“半导体光学”产教融合课程设计与教学实践探索

［摘 要］ 产教融合是产业与教育的深度合作，是高等院校提高人才培养质量的必然选择。以研究生“半导体光学”课程为切入点，开展产教融合课程设计与教学实践探索，将光电信息产业需求与半导体光学教学目标相结合。通过模块化课程设计、引入行业专家和实践基地建设丰富课程内涵，并在教学实践中探索采用翻转课堂、小组项目制、多元化评估与反馈等方法提升研究生的理论水平和实践能力，增强其就业竞争力，以满足光电信息产业发展的人才需求。

［关键词］ 产教融合；半导体光学；课程设计；教学实践；研究生教学

［基金项目］ 2022年度江苏省高校“高质量公共课教学改革研究”专项课题“船海类行业特色高校大学物理课程资源建设与研究”（2022JDKT121）；2024—2026年国家自然科学基金——青年基金项目“基于层间激子库伦作用调控的二维WS2/WSe2异质结超快时空动力学研究”（62305135）

［作者简介］ 边 昂（1989—），男，辽宁辽阳人，博士，江苏科技大学理学院讲师，硕士生导师，主要从事光学工程、低维半导体材料光谱学研究；戴 俊（1981—），男，江苏扬州人，博士，江苏科技大学理学院教授，博士生导师（通信作者），主要从事大学物理、半导体物理研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）52-0096-05 ［收稿日期］ 2024-08-01

产教融合是近年来高等教育中一个非常热门的概念，指的是产业界与教育机构之间深度合作的一种模式，旨在通过校企合作、产学研一体化等方式，实现教育与产业的无缝对接。这种融合模式强调理论与实践的结合，旨在培养具备实际操作技能和创新思维的高素质人才，满足社会和经济发展对专业人才的需求［1］。产教融合是高等院校提高人才培养质量的必然选择［2-4］。推进产教融合培养人才，要把产教融合、协同育人理念贯穿人才培养全过程，面向产业需求深化教学内容与课程体系改革，以学科前沿、产业和技术最新发展成果更新教学内容；要对接需求，加强产学研协同育人，扩大校企合作科研的溢出效应，从理论、实践、应用三个维度，打造校企联合培养人才的平台，联合开发课程、编写教材，共建专业、实习实训基地和产业学院；要深化产教融合，推动专业学位研究生培养改革，完善与经济社会发展相适应、具有中国特色的专业学位研究生培养新模式；要加强“双师型”教师队伍建设，聘请行业企业的技术与管理专家到高校兼职任教，并作为青年教师的实践实习导师，同时促进企业主动为青年教师提供挂职实习锻炼岗位，增强教师实施产教融合培养人才的实践能力［5-7］。

产教融合课程是产教融合的落脚点，是教育领域中一种创新的教学模式。这种教学设计与实践能够让学生在学习过程中接触最前沿的技术和产业动态，培养其解决实际问题的能力；能激发学生的创新思维，促进高校科研成果的转化应用，加速新技术从实验室到市场的转移；能使高校获得宝贵的行业资源，如企业导师、实训基地、真实项目等。这些资源可以显著提升课程的实践性和实用性，从而提高教育质量和学生满意度。参与产教融合课程的学生有机会在学习期间积累行业经验，了解职场文化和规范，甚至通过实习获得就业机会，这无疑增强了毕业生的就业竞争力［8-10］。本文以“半导体光学”课程为切入点，介绍了研究生“半导体光学”产教融合课程设计与教学实践探索。

一、“半导体光学”产教融合课程建设的必要性

半导体光学作为现代光电科学与技术的核心领域之一，在信息通信、能源、医疗、军事、航天等多个高科技产业中扮演着至关重要的角色。在2000年国际工程科技大会上，著名物理学家丁肇中指出，光与物质相互作用的研究是最早的物理课题之一。半导体中的光学现象研究曾是材料科学的革命性转折点，也开启了原子核物理和原子能时代［11］。随着半导体技术的快速发展，产业界对于具备扎实理论基础与丰富实践经验的高级工程技术人才的需求日益增加。高校需要承担起培养满足产业需要的半导体人才的任务［12］。江苏科技大学作为一所以理工为主的行业特色型大学，以服务国家海洋强国和科技强国战略为己任，强化“船舶、海洋、蚕桑”三大特色，努力建设国内一流的造船大学。我校光电信息工程专业硕士学位授权点紧密结合办学特色与优势，确立了半导体光电子、激光光电子、能源光电子等专业特色培养方向，聚焦半导体光学在海洋智能感知、海底光通信技术、水下成像等领域的应用，培养具有海洋光学特色的半导体光学人才。当前半导体产业正面临技术迭代迅速、市场需求多样化等挑战，企业急需既懂理论又能动手解决问题的复合型半导体人才；在国家层面，半导体产业被视为战略性新兴产业，是国家安全和经济竞争力的关键。“半导体光学”产教融合课程的建设有助于培养国家急需的半导体专业人才，支撑国家重大战略目标的实现。

二、“半导体光学”产教融合课程设计

“半导体光学”产教融合课程设计的目的是在传统单一化的教学模式基础上，采用模块化的课程设计、引入行业专家和实践基地建设来实现产教融合，并在此基础上进行教学实践探索。

（一）模块化课程设计

通过多个模块化的课程改革设计将课程分为理论学习、实验操作、项目实践三个模块，每个模块都有明确的学习目标和评价标准。

1.理论学习模块。本模块旨在为学生打下坚实的理论基础。侧重于在传统的半导体光学的基本原理的学习基础上，增加最新研究进展等内容的讲授与讨论。这部分内容不仅包括对经典半导体光电子理论和重要概念的详细讲解，还将融入当前光电科技领域前沿技术的发展动态和最新科研成果，帮助学生了解学科的发展趋势。课程将通过课程讲授、科研论文阅读和小组讨论等多种形式，促使学生深入思考，培养他们独立分析和解决问题的能力。基于我校物理学和光电信息工程等专业研究生的培养方案，以及半导体光学相关知识的学习要求，重点关注半导体的光与物质相互作用机制及其光谱学分析能力。课程大纲中选用了经典的半导体光学教材《固体光谱学》［4］。教材共包含十个章节，课程设计时根据教学内容和授课计划将其重新划分为四个主要部分：基本光谱学常数和测量方法、半导体基本光学跃迁与发射、复杂体系下半导体光学特征、半导体晶格振动光谱学。通过这四个部分的系统学习，更有助于建立各章节之间的统一与联系，加深学生对知识体系的理解。

2.实验操作模块。学生在科研实验室中通过亲自动手操作、验证实验与探究实验，加深对半导体理论和光谱学现象的理解。本模块设计了多种实验项目，从基础光学实验到复杂的半导体光学器件制作和光谱学测试，涵盖半导体材料的基本制备、半导体吸收光谱、半导体荧光光谱、半导体时间分辨荧光光谱、半导体瞬态吸收光谱、半导体椭圆偏振光谱仪、微驱系统或超低温条件下的半导体光谱测试，以及发光二极管器件和半导体光电探测器件制备和测试，全面覆盖课程的各个知识点。学生将在实验过程中学习如何使用各种实验仪器和设备，掌握标准的实验操作流程和数据分析方法。同时，实验操作模块也注重培养学生的实际动手能力和解决实际问题的能力。通过设置开放性实验题目和项目式实验，包括新型半导体材料独立基本制备与探究等，加入系统全面的控制变量实验组和对比实验组。这种完整的科研实验流程，使学生在实际操作中遇到问题并解决问题。教师将给予个别指导，帮助学生纠正操作中的错误并理解实验现象背后的理论机制。此外，还将组织学生撰写实验报告，进行实验结果的讨论和交流，分析其与理论结果的差异及其来源，提升他们的科学写作和表达能力。通过这种全方位的实验训练，学生不仅能够巩固课堂所学的理论知识，还能提升实验设计与操作技能，为未来的科学研究和就业打下坚实基础。

3.项目实践模块。该模块旨在引导学生主动与光电半导体企业合作，让学生参与到实际的科研或生产项目的合作中，如与光电企业合作开发光电传感器，参与LED照明系统的开发与应用、半导体激光器在通信中的应用等项目，提升解决实际问题的能力。这一模块通过校企合作的方式，使学生能够接触到当前行业中的技术难题和创新项目。学生将在企业导师的指导下，参与上述项目的各个环节，从需求分析、方案设计、实验实施到最终的结果验证，全面了解和体验项目的全过程。在此过程中，学生不仅能够应用所学的理论知识，还能学到许多课堂之外的实际技能，如项目管理、团队合作、问题解决以及沟通协调等。企业导师和校内导师将对学生的项目进展进行共同监督和指导，定期组织项目评审和讨论会，帮助学生及时发现和解决问题。同时，通过与企业工程师和技术人员的交流，学生能够了解行业的发展动态和实际需求，拓宽视野，积累宝贵的实践经验。项目实践模块的设置旨在缩短理论与实际应用之间的距离，培养学生的实践能力和创新能力，使他们在毕业后能够更快地适应和胜任相关工作岗位。

（二）行业专家引入

定期邀请校区所在地及周边城市的半导体行业专家和工程师到校授课。邀请单位包括扬州扬杰电子科技股份有限公司、中节能太阳能科技（镇江）有限公司、泰州中来光电科技有限公司等光电子高新技术企业。专家将分享行业动态、技术趋势和实践经验，以增强课程的实用性和前沿性。通过这些专家讲座，学生可以了解到当前半导体光学领域的最新技术进展和实际应用案例，深入理解理论知识在工业中的具体实现。此外，专家丰富的行业经验和实践技巧能够为学生提供职业发展建议和技能培训，帮助他们更好地规划职业路径。这种直接与行业领袖接触的机会，不仅能激发学生的学习兴趣和创新思维，还能让他们意识到行业对技术和人才的具体需求，进而调整自身学习重心和方向，不断提升自我。专家授课的内容还将融入课程评估体系，通过专题研讨、问题讨论和项目合作等形式，确保学生能够充分吸收和应用所学知识。这种引入行业专家讲座的校企合作的方式，有助于构建一个理论与实践紧密结合的教学体系，培养具有前瞻性思维和实际操作能力的复合型人才。

（三）实践基地建设

学校积极与扬州扬杰电子科技股份有限公司、中节能太阳能科技（镇江）有限公司、泰州中来光电科技有限公司等半导体相关企业建立紧密的合作关系，共建实习实训基地，为学生提供实地操作的机会，增加其实践经验以及增强其就业竞争力。对于我校光电信息工程硕士点，鼓励研究生在读期间参与一定时间的企业实习，尤其对于专业学位硕士研究生的培养，安排派驻企业为期不少于六个月的企业实习。通过在这些基地进行实习和实训，学生可以直接参与到半导体光电子相关企业的日常工作和项目开发中，了解实际生产流程和技术应用。企业将为学生安排具体的实训任务，包括半导体芯片工艺制造、发光LED设计、光伏材料与薄膜制备、光电探测器件生产等项目，使他们在真实环境中应用所学知识，解决实际问题，同时积累工作经验。学校和企业将共同制订实习计划和培训内容，确保学生在实习期间能够系统地学习和掌握半导体制造工艺和发光材料与器件的设计与制备等相关技能。企业导师和学校导师将密切合作，对学生的实习进行全程指导和评估，及时反馈和解决遇到的问题。此外，实训基地还将为学生提供与企业员工交流和学习的机会，使他们了解光电子产业的最新发展趋势和技术创新，提升职业素养和专业能力。这种校企合作模式不仅为学生提供了宝贵的实践平台，也为企业输送了高素质的技术人才，实现了双赢。通过实践基地建设，学生不仅能够将课堂知识转化为实际操作能力，还能提高自身的就业竞争力，更好地适应未来的职业挑战。

三、“半导体光学”产教融合课程教学实践

在上述课程设计的基础上实施了教学实践，教学实践中探索采用翻转课堂、小组项目制、多元化评估与反馈等方法，提高了研究生的理论水平和实践能力。

（一）翻转课堂

通过翻转课堂，将传统的知识传授环节移至课外。在慕课网等线上教学平台上，授课教师提前录制并发布每节理论课或实践课所对应的课程导入的教学视频、部分知识背景课件和思考题目资料。例如，理论学习模块中半导体光物理过程的动画演示，实验操作模块的详细演示视频，项目实践模块中的项目背景资料，均可用于引导学生自主预习。

在翻转课堂的实施过程中，学生需要在课前观看教学视频、查阅相关资料，并完成预习任务。这不仅能够让学生以自己的节奏掌握知识，还可以带着具体问题和思考进入课堂。课堂上，教师通过引导式提问和自由讨论，促进学生之间的互动和思维碰撞，帮助他们深入理解和应用所学知识，从而极大地提高了课堂效率和学生的参与度。教师还可以在实验操作和项目实践之间，设计插入短暂的具体辅助分析环节，如仿真模拟实验和数据建模分析等，这既能够很好地衔接理论学习和具体实验，又能让学生在动手操作的同时，丰富学习维度，提高对实际复杂数据的分析处理能力。如在发光二极管和光伏器件的学习中，还可以增加虚拟仿真的上机实践部分，模拟实验室中难以实现的过程，为后续在企业实训中可能遇到的问题做好充足的准备。同时，通过即时的问题与互动，教师能够及时了解学生的学习情况，针对性地解决他们的疑问和困难。翻转课堂的教学模式，不仅激发了学生学习的主动性和积极性，还培养了他们的自主学习能力和批判性思维，使教学效果得到了显著提升。