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微電子基礎實(shí)驗課實(shí)踐教學(xué)改革研究論文
【摘 要】《微電子器件基礎實(shí)驗》是微電子專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎實(shí)踐課程，在本專(zhuān)業(yè)的課程體系中具有重要的地位。本文從新形勢下微電子專(zhuān)業(yè)人才培養要求和當前該課程實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題出發(fā)，系統化探討了該課程實(shí)踐教學(xué)改革的改革思路，并在此基礎上提出一套合理有效的改革方案。通過(guò)實(shí)驗項目?jì)?yōu)化改進(jìn)、自主式實(shí)驗教學(xué)模式推進(jìn)以及引入虛擬仿真新技術(shù)應用于實(shí)踐教學(xué)三方面對傳統的實(shí)驗教學(xué)模式進(jìn)行改革，不僅提高了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習的積極性，同時(shí)也培養和提升其工程素質(zhì)。
關(guān)鍵詞微電子基礎實(shí)驗；實(shí)驗教學(xué)；教學(xué)改革；自主式實(shí)驗
0 引言
《微電子器件基礎實(shí)驗》是微電子專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎實(shí)踐課程，其目的是通過(guò)實(shí)踐過(guò)程，使學(xué)生掌握基本實(shí)驗測試方法，加深對半導體特性原理的理解，理論聯(lián)系實(shí)際掌握常用半導體器件的特性及測試方法，為后續深入的專(zhuān)業(yè)知識及技能學(xué)習打下良好的基礎。本課程強調理論和實(shí)踐的統一，通過(guò)本課程的實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生實(shí)際使用和操作常用的半導體器件測試儀器，通過(guò)實(shí)驗結果分析加深對半導體特性原理的理解，從而掌握基本實(shí)驗測試方法，加強基本應用知識的應用能力。
1 微電子基礎實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)現狀
目前實(shí)驗室所開(kāi)設的《微電子器件基礎實(shí)驗》教學(xué)采用自編實(shí)驗指導書(shū)，以驗證性實(shí)驗結合設計性實(shí)驗的方式開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)工作。但是由于新形勢下微電子專(zhuān)業(yè)人才培養要求以及電子信息專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，當前的實(shí)踐教學(xué)模式存在以下缺點(diǎn)和不足[1]：
�。�1）傳統教學(xué)理念“重理論輕實(shí)踐”。當前高校的教學(xué)思想仍深受以前精英教育的影響，在形式上還存在“重理論輕實(shí)踐”的傾向，沒(méi)有將理論知識與實(shí)踐知識進(jìn)行有效的整合。因此，需要大力推進(jìn)教學(xué)方式改革，切實(shí)加強實(shí)踐教學(xué)的重要性。
�。�2）學(xué)生的主體地位沒(méi)有得到真正體現。教學(xué)依然延續傳統“填鴨式”教學(xué)模式，教學(xué)過(guò)程不僅生硬、呆板，而且限制了學(xué)生的思維和創(chuàng )造力。在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，教師專(zhuān)注于演示和學(xué)生重復操作，不能充分調動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng )造力，導致學(xué)生實(shí)踐經(jīng)歷不夠充分，實(shí)踐教學(xué)效果不佳。
�。�3）教學(xué)內容過(guò)于陳舊，與科技發(fā)展脫節。電子信息專(zhuān)業(yè)的技術(shù)更新日新月異，當前行業(yè)發(fā)展對電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生的專(zhuān)業(yè)知識及技能需求已與過(guò)去截然不同。然而當前實(shí)踐教學(xué)在某些內容設置上已落后于技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)內容陳舊過(guò)時(shí)，實(shí)驗儀器及測試方法已不再適用于當前通用的技術(shù)，脫節于前沿科技的發(fā)展。
�。�4）新形勢下需求加強設計性實(shí)驗、開(kāi)放實(shí)驗室的實(shí)驗教學(xué)改革。隨著(zhù)教學(xué)改革的深入，如何開(kāi)展好設計性實(shí)驗項目以及開(kāi)放實(shí)驗室工作是各大高校實(shí)踐教學(xué)改革均面臨的問(wèn)題，主要集中在可行性和實(shí)際效果兩方面。
2 微電子基礎實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)的改革思路
針對上述研究現狀中存在的問(wèn)題，在新的教育觀(guān)念和技術(shù)條件下，我們必須打破傳統教學(xué)模式，在內容和形式上進(jìn)行變革，特別是實(shí)踐教學(xué)模式改革應該確立“以學(xué)生為本”的思想，教學(xué)組織圍繞學(xué)生的需要進(jìn)行設置，使學(xué)生真正成為實(shí)踐教學(xué)的活動(dòng)者和受益者。
本實(shí)踐教學(xué)改革的核心思路主要包括如下幾點(diǎn)：①在現有條件下對課程實(shí)驗項目進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)；②實(shí)驗教學(xué)方法改進(jìn)，推行“漸進(jìn)式、自主式、探索式”實(shí)驗教學(xué)模式；③針對新形勢下微電子專(zhuān)業(yè)人才培養要求，引入虛擬仿真技術(shù)應用于特定實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)中來(lái)。通過(guò)上述實(shí)踐教學(xué)體系改革，一方面優(yōu)化和完善了實(shí)驗教學(xué)方法，同時(shí)也注重了學(xué)生工程能力的提高和拓展。
3 微電子基礎實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)的改革方案
3.1 現有條件下對課程實(shí)驗項目進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)
針對新形勢下微電子專(zhuān)業(yè)人才培養要求，為達到提高工程素質(zhì)、拓展工程應用能力的目的，僅靠單一的介紹實(shí)驗儀器、實(shí)驗規范等傳統實(shí)驗教學(xué)方式是遠遠不夠，因此，本實(shí)踐教學(xué)改革的首要任務(wù)是在現有條件下對課程實(shí)驗項目進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。
�。�1）改進(jìn)、更新《微電子器件基礎實(shí)驗》的實(shí)驗項目?jì)热�。�?shí)驗教學(xué)使用的自編教材編已沿用多年，其中部分項目的內容設置上已落后于技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)內容陳舊過(guò)時(shí)、實(shí)驗儀器及測試方法已不再適用于當前通用的技術(shù)。因此，教學(xué)改革在原有的基礎上對現有的實(shí)驗教程進(jìn)行了改進(jìn)完善、內容擴充。對較簡(jiǎn)單的驗證性實(shí)驗進(jìn)行內容擴充，讓學(xué)生充分掌握實(shí)驗項目所包涵的原理與特性；逐步淘汰陳舊的實(shí)驗開(kāi)發(fā)板，新購置自動(dòng)化程度高、精度高的驗證平臺，以達到培養適應當前技術(shù)發(fā)展需求的優(yōu)秀電子信息專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生的目的。
�。�2）為實(shí)現新形勢下微電子專(zhuān)業(yè)人才培養要求的培養目標，本教學(xué)改革針對專(zhuān)業(yè)人才培養方案，進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗項目?jì)热菰O計，以貼近業(yè)界實(shí)際需求，幫助學(xué)生提高專(zhuān)業(yè)知識技能及工程實(shí)踐能力。以“半導體器件特性測試”實(shí)驗項目的教學(xué)為例，該實(shí)驗項目的目的是通過(guò)指導學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗操作和測量，以加深對常用半導體器件工作特性的理解以及基本測試方法的掌握。傳統的實(shí)驗教學(xué)著(zhù)重于要求學(xué)生完成伏安特性的測量，而忽略了對半導體器件工作特性的理解和工程應用。因此，在該實(shí)驗項目?jì)热莸膬?yōu)化和改進(jìn)中，增加了光敏二極管的伏安特性測試內容，以注重培養學(xué)生在實(shí)際工程設計與應用方面的能力。
3.2 實(shí)驗教學(xué)方法改進(jìn)，推行“漸進(jìn)式、自主式、探索式”實(shí)驗教學(xué)模式
新形勢下需求加強設計性實(shí)驗、開(kāi)放實(shí)驗室的實(shí)驗教學(xué)改革。隨著(zhù)教學(xué)改革的深入，實(shí)驗教學(xué)改革要求構建以學(xué)生為主體的自主構建知識、增長(cháng)技能、發(fā)展能力的指導思想和教學(xué)思路，也就是說(shuō)傳統以演示和驗證為主的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，需要逐步轉變?yōu)閷W(xué)生自己設計實(shí)驗方案、自己控制實(shí)驗過(guò)程、自主分析實(shí)驗結果和系統撰寫(xiě)實(shí)驗報告。
通過(guò)對本專(zhuān)業(yè)人才培養方案和電子信息類(lèi)應用型本科的課程體系的深入研究，秉承以學(xué)生為主體的教學(xué)改革思想，對既定的培養目標方向作深入探討，結合本專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，本教學(xué)改革推行“漸進(jìn)式、自主式、探索式”實(shí)驗教學(xué)模式。具體來(lái)說(shuō)，在現有基礎上繼續改進(jìn)實(shí)驗內容，由易到難，包含從驗證性到綜合設計性多個(gè)實(shí)驗層次，讓學(xué)生循序漸進(jìn)經(jīng)歷認知、實(shí)踐、探索的全過(guò)程；學(xué)生在完成基本實(shí)驗基礎上，可選擇難易不同的實(shí)驗內容，還可自行設計方案，通過(guò)實(shí)驗探索更多問(wèn)題。獨立設計和實(shí)踐的教學(xué)環(huán)節逐漸增多，通過(guò)這些引導，吸引更多的學(xué)生進(jìn)入開(kāi)放實(shí)驗室，對多方位的內容進(jìn)行探索和實(shí)驗，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情，有效地提高學(xué)生的創(chuàng )新能力、工程設計能力。
3.3 引入虛擬仿真技術(shù)應用于特定實(shí)驗項目實(shí)踐教學(xué)
隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展及計算機硬件性能的提高，虛擬仿真技術(shù)已從理論及設想發(fā)展成為當前科技前沿的現實(shí)技術(shù)，并且是近幾年來(lái)技術(shù)前沿的研究熱點(diǎn)。虛擬仿真技術(shù)亦可應用于電子信息類(lèi)的實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)，并在多個(gè)重點(diǎn)高校取得一定的成果及探索經(jīng)驗[2，3]。在以往的實(shí)物實(shí)驗教學(xué)中，實(shí)驗的地點(diǎn)和時(shí)間是被限定的，通常只是讓學(xué)生完成數據讀取、分析與處理等“規定操作”，因而大大制約了對學(xué)生的工程創(chuàng )新能力的培養。而虛擬仿真技術(shù)因其交互性和逼真性，結合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將實(shí)驗實(shí)踐置于線(xiàn)上，不再受制于地點(diǎn)和時(shí)間的制約，能很好地解決上述難題。
以“集成運放應用特性測試實(shí)驗”實(shí)驗為例，探討引入虛擬仿真技術(shù)應用于本課程的實(shí)踐教學(xué)改革。該實(shí)驗項目要求學(xué)生通過(guò)對實(shí)驗任務(wù)的理解，結合先修課程的知識，設計合理的測試電路和測試方式，實(shí)現對運算放大器規定特性參數的測試以及其基本應用方法的實(shí)踐。當前普遍存在的問(wèn)題是由于該項目是綜合設計性實(shí)驗項目，測試電路的搭建由學(xué)生參考實(shí)驗教程自主完成，而大部分學(xué)生分析和應用實(shí)際電路的能力較薄弱，往往搭錯測試電路導致測試結果與預期結果存在較大差異，使得實(shí)驗效果存在偏差和不理想。而如果先讓學(xué)生在電子自動(dòng)化設計平臺基于虛擬仿真技術(shù)設計對應測試電路，對實(shí)驗內容進(jìn)行預演練和先行驗證，可以有效地幫助學(xué)生完成既定實(shí)驗內容的操作、學(xué)習及驗證，同時(shí)也能夠給有自主學(xué)習能力的學(xué)生提供自主設計新實(shí)驗內容及自主探索的平臺，培養其自主學(xué)習能力、工程創(chuàng )新精神與實(shí)踐能力，取得事半功倍的效果。
4 微電子基礎實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)的改革成效
按照上述改革思路和方案，已在17-18學(xué)年秋季學(xué)期的實(shí)驗教學(xué)中進(jìn)行部分項目的改革嘗試，初步取得一定成效。下表為以學(xué)生的實(shí)驗成績(jì)評級作為評價(jià)指標，分別列出了進(jìn)行教學(xué)改革前后的教學(xué)成效對比。
其中16-17學(xué)年是以傳統教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的，17-18學(xué)年開(kāi)始實(shí)施教學(xué)改革。從表中數據可以看出，通過(guò)“以學(xué)生為主體”為指導思想的實(shí)踐教學(xué)體系改革，原本基礎較薄弱的同學(xué)能夠在新模式下得到更多的自主構建知識的機會(huì )，在“漸進(jìn)式、自主式、探索式”的實(shí)驗教學(xué)模式中激發(fā)了更多的學(xué)習熱情，自主能動(dòng)性和動(dòng)手能力得到提高，實(shí)驗成績(jì)也隨之有一定的提升。教學(xué)改革一方面優(yōu)化和完善了實(shí)驗教學(xué)方法，同時(shí)也培養了學(xué)生的工程設計能力及工程應用能力。
5 結論
《微電子器件基礎實(shí)驗》實(shí)踐教學(xué)是微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程的一個(gè)重要部分。本文確立了“以學(xué)生為主體”為指導思想的實(shí)踐教學(xué)改革方案，并從實(shí)驗項目?jì)?yōu)化改進(jìn)、自主式實(shí)驗教學(xué)模式推進(jìn)以及引入虛擬仿真新技術(shù)應用于實(shí)踐教學(xué)三方面提出了具體措施，對提高該課程的教學(xué)效果，培養學(xué)生的工程素質(zhì)具有重要意義。
【參考文獻】
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