《半导体物理学》教学改革探讨
摘 要：半导体物理学是材料物理和新能源材料与器件专业的一门专业基础课。针对教学过程中存在的问题，从教学内容整合，教学手段和教学方法等环节探讨了该课程的改革措施。通过这些改革，激发了学生的学习积极性，有效地提高了教学效果。
关键词：半导体物理 教学改革 教学效果
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（c）-0151-02
《半导体物理学》是盐城工学院材料物理、新能源材料与器件专业本科生的一门专业基础课。它主要研究半导体原子状态和电子状态以及电子输运的学科。
通过该课程的学习，使学生获得半导体物理的基本概念，基本规律和基本思想，了解半导体性质以及受外界因素的影响及其变化规律。该课程注重培养学生理论联系实际的能力、科学研究的思想方法、创新能力以及工程实践能力等；为毕业生从事半导体相关学科的科学研究、工程设计奠定扎实的理论与实践基础。
作为材料物理及新能源材料与器件专业的特色课程及后续课程的基础课程，《半导体物理学》的教学质量直接影响着后续课程的教学。该课程具有物理理论深奥，理论推导复杂等特点，这就要求学生具有扎实的数学和物理的基础知识。但是，对于应用型本科院校的学生来说，他们没有系统的学习量子力学，固体物理，数学物理方法及统计物理等相关的物理知识，因此，在该课程的学习和理解上都存在一定的难度，使教学效果难以达到预期。基于教学实践，我们逐渐认识到原有的教学模式已经不适应应用型本科院校的人才培养。为了提高该课程的教学质量，现结合笔者的教学实践，对《半导体物理学》课程的教学做一些探讨和思考。
1 基于培养方案、合理构建教学内容
人才培养方案是关于人才培养的蓝图，是教育教学的纲领性文件。教学内容应符合人才培养方案。因此，应该在培养方案的指导下，合理地构建教学内容。 关于半导体物理学的教材种类繁多，我们专业系经过认真调研和教研讨论， 选择刘恩科、朱秉升和罗晋生编著的《半导体物理学》（第7版）作为教材[1]。该书全面地论述了半导体物理的基础知识。全书共分13章，主要内容为：半导体中电子状态；半导体中的杂质和缺陷能级；载流子的统计分布；载流子的散射和导电性；非平衡载流子理论；PN结；金属和半导体的接触性能；半导体的表面与MIS结构；半导体的异质结构；半导体的光学性质、热电性质、磁和压电效应以及非晶态半导体理论等知识点。该书具有物理理论深奥， 知识点较多，数学推导繁杂等特点，因此，学生需具有扎实的量子力学、固体物理、热力学统计物理及数学物理方法等相关知识。
该校定位于以培养工程技术人才为目标的应用型本科院校，因此学生理论功底相对比较薄弱。基于人才培养方案，进一步优化了半导体物理学的教学内容。首先构建好整体知识框架，突出教学重点和难点。前五章是半导体物理学课程的理论基础部分，是后八章的基础，因此选择重点讲解前五章。授课时先明确课程的学习主线，将基本概念、基本定律和基本思想贯穿于这条主线。主要讲解物理概念和理论模型，力求讲清楚物理图像，弱化公式的推导过程。其次，做好知识的衔接和扩充。讲授新课之前先复习上次课程的内容，做到温故而知新，加强了章节之间的衔接，利于学生对新知识的理解。将最新的半导体领域发展动态和科研成果引入教学内容，进一步扩充教学内容，开阔学生的视野。
2 基于计算机软件、形象化教学内容
“百闻不如一见”，形象化教学内容，把抽象内容具体化，增加教学内容的直观性，提高学生的学习兴趣和课堂效率。形象化教学，即直观性教学，是指教师在教学过程中通过引导学生观察物理现象或者运用语言进行形象描述，充分调动学生的各种感觉器官，让学生在头脑中形成清晰的物理图像，从而丰富他们的感性知识[2]。半导体物理学具有基本概念和理论多，公式推导烦琐，物理模型抽象等特点，因此不易理解。传统的教学方法达不到预期效果，学生难以理解和掌握这些基本概念，基本理论和物理模型。鉴于此，可以借助于计算机软件把半导体物理学中抽象的概念和物理模型形象化。首先，将半导体物理学中的物理过程用Flash等动画软件制作成动画，在课堂上演示给学生，增加学生的感性知识；其次，利用mathematic等数学软件模拟半导体材料的载流子浓度、费米能级与温度关系，增强了学生对知识点有直观的了解，提高了定量分析问题的能力。形象化的教学方法可以促进学生对半导体物理知识的理解，从而激发学生对半导体物理的学习积极性，提高学习效率[3]。
3 理论联系实践、加强实践教学
应用型本科院校人才培养的重要保证是实践教学。半导体物理学实践环节应该是半导体物理学课程的有机组成部分。开设实践教学环节对于该课程来说，是十分必要的。结合课程特点，确定了相应的实践教学内容，编制了实践教学大纲。在实践教学过程中，首先教师详细的讲解基本原理，仪器的操作；然后让学生进行分组实验；最后学生对测得的数据进行处理和结果分析，并完成实验报告。例如，在讲解半导体的热电性质时，可以利用热电效应的相关实验，让学生观察相应的热电现象，使学生把抽象的理论知识转化为直观感受。通过实践教学环节，使学生进一步理解和掌握半导体物理学的基本理论，基本概念和基本思想，培养学生良好的科学素养，提高学生分析问题和解决问题的能力。
4 结语
应用型本科院校的目标是培养工程技术人才。针对教学中的问题，通过合理的构建教学内容，教学方法和手段的改进，使学生的学习积极性得到了提高，达到了预期教学效果。《半导体物理学》作为材料物理和新能源材料与器件专业一门重要的专业基础课，将为后续课程的学习和毕业生从事半导体相关学科的科学研究、工程设计奠定扎实的理论与实践基础。
参考文献
[1] 刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学[M].北京：电子工业出版社，2008.
[2] 王 强. 半导体物理的形象化教学[J].中国现代教育装备，2009 （1）：92-93.
[3] 汤乃云.微电子专业“半导体物理”教学改革的探索[J].中国电力教育，2012（13）：59-60.