面向光电材料专业创新需求的课程教学模式探索

［摘 要］ 为给半导体行业国产装备的替代研发、攸关国家战略安全的关键“卡脖子”技术突破提供人才储备，按照卓越创新人才培养目标，根据学科特色，通过与专业知识有机结合，调整教学内容，改进教学方法，培养学生的思维能力和应用能力，培养满足光电功能与信息材料类学科创新需求的卓越人才。通过教学改革，建立完整的，符合高端化、国际化、工程化培养要求的，适合光电功能与信息材料类学科创新需求的课程教学模式。改革成果将对光电功能与信息材料类专业的其他专业基础课程以及其他高校光电功能与信息材料类专业的教学改革具有重要的参考价值。

［关键词］ 光电功能与信息材料；创新需求；课程教学模式；材料科学与工程

［基金项目］ 2020年度国家自然科学基金“非极性ZnO薄膜的跨层缺陷调控及光电性能优化”（51972283）；2022年度浙江省普通本科高校“十四五”教学改革项目“把握新校区建设契机全面提升材料专业实验教学”（jg20220016）

［作者简介］ 潘新花（1982—），女，浙江湖州人，博士，浙江大学材料科学与工程学院副教授，主要从事半导体功能薄膜材料、ZnO基发光器件研究；王凤志（1993—），女，山东诸城人，博士，浙江大学材料科学与工程学院助理研究员，主要从事半导体材料研究；叶志镇（1955—），男，浙江苍南人，博士，浙江大学材料科学与工程学院教授，中国科学院院士，主要从事半导体薄膜与器件研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）11-0017-04 ［收稿日期］ 2023-02-02

引言

信息产业是我国全面建成小康社会和创新型国家的战略性、基础性和先导性的支柱产业，在迎来巨大发展机遇的同时，也面临着技术更替加快、全球新一轮产业转移和竞争加剧等严峻挑战，但是目前我国产业核心基础薄弱、创新能力不足等问题仍较突出，必须尽快实现向创新效益型的转变。其关键在于培养一批能够站在建设信息产业强国战略高度、掌握产业发展趋势及关键技术的高素质工程创新人才。

半导体材料是现代信息产业的基础，半导体薄膜是新型光电子器件和超大规模集成电路的核心，而优质半导体薄膜材料和结构的实现依赖于其制备技术［1-2］。浙江大学材料科学与工程学院开设的“薄膜材料技术与物理”课程是由我国知名半导体薄膜专家叶志镇院士开创的本科生专业选修课程，是浙江省的精品课程。本课程立足学科前沿，密切结合国家科技创新与经济发展的重大战略需求，促进教学与行业/产业实践应用相结合，系统讲述各种半导体薄膜、结构及器件的制备技术、物理基础、装备支撑及产业应用［3］。通过该课程的学习，可培养学生在实践应用场景中根据需要优选相关半导体材料结构的制备技术路线、掌握影响材料构效关系的物理本质和工艺优化路径、增强半导体材料与器件结构的设计能力。同时，也为半导体行业国产装备的替代研发、攸关国家战略安全的关键“卡脖子”技术（如半导体芯片）突破提供人才储备。

一、存在的问题

对于光电功能与信息材料类专业的学生，如何在学院开设的专业课程中激发学生的创新意识是一个值得探讨的问题。目前光电功能与信息材料类学科的课程教学体系取得了不错的效果［4-6］。但难以满足快速发展的光电信息技术的创新需求，主要存在以下两个方面的教学问题。

从教学内容看，“薄膜材料技术与物理”课程内容包括半导体薄膜材料与器件制备技术的发展历史、基础理论、工艺制程、相关装备等，包含的内容宽泛、理论强、概念多。课程的设置主要是针对光电功能与信息材料类专业的学生侧重介绍薄膜材料与器件的制备技术与相关物理知识，由于覆盖范围广，对采用所学知识解决实际工程问题的引导和相互融合方面有待加强。学生对相关物理知识有一定的了解，但对薄膜材料和相关的薄膜技术的掌握停留在表面，缺乏对其本质的深入理解以及在实际工程创新中的深刻认识［7-9］。

从教学方法看，“薄膜材料技术与物理”课程作为专业基础课，基本以传统的知识点讲授和课程作业为主要教学方法，与工程专业特色结合不紧密，思维方式、思辨逻辑、研究方法等方面的引导有待提升。一方面，单纯讲授相对枯燥的知识难以激发工科学生的兴趣，导致学生主观能动性下降，教学效果必然受到影响。另一方面，缺乏分析和解决实际工程问题的思路引导，导致以知识传授为核心，对学生解决问题能力的提高不足［10-12］。

以上问题也是目前工科专业在专业课程中普遍存在的一些共性问题。因此，按照卓越创新人才培养目标，根据学科特色，通过与专业知识有机结合，调整教学内容，改进教学方法，培养学生的思维能力和应用能力，培养满足光电功能与信息材料类学科创新需求的卓越人才。

二、教学内容与教学方式的改革

（一）建立紧密结合光电功能与信息材料类专业特色的教学内容

在做好经典基础知识、基本概念和理论、关键技术等讲授的基础上，围绕经济社会需求和国家重大发展战略关切，及时充实国内外相关领域的最新成果，进行教材修订和课堂教学内容更新，保障教学内容的先进性和前沿性。

在课堂教学中，将习近平总书记关于教育的重要论述和对浙大重要指示精神等思想政治内容与专业知识讲授进行有机结合，聚焦立德树人，引导学生胸怀使命愿景、涵育家国情怀，服务“国之大者”，实现自己的人生价值。坚持立德树人的“全过程、全方位”育人理念，完善“科学化”的育人体系。全方位引导学生坚定理想信念、厚植爱国主义情怀、加强品德修养、增强奋斗精神。培养具有中华文化底蕴、社会主义核心价值观和国际视野的人才。通过课程思政方式，将知识传授与价值引领相结合，激发学生的求知欲望，培养学生的专业责任感、使命感、自豪感，提高他们的自我学习能力和科研创新意识。

在“薄膜材料技术与物理”的教学中，结合本学科的发展历史和现状，将社会主义核心价值观、家国情怀、创新意识和工匠精神融于课堂。在讲述半导体先端制备技术MOCVD过程中，结合近几年国内的行业发展现状——MOCVD生产装备从高价进口到国产MOCVD已占蓝光LED制造领域一半以上份额的生动实例，切实增强学生的专业自信心和国家自豪感。引导学生辩证理解我国在半导体行业取得的成绩以及在核心技术领域存在的差距，激发他们的学习兴趣和热情。鼓励作为青年学生中的佼佼者——浙江大学材料科学与工程学院的本科学子理应担当历史使命与责任，为解决攸关国家战略安全的半导体“卡脖子”技术（如半导体芯片）贡献自己的力量和智慧，走科技报国之路。

同时，为了适应时代的发展和学校学科建设的需要，课程讲授内容进行不断的完善和发展。将理论和实践相结合，深入介绍半导体薄膜技术的物理基础，每种制备技术均结合一种或几种半导体材料进行针对性论述。在此基础上，融合多年的教学科研实践，将科研第一线的相关研究成果带入课程教学中。将最近前沿的溶液法技术及发光器件的制备加入了教学中，新增了溶液法制备LED的最新进展（量子点LED、钙钛矿LED、有机LED），使课程覆盖了新型半导体薄膜材料的生长技术和物理基础。

（二）探索培养光电功能与信息材料类专业创新能力的教学方法

在特定知识点，引入标杆人物的事迹，激发学生的学习兴趣，加深他们对于专业知识的理解。除电子教案外，还将建立教学网络平台，实现教学课件网络化。课程相关资源（科研视频、教学图片、讨论题等）上传到教学网络，让学生根据需要选择学习，实现因材施教。同时，加强实践课程，将实验室的资源融入课程中，将课本上所学的理论知识与实践结合起来，安排学生进实验室参观相关的薄膜生长设备，并在实验室给学生现场演示相关薄膜制备技术用于生长薄膜材料。

在讲述浙江大学半导体学科的发展历程中，以阙端麟先生为例，鼓励学生学习他的远见卓识和开创精神；通过讲述阙先生在艰苦的条件下创建浙江大学硅材料国家重点实验室，为中国半导体材料产业做出重大贡献的实例，启迪大家要有坚强的信念和不屈的奋斗精神。以我国半导体之母——林兰英先生冲破重重阻挠，放弃高薪回到祖国怀抱，为国家的半导体材料事业鞠躬尽瘁的事迹，激励同学们要有为国奉献的信仰和情怀。

同时，对光电信息领域的实际工程问题开展引导式教学，引导学生主动思考，培养学生解决问题的能力。通过讲述最新的光电功能与信息材料类学科的实例，对学生的知识进行巩固和再现，增强学生对专业知识的理解，也加深其对所学知识在实际中应用的认识。

要想将所学知识点熟练掌握和灵活运用，最好的方式是给学生提供各种各样的应用和实践机会。在课程中，把应用能力作为考查重点，通过课程大作业的形式给学生提供独立解决问题的培养机会，提高学生的创新能力。

将课内外进行结合，鼓励学生参加大学生创新项目、科研训练计划、挑战杯等活动，进一步理解和深化所学的知识，并用以解决具体问题，把课程知识上升到学科创新的高度，形成论文和专利等成果。

三、教学特色与创新

（一）课程教育与立德树人相结合

在课程教学中围绕“坚定理想信念、厚植爱国主义情怀、加强品德修养、增长知识见识、培养奋斗精神、增强综合素质”育人目标，将立德树人融入课程教育环节。

（二）基础性与前沿性相结合

本课程包含半导体薄膜技术的经典基础知识、各发展历程中的关键技术和重要方向，还充实了相关高新科技领域中的新成果和新发展，增强了内容的先进性和前沿性。

（三）系统性明显

课程教学中除讲述蒸发、溅射、脉冲激光沉积、电化学沉积等传统镀膜技术外，还重点阐述了应用于现代光电子和微电子的金属有机物化学气相沉积、分子束外延等先进半导体薄膜技术。

（四）理论性和实践性相结合

课程不仅介绍半导体薄膜技术涉及的物理基础和理论，讲述每种制备技术时均结合一种或几种典型半导体材料进行针对性论述，同时针对每种薄膜制备技术进入实验室现场参观学习。

结语

通过知识传授与价值引领相结合的形式，实现课程教学内容与教学方法的改革。提炼薄膜材料体系中所蕴含的思政价值和精神内涵，适当增加课程的人文性，提升时代性和开放性。把学科方法论教学与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识、分析和解决问题的能力。注重科学思维的训练和科学伦理的教育，培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感，努力促进学生在自主学习、健康成长、责任担当、实践创新等方面得到发展。通过本文的教学改革，建立完整的，符合高端化、国际化、工程化培养要求的，适合光电功能与信息材料类学科创新需求的课程教学模式，提高学生解决光电信息领域实际问题的能力。通过课内外结合的方式，学生解决自主选取的实际问题，获得创新性成果。本文改革的成果，对光电功能与信息材料类专业的其他专业基础课程以及其他高校光电功能与信息材料类专业的教学改革将有较大的参考价值。

参考文献

［1］王旭.半导体材料的应用现状及发展趋势［J］.光源与照明，2022（1）：67-69.

［2］冯秋菊，宋哲，李梦轲，等.半导体材料课程的教学改革探索［J］.大学教育，2022（8）：108-110.

［3］陈立新，王艳华，陈洁，等.新时代材料专业本科人才培养教学改革与实践［J］.教育教学论坛，2022（48）：185-188.

［4］卢洋藩，刘芙，陈立新，等.后疫情时代“横纵结合”本科生企业实习模式探索［J］.教育教学论坛，2022（23）：1-4.

［5］叶志镇，张银珠，黄靖云.研究型大学新技术领域专业课程建设的理念与实践：以《薄膜材料技术与物理》课程为例［J］.高教论坛，2010（6）：49-50.

［6］叶志镇，张银珠，黄靖云，等.以科研促进《薄膜材料技术与物理》专业课程的教学改革［J］.材料科学与工程学报，2010（3）：474-476.

［7］杨艳春，田晓，李卫.理工科专业课科研嵌入式教学模式探索：以“薄膜材料与技术”为例［J］.黑龙江教育（高教研究与评估），2020（5）：32-34.

［8］汤如俊.面向物理学专业学生的《薄膜材料与技术》教学改革分析［J］.教育现代化，2021（91）：52-55.

［9］徐娜，路大勇，崔萌，等.探讨《薄膜材料与薄膜技术》课程多模式教学的新思路［J］.吉林化工学院学报，2017（4）：69-72.