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，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)用及項目開發(fā)能力;搭建TCAD綜合實驗平臺，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綜合實驗平臺

“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)計能力必不可少的基礎(chǔ)?！蔽㈦娮悠骷闭n程知識點抽象，關(guān)聯(lián)性較強，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)計和控制，采用層層推進的方式，邏輯嚴(yán)密，理論性強，學(xué)生需要有良好的前期課程基礎(chǔ)，并扎實掌握課程每一部分內(nèi)容才能跟上學(xué)習(xí)的進度［2］。為了有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及課程參與度，我們實施混合式自主教學(xué)資源庫以及一體化TCAD綜合實驗平臺的建設(shè)，依據(jù)行業(yè)需求、學(xué)生及課程特點、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

實時調(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、課程設(shè)計、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、微電子器件綜合實驗課件、實驗指導(dǎo)書、教案、半導(dǎo)體器件工藝制備流程等實踐教學(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“翻轉(zhuǎn)課堂”素材的制作;引入信息化教學(xué)手段對師生間的實時互動交流、智能化簽到、考核機制等展開研究。在實施教學(xué)過程中檢驗已完成資源成效并實時優(yōu)化改進，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、隨時查看交流記錄、使用綜合實驗平臺完成課題任務(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)實際生產(chǎn)過程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、分析設(shè)計能力和項目開發(fā)能力，本課題擬從如下三個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。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，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)計形式完成課程較為抽象難易理解知識點的動畫制作，形象直觀的模擬器件內(nèi)部載流子的輸運機制、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，可以隨時隨地布置課前小測、課堂測驗、課后練習(xí)等，輔助檢驗“翻轉(zhuǎn)課堂”成效，客觀題可以自動閱卷，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)生從實際工程應(yīng)用中理解課程內(nèi)容。以畢業(yè)設(shè)計的形式引導(dǎo)學(xué)生與教學(xué)團隊一起研發(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，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，逐步實現(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)計及創(chuàng)新能力。2．2信息化教學(xué)模式、考核機制設(shè)計。借助移動物聯(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，翻轉(zhuǎn)資源建設(shè)集中在課程內(nèi)部層層遞進知識點、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關(guān)聯(lián)性很強，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，學(xué)生依據(jù)主講教師講解的基礎(chǔ)知識點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)，進而完善拓展后續(xù)遞進知識點，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)課堂實施流程如下圖3所示。依拓泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，引進信息化課堂點名方式，可以靈活設(shè)置簽到時間、簽到狀態(tài)、簽到方法等，能有效真實地記錄學(xué)生考勤狀態(tài)，考勤統(tǒng)計分析自動記錄功能，便于任課教師及輔導(dǎo)員實時掌握學(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綜合實驗平臺建設(shè)作者:單位:目前的微電子器件實踐教學(xué)主要以驗證性實驗為主。這類實驗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)生僅需從面板進行簡單操控，不能深入了解測試原理及實驗意義，對提高動手能力幫助不大，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)生主觀能動性［3］。為了體現(xiàn)專業(yè)特點，實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，搭建培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的TCAD綜合實驗平臺極具意義［4］。一體化TCAD綜合實驗平臺是依托于學(xué)院集成電路設(shè)計實驗室高性能服務(wù)器，讓學(xué)生在教師設(shè)置的權(quán)限下，隨時隨地通過瀏覽器訪問服務(wù)器，運行器件仿真軟件完成實驗任務(wù)，極大提高仿真效率，降低學(xué)生設(shè)備端性能需求［6］。實驗平臺一體化集成了微電子綜合實驗教學(xué)資源(課件、實驗指導(dǎo)、教學(xué)大綱、授課計劃等)、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)生使用綜合實驗平臺開發(fā)設(shè)計過程中，可以隨時查閱相關(guān)資料輔助實驗設(shè)計激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計及創(chuàng)新性設(shè)計能力。一體化綜合實驗平臺整體架構(gòu)如圖4所示。圖4一體化TCAD綜合實驗平臺架構(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)中的實際應(yīng)用，加強理論教學(xué)的效果。另一方面，仿真也可以部分取代了耗費成本的硅片實驗，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)實際生產(chǎn)［7］。SilvacoTCAD的工藝仿真可以實現(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)計新工藝，改良舊工藝。器件仿真可以實現(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)計新型器件，舊器件改良，驗證器件的電學(xué)、光學(xué)及熱學(xué)等特性。一體化TCAD綜合實驗平臺可節(jié)約成本、增強教學(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)實際生產(chǎn)過程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和分析設(shè)計能力，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，知識點抽象，學(xué)生課堂學(xué)習(xí)中某些知識點不能很好掌握，導(dǎo)致前后知識點連貫不起來，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，進一步提高課堂教學(xué)效果。同時，有效解決學(xué)生學(xué)習(xí)盲目跟從被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生分析設(shè)計能力、創(chuàng)新能力及項目開發(fā)能力。TCAD綜合性實驗平臺可以模擬實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)生的主觀能動性，有效解決了現(xiàn)有的實驗教學(xué)平臺以一體化封裝的驗證性實驗為主，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)完成資源已實施于教學(xué)，效果良好。

參考文獻(xiàn):

［1］陳卉，曾葆青，文毅等．“微電子器件”多元化教學(xué)方法的探索［J］．南京:電子電氣教學(xué)學(xué)報，2016，38(03)．

［2］張燦云，孔晉芳，王鳳超．淺談面向新興光電產(chǎn)業(yè)的工科專業(yè)半導(dǎo)體器件物理課程教學(xué)改革［J］．武漢:自然科學(xué)，2016(01)．

［3］胡國珍、馬學(xué)軍、徐濾非等．面向應(yīng)用型實踐人才培養(yǎng)的電力電子技術(shù)實踐創(chuàng)新平臺研制［J］．北京:實驗技術(shù)與管理，2017(34、01)．

［4］龍治堅，胡尚連，向珣朝．基于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下實踐教學(xué)平臺構(gòu)建［J］．北京:實驗技術(shù)與管理，2017(34、08)．

［5］向兵，程秀英．基于MatlabGUI的《半導(dǎo)體器件物理》教學(xué)仿真平臺開發(fā)［J］．成都:實驗科學(xué)與技術(shù)，2014(12、03)．

［6］常玉春，李喆，李傳南．采用B/S架構(gòu)的半導(dǎo)體TCAD網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)平臺構(gòu)建研究［J］．北京:實驗技術(shù)與管理．2014(31、09)．

［7］劉劍霜、郭鵬飛、李伙全．TCAD技術(shù)在微電子實驗教學(xué)體系中的應(yīng)用研究［J］．北京:實驗技術(shù)與管理，2012(29、02)．

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