特色的思政教育元素。本课程的思政教育除了贯彻课程思政的一般规律外，还必须深度融合微电子技术人才的培养目标。在教育部积极推进“新工科”建设的背景下，半导体技术人才培养的本质在于创新能力的培养，因此，课程思政应重点从“新”出发，把正确价值观融于新工科创新人才的知识、能力、情感目标的培养之中，优化课程思政内容安排，形成思政教育全程贯通、教学元素多维联动的有机教学体系。

本文基于“知识传授与价值引领相结合”[1]的教学理念，在已有的教学积累和研究基础上，构建“半导体器件基础”课程的教学目标，从教学内容、教学方法、教学评价等方面全程寻找多维思政教学元素的融入点，整理并总结了适合课程自身规律和特点的思政教学实施方案，解决了课程思政的难点问题，育人成效有了明显的提高。基于“五元联动、全程贯通”的方案凸显课程特色，可推广至其他类似的工科专业课程。

二、“半导体器件基础”课程思政的实施

（一）课程思政的实施模式及其体系

以习近平总书记强调的“立德树人”为引领[2]，本课程构建和实践的课程思政融入模式及其实施体系挖掘与课程专业教学内容密切相关的家国、工程、协作、创新和人文五个维度的思政元素，有机地融入课程的教學目标、教学内容、教学方法和教学评价等教学全流程的各个环节与时空，以“五元联动、全程贯通”模式在思政的价值熏陶与专业的知识传授之间产生润物无声的育人成效。

（二）思政元素的“五元联动”

课堂教学是高校培养人才的重要途径。教学过程既要进行知识传授，又要与价值引领相结合[1，3]。通过充分实践和挖掘，本教学团队为“半导体器件基础”课程的教学建造了五维联动的思政教育元素及其教学资源。

1.家国情怀，使命担当

微电子技术和集成电路在国家战略中占据重要地位。我国在某些半导体器件的研究领域取得了突出的成果，一代又一代的科学家和工程师为我国半导体技术和集成电路发展做出了努力。例如，黄昆院士在1951年英国留学后，怀着振兴中华、报效祖国的殷切心情，放弃国外优越的生活条件，回到祖国担任北京大学物理系教授，创建了中国第一个半导体物理专业，为半导体技术产业培养了第一批人才。黄昆先生被称为中国半导体一代宗师，使中国半导体事业从无到有，并发展壮大。类似的中国半导体技术科学家、教育家的故事还有很多，他们坚定的信仰、爱国奋进的精神总能让学生终身受益。又如现代，华为海思的众多工程师夜以继日攻坚克难，自主创新研发了基于最新5 nm工艺制程的麒麟系列手机芯片，使我国集成电路设计领域追上先进国家的技术。暨南大学微电子学院有多位毕业生在华为公司工作并参与了这些项目的研发，我们邀请他们回校跟学生分享他们工作的经历和感想，使学生更容易产生情感认同和共鸣，筑牢科技报国的信念。

2.工程伦理，服务社会

在信息化社会中，工程伦理指引人们从伦理角度审视科学技术运用于工程实践时对社会的影响[4]。当今信息化社会呈现出信息传播与更新速度快、影响范围广、开放性强、复杂多样等特点。因此，面对这些挑战性，在课堂教学中需要针对性地帮助学生学习，为他们今后面对工程伦理相关问题时能作出对社会有利的判断。以典型的电子信息领域违反工程伦理的例子为引导，以小组讨论等形式激发学生从多个角度分析专业伦理对社会产生的影响，从而养成“让科技更好地服务社会”的专业伦理。此外，通过分享学生在科技下乡、社会调查、志愿服务等活动中的感想，进一步深化科学与伦理的统一。

3.交叉融合，合作共赢

目前，新兴交叉领域的科技创新层出不穷，如人工智能、生物医学电子、物联网等。这些创新都凸显未来需要更多具备不同学科背景、来自不同研究领域的从业者进行合作交流，共同对话碰撞产生创新的火花。例如，在“半导体器件基础”课程中，最基本、最重要的半导体器件——双极型晶体管，是由贝尔实验室的三位科学家共同发明的，他们三人也因此获得诺贝尔物理学奖。其中肖克利和巴丁都是理论物理学家，而布拉顿则是实验物理学家。起初的工作基于肖克利偏爱的金属—半导体结构，在多次尝试失败之后，巴丁认识到半导体的表面缺陷有着非常不利的影响，必须找到“钝化”表面（消除缺陷）的方法。经过这三个人的紧密合作，在短短几个月时间里，他们取得了重大的进展，终于实现了第一个半导体晶体管，并通过实验的方法证明这是一个很有用的电子器件，从而开启了信息时代。2021年，暨南大学微电子学院四名本科生联合医学院学子合作完成的“基于拉力传感器的智能输液监控系统”，该项目在第十六届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛上获得特等奖。这些例子和成绩都体现了交叉合作在未来社会中呈现出越来越重要的作用。

4.崇尚创新，批判思维

创新精神无疑是思政教育中最核心的元素之一。针对“半导体器件基础”课程和工科专业的特点，创新精神必须与工匠精神、批判思维和全球视野相融合。半导体晶体管与集成电路的发明都发生在美国，硅谷为芯片创新提供了肥沃的土壤。有人归纳硅谷精神包括叛逆精神、宽容失败、追求卓越等。其中，仙童半导体公司的八位创始人被晶体管发明者肖克利称为“八叛徒”。在批判思维文化的引领下，他们敢于挑战传统和权威，使仙童半导体公司成为当时世界上最大、最富创新精神和最令人振奋的半导体生产企业。后来，肖克利不得不改称他们为“八天才”。硅谷的创造力和创新力令世人惊讶，世界上许多国家和地区都想模仿与复制，但都没有成功。创新是进行时，更是将来时，我们深刻总结与吸收世界各国的历史与经验，同时也需要跟随时代的发展，与时俱进。需要给学生指出，目前我国集成电路产业发展与技术先进国家相比还有比较大的差距，特别是在制造和装备领域。解决这些“卡脖子”关键技术问题，需要启迪学生拥有探究工程及科学奥妙的好奇心，使其善于质疑辨析，攻坚克难。

5.提升人文素养，强健心理素质

传统的工科专业课程教学中，通常重视科学知识的传授，而忽视人文素养的发掘，学生容易把专业知识看作单纯的工具，而忽略其与人文、哲学的融合。在“半导体器件基础”的知识点中，很多体现着哲学的“矛盾论”“折中论”等。例如MOSFET器件的表面势计算中，表面势与栅压之间关系是用隐含方程表述的。表面势的精确求解必须采用数值迭代的方法，但是这样消耗很多计算时间，特别在EDA工具的电路仿真中将是无法承受的。计算时间和准确计算成为矛盾关系，如何在两者之间达到平衡，实现高效计算一直是半导体器件模型领域需要解决的关键问题。延伸至其他工程问题，乃至日常生活，很多问题的解决没有完美方案，需要根据不同条件、不同的应用场景等采用不同的择优方案，优先解决主要矛盾。在我们社会中，所有的事物都不是非黑即白，我们要综合分析，清晰判断。

（三）课程思政在教学实施中的“全程贯通”

强调以立德树人为根本目标的“五元”思政元素将有机地渗透到整个教学实施过程中的核心环节和空间中，并加以完善，全过程推进。

1.课程教学目标的设定

在工科专业课程中有效地融入思政教育，首先需要思考“培养什么样的人”[5]。为此，我们课程教学团队从知识、能力和情感三个方面设定“半导体器件基础”课程的教学目标。以课程目标为驱动，在教学内容、教学方法和教学评价等方面全程实施本课程的思政教育。

在知识目标中，设置了基础知识目标和进阶知识目标，共同支撑能力目标的实现。基础知识目标强调学生必须掌握半导体器件物理的基本概念、基本工作原理、基本物理分析方法等，即包含“是什么”和“为什么”的知识;进阶知识目标强调利用基础知识进行拓展与综合，掌握设计新型半导体器件的科学方法和技术手段，并在形成对微纳器件学科前沿问题的定性理解与定量分析的基础上，建立并提升学生对课程知识体系的认知。

在能力目标中，培养学生能够解决半导体器件领域中较为复杂的工程应用问题，并形成半导体器件物理分析能力、半导体器件模型计算能力、半导体器件应用能力和半导体器件设计能力这四种专业能力。

在情感目标中，通过在课前、课中和课后的线上线下学习，培养学生对半导体器件科学与技术的好奇心，鼓励学生直面富有挑战性的“卡脖子”问题和勇攀科学高峰的创新精神，增强学生以科学服务社会，助力国家发展的使命担当。

2.教学内容的优化

本课程坚持基础性与挑战性并存，课程内容设置具有基础性、多样性、层次性。具体地，遵循模块化集成教学思想，把课程内容分为四大教学模块：基本半导体物理知识模块、传统半导体器件模块、新型半导体器件模块和虚拟仿真模块。“五元”课堂思政内容适宜短小精炼，恰到好处地把握融入时机，而不是灌输式“说教”，喧宾夺主。课堂显现的思政元素应精心设计，丰富多彩，小而精，与年青大学生的心态保持一致。半导体与微电子技术反映科技前沿和时代特征，根据“半导体器件基础”的课程特点，思政元素中创新精神、工匠精神、责任担当等方面更容易被突出和被学生接纳与认可。

3.教学方法的创新

为了有效走出上述提到的课程思政实施困境，教学过程中需要充分结合网络资源、校外实践平台、混合式教学、虚拟仿真实验教学等多样化平台与智慧教学，令信息化教学承担部分知识点的教学及学生自主的学习，而课堂教学更侧重于知识点串联、综合应用能力的培养及研讨等功能。借此一方面增强学生自主学习的能力，满足学生的提升与个性化发展，另一方面教师可以重新将思政元素有机地融入课程目标、知识点设计、教学内容等中，进一步增强课程思政的系统性和整体性。

本课程团队的教师在课外积极鼓励本科生参与半导体器件实验室的科研工作，有效地培养学生的创新能力，有多位本科生以第一作者在国际权威期刊（如界面领域的国际Top期刊ACS Applied Materials & Interfaces等）上发表太阳电池方面科研论文。另外，课程团队的教师指导了多名本科生获得“挑战杯”竞赛等学生课外学术科技创新创业竞赛的立项。通过激发学生参加这些课外活动，全面锻炼学生的工程、合作、创新等能力。

4.多维教学评价的建立

课程思政目标的达成离不开评价体系的健全。课程考核评价从传统的以卷面成绩为主转向注重学生综合能力的考查。因此，本课程组建立的多维评价系统，从时间上可分成平时（包括课前、课中和课后）、期中、期末三个阶段。在平时和期中，着重考查学生对线上、线下思政内容的学习积极性、参与度及互动、完成质量等，通过学生自评与互评和教师评价的综合，发挥学生在评价过程中的主体作用，达到过程化和个性化相结合的效果;在期末评价中，设置综合能力考查项目，同时融入思政育人元素，重点考查学生分析、解决复杂问题的能力。

三、總结

本文主要结合暨南大学微电子学院“半导体器件基础”课程思政实践经验，以“五元联动、全程贯通” 课程思政模式为基础，对思政元素进行挖掘与融合，对课程目标、教学内容、教学方法、评价体系等的优化进行探索，实现课程专业教学与思政教育的有机融合，不仅能加强学生对课程知识系统的理解，更能促进学生专业能力的提升以及正确价值观的树立。课程思政的有益经验可为其他高校该课程的思政实施提供参考与交流，进一步丰富课程思政的建设方案，促进“立德树人”育人目标的达成。

参考文献：

[1]习近平主持召开学校思想政治理论课教师座谈会强调用新时代中国特色社会主义思想铸魂育人贯彻党的教育方针落实立德树人根本任务[N].人民日报，2019-03-19（1）.

[2]习近平.把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报，2016-12-09.

[3]高德毅，宗爱东.从思政课程到课程思政：从战略高度构建高校思想政治教育课程体系[J].中国高等教育，2017（1）：43-46.

[4]郑凯，姜毅，李晖.信息领域工程伦理教育的挑战与对策[J].高等理科教育，2021（4）：14-18.

[5]解光勇，全沛.基于《微电子学概论》开展“课程思政”的探索[J].高教论坛，2020（2）：39-42.

◎编辑 马燕萍