導(dǎo)語：“微電子器件”混合式教學(xué)資源建設(shè)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:本文在超新集團(tuán)泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上引入“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式、信息化考核機(jī)制等，讓學(xué)生充分參與到教學(xué)中來;建設(shè)分層自主學(xué)習(xí)資源，直觀形象地展現(xiàn)課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、半導(dǎo)體器件應(yīng)用及項(xiàng)目開發(fā)能力;搭建TCAD綜合實(shí)驗(yàn)平臺，一體化集成器件仿真分層學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可以隨時(shí)隨地在校園內(nèi)登錄平臺查閱資料完成課題任務(wù)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:信息化;分層自主學(xué)習(xí)資源;TCAD綜合實(shí)驗(yàn)平臺

“微電子器件”是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，也是應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)新興微電子與光電產(chǎn)業(yè)所需的應(yīng)用技術(shù)人才必備的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)課程［1］。該課程是連接半導(dǎo)體材料與器件和電路的橋梁，是后續(xù)深入學(xué)習(xí)集成電路專業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生具備大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)能力必不可少的基礎(chǔ)。”微電子器件”課程知識點(diǎn)抽象，關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，內(nèi)容編排上從半導(dǎo)體材料的摻雜改性，到P型、N型半導(dǎo)體結(jié)合形成半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)單元，再到各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的器件設(shè)計(jì)和控制，采用層層推進(jìn)的方式，邏輯嚴(yán)密，理論性強(qiáng)，學(xué)生需要有良好的前期課程基礎(chǔ)，并扎實(shí)掌握課程每一部分內(nèi)容才能跟上學(xué)習(xí)的進(jìn)度［2］。為了有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及課程參與度，我們實(shí)施混合式自主教學(xué)資源庫以及一體化TCAD綜合實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)，依據(jù)行業(yè)需求、學(xué)生及課程特點(diǎn)、改革教學(xué)的方式方法，對學(xué)生能力培養(yǎng)起到非常有益的效果。

1混合式自主教學(xué)資源建設(shè)思路

實(shí)時(shí)調(diào)研半導(dǎo)體行業(yè)對課程的需求，我們課題組明確教學(xué)資源建設(shè)內(nèi)容，以畢業(yè)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)、翻轉(zhuǎn)課堂等形式讓學(xué)生參與到混合式自主教學(xué)資源建設(shè)中來。已完成基于學(xué)院泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的部分微課視頻、動(dòng)畫、題庫、分層自主學(xué)習(xí)資源等信息化教學(xué)資源建設(shè)，已啟動(dòng)微電子器件簡易教學(xué)展示平臺研發(fā)并一體化集成SilvacoTCAD用戶使用手冊、微電子器件綜合實(shí)驗(yàn)課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、教案、半導(dǎo)體器件工藝制備流程等實(shí)踐教學(xué)資源。依托泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，引入了“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，并將陸續(xù)推進(jìn)“翻轉(zhuǎn)課堂”素材的制作;引入信息化教學(xué)手段對師生間的實(shí)時(shí)互動(dòng)交流、智能化簽到、考核機(jī)制等展開研究。在實(shí)施教學(xué)過程中檢驗(yàn)已完成資源成效并實(shí)時(shí)優(yōu)化改進(jìn)，混合式自主教學(xué)資源建設(shè)架構(gòu)如圖1所示。

2混合式自主教學(xué)資源建設(shè)內(nèi)容

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的混合式教學(xué)資源建設(shè)，學(xué)生可以隨時(shí)隨地登陸網(wǎng)站學(xué)習(xí)課程資源、網(wǎng)上交流課程疑難問題、隨時(shí)查看交流記錄、使用綜合實(shí)驗(yàn)平臺完成課題任務(wù)等，信息化的教學(xué)環(huán)境使得學(xué)生可以自主參與到教學(xué)中來，柔性完成課題任務(wù)，增強(qiáng)教學(xué)的直觀性、提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，理論指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)過程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、分析設(shè)計(jì)能力和項(xiàng)目開發(fā)能力，本課題擬從如下三個(gè)方面闡述混合式自主教學(xué)資的源建設(shè)內(nèi)容。2．1分層自主學(xué)習(xí)資源整合與設(shè)計(jì)。修訂課程基本資源庫，結(jié)合行業(yè)企業(yè)發(fā)展不斷更新補(bǔ)充課程拓展資源。本課程的分層自主學(xué)習(xí)資源從基礎(chǔ)知識拓展、課程資源拓展及應(yīng)用拓展三個(gè)層面展開，如圖2所示?；A(chǔ)知識拓展:課程組依據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，制作“高等代數(shù)”、“電路分析”、“大學(xué)物理”、“半導(dǎo)體物理”等與課程密切相關(guān)前期課程資源，更好的輔助學(xué)生對課程相關(guān)知識的理解。課程資源拓展:以畢業(yè)設(shè)計(jì)形式完成課程較為抽象難易理解知識點(diǎn)的動(dòng)畫制作，形象直觀的模擬器件內(nèi)部載流子的輸運(yùn)機(jī)制、器件內(nèi)部能帶及電學(xué)參數(shù)變化等;主講教師對課程中基礎(chǔ)的、重要的、關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的內(nèi)容錄制微課視頻，供學(xué)生線上反復(fù)學(xué)習(xí);主講教師近10年的微電子器件教學(xué)積累，熟練掌握教材基礎(chǔ)上進(jìn)一步“用活”教材，依托泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺已建設(shè)100多道練習(xí)題，可以隨時(shí)隨地布置課前小測、課堂測驗(yàn)、課后練習(xí)等，輔助檢驗(yàn)“翻轉(zhuǎn)課堂”成效，客觀題可以自動(dòng)閱卷，極大提升教學(xué)效果和質(zhì)量，節(jié)約資源。應(yīng)用拓展:以課程設(shè)計(jì)及翻轉(zhuǎn)課堂形式讓學(xué)生參與制作器件故障檢修、器件電極檢測及器件電子電路應(yīng)用等微視頻，讓學(xué)生從實(shí)際工程應(yīng)用中理解課程內(nèi)容。以畢業(yè)設(shè)計(jì)的形式引導(dǎo)學(xué)生與教學(xué)團(tuán)隊(duì)一起研發(fā)微電子器件教學(xué)展示平臺［5］，引入小型電子產(chǎn)品電路系統(tǒng)為工程系統(tǒng)化模型解構(gòu)學(xué)科知識點(diǎn)，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，逐步實(shí)現(xiàn)器件及其電子電路應(yīng)用一體化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生分析設(shè)計(jì)及創(chuàng)新能力。2．2信息化教學(xué)模式、考核機(jī)制設(shè)計(jì)。借助移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)助推“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式?！胺D(zhuǎn)課堂”內(nèi)容擬逐年推進(jìn)，翻轉(zhuǎn)資源建設(shè)集中在課程內(nèi)部層層遞進(jìn)知識點(diǎn)、新型半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體器件電子電路應(yīng)用三方面。微電子器件課程知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，例如，不同結(jié)構(gòu)、不同工作條件下二極管的電流電壓方程及三極管的電流電壓方程建模過程是完全一樣的，主講教師僅以一種模型(小注入厚基區(qū)均勻摻雜)進(jìn)行課堂講解，依托泛雅網(wǎng)絡(luò)平臺制作小注入薄基區(qū)均勻摻雜、大注入厚基區(qū)均勻摻雜、小注入厚基區(qū)非均勻摻雜、均勻基區(qū)三極管、緩變基區(qū)三極管等其它結(jié)構(gòu)、其它工作條件(外加交流小信號等)的翻轉(zhuǎn)教學(xué)資源。主講教師在課堂講解第一層知識點(diǎn)，學(xué)生依據(jù)主講教師講解的基礎(chǔ)知識點(diǎn)及泛雅平臺上的分層自主學(xué)習(xí)資源(基礎(chǔ)課件、視頻、練習(xí)題等)，搜索瀏覽相關(guān)網(wǎng)站資源、小組交流討論學(xué)習(xí)，進(jìn)而完善拓展后續(xù)遞進(jìn)知識點(diǎn)，制作PPT于課堂講解討論，培養(yǎng)學(xué)生對理論知識的理解并完成知識的遷移，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生充分參與到教學(xué)中來，提升教學(xué)效果與質(zhì)量。翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施流程如下圖3所示。依拓泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，引進(jìn)信息化課堂點(diǎn)名方式，可以靈活設(shè)置簽到時(shí)間、簽到狀態(tài)、簽到方法等，能有效真實(shí)地記錄學(xué)生考勤狀態(tài)，考勤統(tǒng)計(jì)分析自動(dòng)記錄功能，便于任課教師及輔導(dǎo)員實(shí)時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，對學(xué)生有一定預(yù)警作用，課堂出勤率明顯提高;依托泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的討論區(qū)根據(jù)課程需求展開專題討論，便于師生在線交流。2．3一體化TCAD綜合實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)作者:單位:目前的微電子器件實(shí)踐教學(xué)主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。這類實(shí)驗(yàn)大多為一體化封裝的精密設(shè)備，內(nèi)部功能電路連線已接好，學(xué)生僅需從面板進(jìn)行簡單操控，不能深入了解測試原理及實(shí)驗(yàn)意義，對提高動(dòng)手能力幫助不大，極大限制了學(xué)生思維創(chuàng)新與創(chuàng)造力開發(fā)，不能有效發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性［3］。為了體現(xiàn)專業(yè)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，搭建培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的TCAD綜合實(shí)驗(yàn)平臺極具意義［4］。一體化TCAD綜合實(shí)驗(yàn)平臺是依托于學(xué)院集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室高性能服務(wù)器，讓學(xué)生在教師設(shè)置的權(quán)限下，隨時(shí)隨地通過瀏覽器訪問服務(wù)器，運(yùn)行器件仿真軟件完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，極大提高仿真效率，降低學(xué)生設(shè)備端性能需求［6］。實(shí)驗(yàn)平臺一體化集成了微電子綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源(課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、教學(xué)大綱、授課計(jì)劃等)、SilvacoTCAD開發(fā)文檔、SilvacoTCAD使用手冊、半導(dǎo)體器件制備工藝流程等自主學(xué)習(xí)資源，學(xué)生使用綜合實(shí)驗(yàn)平臺開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，可以隨時(shí)查閱相關(guān)資料輔助實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)及創(chuàng)新性設(shè)計(jì)能力。一體化綜合實(shí)驗(yàn)平臺整體架構(gòu)如圖4所示。圖4一體化TCAD綜合實(shí)驗(yàn)平臺架構(gòu)圖引入TCAD仿真教學(xué)，一方面，學(xué)生可以充分認(rèn)識半導(dǎo)體物理學(xué)，半導(dǎo)體器件物理學(xué)等這些抽象難懂的理論基礎(chǔ)知識在半導(dǎo)體工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用，加強(qiáng)理論教學(xué)的效果。另一方面，仿真也可以部分取代了耗費(fèi)成本的硅片實(shí)驗(yàn)，可以降低成本，縮短了開發(fā)周期和提高成品率，也就是說，仿真可以虛擬生產(chǎn)并指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)［7］。SilvacoTCAD的工藝仿真可以實(shí)現(xiàn)離子注入、氧化、刻蝕、光刻等工藝過程的模擬，可以用于設(shè)計(jì)新工藝，改良舊工藝。器件仿真可以實(shí)現(xiàn)電學(xué)、光學(xué)及熱學(xué)等特性仿真及相關(guān)參數(shù)提取，可以用于設(shè)計(jì)新型器件，舊器件改良，驗(yàn)證器件的電學(xué)、光學(xué)及熱學(xué)等特性。一體化TCAD綜合實(shí)驗(yàn)平臺可節(jié)約成本、增強(qiáng)教學(xué)的直觀性、提高教學(xué)效果，還可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，理論指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)過程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和分析設(shè)計(jì)能力，為地方企業(yè)培養(yǎng)電子電路專業(yè)技術(shù)人才。

3結(jié)語

“微電子器件”課程教學(xué)方式、方法的改革及混合式教學(xué)資源的建設(shè)，可以有效解決課程理論性強(qiáng)，知識點(diǎn)抽象，學(xué)生課堂學(xué)習(xí)中某些知識點(diǎn)不能很好掌握，導(dǎo)致前后知識點(diǎn)連貫不起來，疑難問題堆積，學(xué)生基礎(chǔ)知識薄弱等多重因素影響下，教師的單方面努力很難提高課堂教學(xué)效率等問題?；旌鲜浇虒W(xué)資源的建設(shè)，“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式、信息化教學(xué)環(huán)境的引入以及微電子教學(xué)展示平臺的研發(fā)，可以讓學(xué)生充分參與到教學(xué)中來，降低課程學(xué)習(xí)難度，吸引學(xué)生興趣，進(jìn)一步提高課堂教學(xué)效果。同時(shí)，有效解決學(xué)生學(xué)習(xí)盲目跟從被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生分析設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力及項(xiàng)目開發(fā)能力。TCAD綜合性實(shí)驗(yàn)平臺可以模擬實(shí)際器件制備工藝流程，學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)理論知識指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)過程，半定制符合電子電路系統(tǒng)功能需求的器件結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，有效解決了現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺以一體化封裝的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，極大限制了學(xué)生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)等問題。前期建設(shè)完成資源已實(shí)施于教學(xué)，效果良好。

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作者:陳卉 師向群 胡云峰 陳李勝 單位:電子科技大學(xué)中山學(xué)院