“半导体物理学”课程思政教育与教学建设探索

［摘 要］ 思政教育是课程教学中非常重要的环节，进行相应的课程改革建设并将思政元素融入课程，实现智育与德育的交互发展，深入贯彻落实习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的重要讲话精神，实现各类课程与思想政治理论课同向同行。“半导体物理学”在教学过程中多维度融入思政元素，将专业课程与思政教育有机结合，寓价值观引导于知识传授和能力培养中。科学设计课程教学内容与手段，把学生作为课堂主体，培养学生自主探究学习的良好习惯，形成师生高效沟通交流的良性循环，提高学生的学习效果。课程中涉及较多的理论知识，通过与科技前沿结合的方式增强学生的学习兴趣与创新能力，激发学生建设我国半导体事业的使命感和责任感。

［关键词］ 半导体物理学；课程建设；思政育人

［基金项目］ 2022年度北京工业大学教育教学研究课题（ER2022SZB01）

［作者简介］ 周丽星（1992—），女，河北邢台人，博士，北京工业大学信息科学技术学院讲师（通信作者），主要从事半导体器件物理研究；张亚民（1985—），男，湖南岳阳人，博士，北京工业大学信息科学技术学院副教授，主要从事新型半导体器件及可靠性研究；冯士维（1961—），男，辽宁盖州人，博士，北京工业大学信息科学技术学院教授，主要从事微电子器件及光电子器件可靠性物理、新型半导体器件制备与特性研究。

［中图分类号］ G641 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）38-0121-04 ［收稿日期］ 2023-05-22

引言

2016年，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程［1］。“敬教劝学，建国之大本；兴贤育才，为政之先务。”（朱舜水《朱舜水集·劝兴》）教育是民族振兴、社会进步与发展的重要基石，重视教育、鼓励学习是建设国家的根本，起用贤良培养人才，是治理国家的首要任务，要德政育人。《高等学校课程思政建设指导纲要》指出，要全面推进课程思政建设，帮助学生塑造正确的世界观、人生观和价值观，以提高学生的综合素质，促进学生的全面发展，使学生成长为优秀的社会主义建设者和接班人［2］。高等学校专业课程在专业人才培养中发挥着重要作用，也支撑着学校专业的发展。高等学校人才培养是育才和育人相统一的过程，建设高水平人才培养体系，必须将思想政治工作体系贯通其中，做好课程思政建设，协同发展专业课程的显性教育和思政培养的隐性教育，将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体，落实立德树人根本任务。

“半导体物理学”是电子科学与技术、微电子科学与技术等专业的重要基础课程。我国半导体相关专业起步于1956年，由北京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学和南京大学联合开办了半导体物理专业。随后，涉及微电子器件的专业都将“半导体物理”作为专业基础课程之一。北京工业大学电子科学与技术专业起始于1964年，随着时代的发展，专业名称、学时不断调整，该课程一直是专业核心基础课程之一。尽管新材料不断出现（如GaN、SiC、ZnO等），课程核心理论仍然是支撑半导体器件的重要基础。随着微电子与集成电路成为国家先导性、基础性、战略性和政治性产业，面对国家微电子与集成电路人才紧缺的局面，该课程也更凸显其建设的重要性。如今社会利益多元化，学生的价值观受多方面的影响，为培养半导体领域的专业技术高端人才，将思政元素融入课程教学，实现浸润式的思政育人，以更好地引导学生对主流价值观的认同［3］。

半导体芯片造就了信息时代的飞速发展，然而，我国高端芯片严重依赖于进口输入，尤其在美国打击中兴、断供华为之后，我国半导体产业的发展面临极大挑战，实现我国半导体产业的自立自强，把握核心关键技术，全面发展我国的半导体产业是迫在眉睫的重要任务［4］。在这样的行业发展背景下，对高等学校半导体专业领域的人才培养提出了严格的要求。“半导体物理学”是本领域一门核心的专业基础课程，半导体物理学课程的建设显得尤为重要，要培养学生解决半导体物理问题的能力，以及敢于面对挑战、勇于担当的精神，以达到为国家培养具有坚实专业知识，优良道德品质，深厚家国情怀的高素养专业人才。为此，本文进行如下课程建设与思政育人的探索和实践。

一、课程建设目标

“半导体物理学”课程是电子科学与技术专业的专业基础课，前续课程有“普通物理”“理论物理”“固体物理”，后续课程有“半导体器件物理”“集成电路设计”“光电子器件”和“功率器件”等。在专业课程体系中，“半导体物理学”是初步了解和掌握利用半导体晶体制备固态器件的首门课程。通过学习该课程，培养学生“芯片微小”却是“大国重器”的家国情怀，以及以努力求学、摆脱技术封锁为己任的胸怀；掌握在利用半导体制备核心器件过程中涉及的核心理论、知识点和分析方法；能够运用数学、物理知识，建立半导体材料制备固态器件理论模型，正确分析其载流子运动行为及基本工作原理、性能参数与材料和制备工艺的关系；具备初步综合分析PN结、MOS结构和金属半导体接触，以及其性能与影响因素关系的能力。

二、课程教学内容与方法

（一）优化教学方式，线上线下教学相结合

传统的教学方式只是教师在课上进行单方面的讲授，学生只是被动地接受知识，教师的讲授方式和学生的学习方式都比较单一，加之本门课程自身的特性，课程中含有大量的物理概念、物理公式及数学推导等，学生听课时容易感到疲乏，难以理解。对教学方式进行改革，学生在课上能够轻松地主动接受知识，将会在很大程度上提高学习效果。如今信息社会互联网快速发展，结合线上教学和学习方式也是教学模式发展的需要。本课程针对本校学生建设了线上课程，线上课程包含教学视频、习题练习等内容。学生在进行学习时可以不受时间和空间等的限制，学习的自由度更高，也更便捷。利用线上教学平台也可以反馈学生的学习情况，如学生的学习时长、学习频率等。例如，针对某一内容的课程视频学生的观看时长较长、频率较高，在一定程度上反馈了学生对此知识点的掌握存在一定困难，教师在课上将会有针对性地并更细致地讲授这些重点和难点问题。因此，协同线上教学和线下教学，使两种教学模式相互促进，有利于达到理想的教学效果。

（二）注重科技前沿与教学内容的结合

“半导体物理学”课程的物理概念与公式较多，理论性较强，学生对所学课程内容易产生倦怠心理，降低了学习的积极性［5］。为使学生更好地理解知识点，教师在教学过程中要发挥科研积累的优势，充分展现新科技发展的动态，丰富教学内容，激发学生探索新知识的兴趣。如今，半导体产业日新月异，科技成果层出不穷，然而教材的内容较为滞后，对新的科研成果涵盖较少，教学与科研存在脱节现象。在快速发展的信息时代，学生接触的新事物、新技术都在增加，学生的自我意识也在不断增强。将科技前沿成果等内容融入教学过程，不仅能够丰富课堂知识内容，还可使学生拓宽视野，同时在一定程度上培养了学生的科研思维能力。照本宣科的授课方式在极大程度上降低了学生的学习积极性，结合具体科研实例，使学生真正学以致用，激发学生的创新思维能力，使教学达到事半功倍的效果。比如，在讲解PN结特性时，结合科研中的实例，将如何利用PN结随温度变化线性，测量器件工作温升、预测器件寿命，并应用于卫星组件检测、华为5G核心器件温升测量等，使理论知识变得“鲜活”起来。将科技前沿与科研成果融入教学，使科研与教学相促相长，以实现对学生的专业技术和创新能力、科研思维等方面的培养。

（三）翻转课堂的互动教学理念

翻转课堂以学生为中心，了解学生在学习过程中的差异，促进各层次学生不同的发展，利用线上学习平台作为翻转课堂的主要支撑，线上学习资源作为学生获取新知识的途径，依据学生的自驱力来完成学习任务。通过精心设置预习内容，要求学生在课前预先学习并完成相关预习作业，初步了解学生对课堂内容的掌握情况，把握学生的学习情况，将理解有偏差的共性问题拿到课堂中进行深入讨论。教师和学生是教学过程中的两个主体，教学方法和教学模式相互配合才会获得比较好的教学效果［6］。“半导体物理学”课程通过部分翻转课堂的设计，做到有的放矢，激发学生的学习热情，提高其参与度，使学生成为课堂的主导，逐步引导学生形成自主探究式的学习方式，这样学习就不再是教师一味地单方面输出，而是在师生互相研讨的过程中进行知识的发掘，充分发挥了学生的主体性，更有利于学生进行自主学习与发展。

（四）以实践教学培养学生的综合能力

本课程在基础理论教学的基础上，增设了实践教学的内容，通过实践教学，帮助学生更深层次地理解基础理论知识，并培养学生分析和解决实际问题的能力。“半导体物理学”课程具有较强的理论性，也是与实际工程应用结合得比较紧密的一门课程。课程的第六章和第七章内容讲述了基本的器件PN结和MOS结构，这是两种基础的半导体器件结构，且这两个章节的内容也综合了前几章的内容知识。为锻炼学生对知识的综合掌握和灵活运用，本课程在这两个章节设置了两个工程类大作业，使学生能够依据本课程所学的知识解决实际工程问题。以此方法使半导体理论和实际应用相结合，不仅加强了学生对知识运用的综合能力，而且使学生体会到了学以致用的快乐，对于激发学生的学习兴趣有事半功倍的效果。此外，在学生的总成绩考核中增加对此部分实践作业的考核，使学生在平时学习过程中始终保持较好的学习效率，以期更好地完成课程教学目标。

三、课程思政建设实践

（一）课程思政育人目标

通过对当前国家微电子与集成电路行业的分析，面对国家先导性、基础性、战略性和政治性的集成电路产业，课程寓价值观引导于知识传授之中，培养学生的理想信念、家国情怀、民族自信、责任担当、职业素养、行为规范等；引导学生要有责任担当意识和爱国敬业、创新奋斗精神，并结合半导体工艺特性方面的特殊要求，培养学生遵从行业规范、保护知识产权的工程伦理素养。

（二）课程思政元素案例

针对当下高端集成电路技术成为国家产业链中“卡脖子”技术瓶颈问题，在课程讲授中，通过典型案例持续融入微电子人的家国情怀与责任感，以润物无声的方式将正确的价值追求、理想信念有效地传递给学生。例如，通过中兴、华为被制裁事件，引导学生认识到：中美贸易争端实质上是对中华民族伟大复兴的中国梦的阻挠，激发学生树立家国情怀；通过介绍老一辈科学家在中华人民共和国成立之初，如何不畏险阻建立半导体学科、专业及人才培养体系的感人事迹，激发学生的爱国主义情怀；通过介绍我国在半导体各方向的发展现状、差距及突破，激发学生踏实学好基本理论、实现科技兴邦的动力。“十四五”规划纲要指出，瞄准集成电路等前沿领域，制定实施具有战略性的科学计划项目［7］。如今学生的个人专业发展与国家的战略需求相吻合，使学生能够融入国家战略，发展自我、成就自我。

（三）思政融入方式探索

鉴于前期课程建设的措施，采用部分翻转课堂模式，并结合线上线下的混合教学方法，同时利用本校提供的线上教学平台，为思政建设提供了强有力的支撑和开展条件。

1.线上平台为学生提供相关的学习视频资料。如今短视频对信息的传播十分流行，将思政视频内容嵌入线上学习平台，促进学生树立正确的价值观，进行潜移默化的涵养，如上文中提及的老一辈科学家建设我国半导体的艰辛历程，通过设置视频任务，学生观看视频后写下观看感受，对我国的半导体发展有更深入的了解。

2.设计翻转课堂，学生在课下进行学习，在课上进行知识的讨论与延伸思考。例如，在讲授MOS结构的相关内容时，设计思考点：器件尺寸持续微缩会造成的问题及所引入的技术革新，开阔学生的思维，并结合科研实例，使学生对知识技术在半导体行业的发展有清晰的体会，提高学生的创新能力。

四、课程建设成效

目前，学生的学习热情大幅提高，在课堂教学中能认真参与课程的讨论，并积极表达自己的想法，专注聆听教师讲课。在课堂讲授中持续融入思政教育，充分调动了学生对学习本专业的热情，增强了学生对自身专业的认同感，并能够积极投入半导体行业的建设。“半导体物理学”课程作为多数学校的考研课程，学生继续深造率逐年提高，从2018年的51%上升到2022年的80%，这体现了学生对我国半导体事业建设的支持和决心。本科学生积极参加各种科技竞赛，取得了较好的成绩，其中国家级奖项20余项，表现出了极大的创造力。