“三位一体”教学模式探索与实践

摘  要：随着科技的迅猛发展，半导体材料在集成电路、电子信息、新能源等领域的重要性日益凸显。为提升学生的综合素质和实践能力，该文探讨半导体材料“三位一体”教学模式的探索与实践，包括理论教学及实验实践两方面的融合。在这一模式下，通过系统的理论课程与实际操作相结合，学生不仅掌握半导体材料的基本知识和前沿动态，还能够通过参与项目实践，加深对理论的理解，提升解决实际问题的能力。通过案例分析和实践反馈，验证该模式在培养学生创新能力和解决实际问题能力方面的有效性。对于该教学模式的深入实施，将进一步推动教育与产业的融合，培养出更多适应时代需求的创新型人才。通过将学生的学习与社会需求相结合，提升学生的社会责任感和实践能力，不仅为学生的个人发展奠定基础，也为国家的科技创新和产业发展贡献力量。

关键词：半导体材料；三位一体；交叉学科；教学模式；实践

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2025）11-0124-04

Abstract： With the rapid development of technology， the importance of semiconductor materials in fields such as integrated circuits， electronic information， and new energy is becoming increasingly prominent. To enhance students' comprehensive quality and practical abilities， this paper explores the "Trinity" teaching model for the "Semiconductor Materials" course， including the integration of theoretical teaching and experimental practice. Under this model， by combining systematic theoretical courses with hands-on practice， students not only master the basic knowledge and cutting-edge developments in semiconductor materials but also deepen their understanding of theory and improve their ability to solve practical problems through participation in project-based practices. Through case analysis and practical feedback， the effectiveness of this model in fostering students' innovation capabilities and problem-solving skills is verified. The further implementation of this teaching model will promote the integration of education and industry， cultivating more innovative talents who are adaptable to the needs of the times. By aligning students' learning with societal demands， the model enhances students' sense of social responsibility and practical abilities， laying a foundation for their personal development and contributing to national technological innovation and industrial advancement.

Keywords： Semiconductor Materials; trinity; interdisciplinary; teaching method; practice

集成电路制造业作为信息通信、自动控制、网络技术等众多领域现代化产品的基础，是国家科技水平和综合实力的核心体现。随着人工智能、5G、高性能计算等领域的快速发展，对高端芯片的需求持续增长，集成电路产业正处于高速发展阶段。尤其是在国内推进半导体产业国产替代和信息化、数字化建设的背景下，集成电路相关专业人才需求急剧上升，专业教育也面临着前所未有的挑战[1]。在这样的背景下，培养一批既具深厚理论基础，又具备实践能力的集成电路及微电子领域的专业人才，成为了高等教育中亟待解决的重要任务[2]。

南方科技大学深港微电子学院于2019年1月获批国家示范性微电子学院，作为粤港澳大湾区的创新型学院，致力于培养集成电路领域的高端人才。深港微电子学院汇聚了粤港澳大湾区世界著名高校的优势教学资源，并建有一流的科研平台，微纳工艺研发平台和IC设计与测试平台，聚焦集成电路设计方法学、集成电路设计、集成电路制造与工艺、微纳系统与集成四大研究方向展开教学与科学研究。学院注重融合理论与实践，强调教学内容的前沿性与应用性，努力为半导体行业培养出既具深厚理论基础，又具备实践操作能力的人才[3]。

半导体材料是深港微电子学院微电子科学与工程专业开设的一门专业限选课，旨在系统地介绍典型半导体材料的特性、制备方法及表征技术。本课程的内容涵盖了半导体物理、材料科学、器件原理、材料加工技术和材料表征技术等多个方面。这些内容构成了学生全面理解半导体材料基础的知识框架。同时，该课程还注重培养学生的综合能力，拓宽他们的专业视野，帮助学生了解半导体材料领域的国际前沿研究成果和发展趋势，为未来的学术研究和产业实践奠定基础。通过课程的学习，学生能够扎实掌握半导体理论基础，培养探索精神和创新意识，树立严谨的科研态度。这为学生在科研理论领域的进一步发展奠定了坚实的基础，同时也为他们将来投身国家半导体行业提供了有力保障[4]。

一  课程教学现状

传统教学模式往往侧重于理论知识的传授，忽视与实际应用的结合，这导致学生在毕业后往往难以适应行业快速发展的需求。传统的教学模式在实践环节上的短板，特别是在集成电路制造和半导体材料领域，亟待进行改革[5]。在半导体材料教学中，尽管学生在前期已经修习了多门与材料相关的实验课程，少数学生也参与过科研训练，但在实践层面上，他们对材料制备方法及相关设备的了解仍显不足，尤其是在分析和解决实际问题的能力方面存在一定的差距。与此同时，课程中的材料制备与表征部分涉及的知识与实际应用紧密相连，但由于学生缺乏对设备及工艺的深刻理解，许多内容对于他们来说显得遥不可及，难以消化。实践教学作为辅助半导体材料课堂教学的重要手段，能够帮助学生直观地理解材料及器件的制备流程和工艺技术。然而，半导体材料的制造一般需要在洁净环境下进行，这使得学生很难进入企业的生产核心区域，深入了解生产工艺流程。加之相关企业的标准化管理流程限制了学生实践机会，实践教学资源的匮乏在某种程度上影响了教学效果。因此，探索一种将课堂教学与实习实践相融合的教学模式显得尤为重要[6]。

二  三位一体教学模式的改革与实践

针对该课程的教学现状与存在的问题，作者结合教学目标和任务、课程内容性质以及授课对象的特点，结合自己多年的教学经验，提出并构建了“上课学生—学生助教—教师团队”三方协同的理论课教学模式，以及“学生团队—责任教师—项目导师”共同参与的实验课教学模式。在课程设计中，始终坚持学生为主体、教师为主导、以人为本的教学理念，并将研究性学习有效融入教学过程中。通过课堂讲授、课堂讨论以及课外拓展学习的有机结合，鼓励学生创新思维，激励他们自主设计实验方案。此举不仅充分体现了素质教育和个性化教育的现代教育理念，还构建了一个以学习者为中心、以学生自主实践活动为基础的动态开放式教学体系。在课堂教学中，结合国内外半导体材料研究发展的最新趋势，加深学生对理论知识的理解与掌握。同时，通过将课外的科技创新实践活动与课程中的实践教学环节相结合，组织并指导有兴趣的学生参与大学生创新创业比赛等活动，进一步激发学生的学习兴趣，增强他们对课程内容的理解与应用能力。通过这样的教学安排，学生能够更好地掌握如何运用所学知识分析和解决实际问题，提升创新实践能力。通过这些探索，旨在为半导体材料课程的教学改革提供新的思路和方法，推动教育创新与发展。期望在未来，能够进一步深化教育与行业的融合，提升学生的综合素质和实践能力，以更好地应对快速发展的科技前沿和日益变化的行业需求。

（一）  优化理论课教学模式

理论教学是半导体材料课程的基石，是学生掌握半导体领域基础知识和发展方向的重要途径。理论教学的目标不仅仅是传授知识，更在于提升学生的批判性思维和解决问题的能力[7]。通过精心设计的课程内容，学生不仅能理解半导体材料的基本概念、性质及应用，还能掌握与半导体行业相关的核心技术。在课堂教学过程中，课堂讲解和学生自主学习的结合成为核心。为此，建立了“上课学生—学生助教—教师团队”三位一体的学习共同体，旨在通过多方参与和互动，提高学生的学习主动性和教学质量。该模式通过让学生参与到备课、讲课、研讨、平台交流及学业评价等教学环节中，增强了学生与教师的互动，强化了学生对知识的掌握和理解。高年级学生作为助教，不仅帮助低年级同学解决学习难题，还能够通过教学实践进一步巩固和深化自己的知识，促进了教学资源的合理利用和知识的传承。课堂教学的互动性不仅体现在师生之间，还扩展到了学生之间。通过组织专题讨论和课前知识点回顾等形式，学生能积极参与到知识的消化和深化过程中。这些环节的设置不仅提升了学生的沟通与表达能力，还能帮助他们理解课堂内容与实际问题之间的联系。尤其是在半导体材料领域，这种跨学科的思维训练至关重要。通过引导学生结合现实问题探讨解决方案，激发他们对所学知识的思考，并在实践中验证理论的正确性。与此同时，课程的思政教育内容也在课堂教学中得到了有效融入。教师不仅讲解专业知识，还带领学生了解半导体领域中的重大科研成果和技术突破，展示中国在半导体技术领域的自主创新成就。通过介绍国家级科技奖项、重大技术进展等内容，激发学生的国家认同感和社会责任感。课程鼓励学生关注国家半导体领域的核心技术和“卡脖子”问题，引导他们思考如何通过学术研究和技术创新为国家的科技自主做出贡献。

为顺应新工科发展的需求，课程设计还积极探索信息化教学手段的运用[8]。借助智慧课堂和现代教育技术，推动教学模式的创新。通过引入教学资源库、在线课程平台、电子教材等，使学生能够随时随地接触到最新的教学资源和科研成果。例如，在半导体材料课程的教学中，整合了视频、图表、仿真软件等辅助工具，形成了一个互动性强、信息量大且教学内容丰富多彩的课程体系。这不仅提升了课堂教学效果，使学生能够更直观地理解半导体材料的特性及其在实际应用中的表现，也为其他课程的教学改革提供了示范和借鉴。智慧课堂的优势不仅体现在教学手段的创新上，还体现在学生自主学习能力的培养上。学生可以通过观看视频、参与在线讨论、完成习题练习等多种方式，强化对课堂内容的理解。这种“翻转课堂”模式使学生的学习不再局限于课堂，而是延伸到了课外和实践中。学生可以根据自己的节奏进行学习和复习，提高了学习效率和质量。借助现代教学手段，课堂内容被多元化呈现，极大地提升了学生的学习兴趣和课堂参与度。通过这些技术手段，学生不仅可以掌握抽象的物理原理，还能对复杂的实验现象和技术应用有更加深刻的感知。在教学过程中，教师注重启发式教学与探究式学习相结合，鼓励学生自主发现问题并提出假设，而不是单纯依赖教师的讲解。这种方法促进了学生自主学习能力的提升，同时也提升了学生的创新思维。