微電子平面工藝教學改革研究

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［摘要］電子信息技術高度發達的今天，高等教育應力求整合多種形式的教學資源，積極促進現代信息技術與課程相整合，探索新的教學模式，培養滿足社會市場需要的具有創新意識和實踐能力的高水平人才。針對當前高校微電子平面工藝課程教學中存在的問題，提煉信息化教育資源，改革傳統的課程教學模式，增加學生綜合素質訓練，改進考評機制，有效地將理論學習和實驗、實踐有機結合，培養一批熟知先進微電子工藝，具有一定工藝設計、分析以及解決實際工藝問題能力的應用創新型人才。

［關鍵詞］微電子專業；微平面工藝；教學模式

對于應用型本科專業來說,人才培養的主要目的取決于市場,即面向行業和產業的要求,取決于整個社會和企業具體崗位對人才的基礎知識、辦事能力、綜合素質的具體需要。因此，應以培養綜合應用能力為主線來設計學生的知識、能力與素質結構和課程培養方案,構建一套完整的人才培養課程體系。完善的課程體系還需要與教師靈活的教學手段相結合。傳統的教學手段以灌輸為主，學生學習缺乏積極性，而教師疲于備課，事倍功半。雖然近十年來，各大高等院校都在積極地探索各種教學改革模式，但大多并沒有進行可持續的推廣和改進。因此，真正從本質上轉變觀念，改革微電子專業課程的教學方式，是構建新模式的核心所在。早在21世紀初，電子信息產業已超過汽車工業，成為世界第一大產業。因此，微電子技術被認為是21世紀發展最為活躍、技術水平增長最快的高新科技。微電子技術是信息產業的基礎和支柱，其研究的核心問題是如何實現將數目龐大的晶體管同時集成在一個微型芯片上，即完成集成電路的設計和制造。微電子工藝課程主要為學生介紹微電子器件和集成電路制造的相關技術和工藝流程，其中最為重要的是半導體平面加工技術，該技術的基本原理、工藝技術方法和技術特點均體現了微電子芯片制作的核心內涵。微電子平面工藝是當前高校微電子專業的一門專業核心課程，其課程建設思想是使學生了解并掌握半導體器件和半導體集成電路制造工藝及原理、工藝流程、主要設備性能、檢測方法及其發展趨勢。在學生完成了固體物理、半導體物理、半導體器件原理和半導體集成電路等理論課程的學習后，已經具備了一定的專業理論基礎，對以硅平面工藝為代表的半導體表面制作過程有了較為全面的了解。因此，在微電子平面工藝實驗課程上，不僅要培養學生在實驗技能上的基本素養，熟練使用各種測試儀器，加深學生對器件電學、工藝、結構參數的理解，更應注重對學生分析和解決實際問題能力的培養。從當前整體的社會形勢可以看出，高等教育要培養出具有創新意識和實踐能力的高水平人才，就必須綜合多種形式的教學資源，積極促進現代信息技術與課程相整合，從根本上改革傳統陳舊的課程教學模式，力爭做到教學、實踐與科研三者有機結合起來。同時,探索新的、信息化的教學模式，培養一批熟知先進電子信息技術，具有一定微電子工藝設計、制造基礎和解決實際問題能力的復合型微電子技術人才。本次教學改革將突出微電子科學與工程專業新型器件加工方向的特色,對傳統實驗進行改進,增加探索性實驗，鼓勵學生自主學習，主動參與,從而提高他們的專業興趣，增強他們的專業素質，培養他們的創新能力。

一、微電子平面工藝課程存在的問題

當前微電子平面工藝課程教學和實驗過程中仍存在不少問題，教學效果不佳，主要體現在：教材陳舊，已經不適應現階段工藝新技術的發展與實踐教學的要求；教學內容較多，在學時短、信息量大的情況下，任課教師難以合理安排教學進度；教師的教學方法也較為單一，缺乏多樣性，理論聯系實際尚不夠緊密，不利于學生在課堂上發揮主動性和創造性。而理論學習的不理想又致使學生對于實驗實踐學習積極性不高，很多學生在最為重要的一門專業課上只是通過短時間的考前突擊、填鴨背書的復習方式應付考試。綜上所述，通過對教學內容、授課方式、評價體系等一系列問題的深入反思，發現目前課程教學模式尚不夠合理。因此，探索改革微電子平面工藝的課程和實踐教學，設計發展新的課程教學模式和實驗實踐教學環節是解決問題的關鍵。

二、混合式立體化教學模式的理論基礎

從教學方法來分析,像微電子平面工藝這樣一個涉及多學科融合、綜合性較強的微精細加工過程只通過板書授課難以表達清楚，并且這種傳統的教學模式勢必達不到本門課程理想的教學效果。因而，教學方法的改革同樣是教學改革的重要任務。我們基于對“松綁教育”與“整合教學”理論的深入分析和綜合理解，制訂培養微電子專業應用創新型人才目標，嘗試性的提出把混合式立體化教學模式作為微電子平面工藝課程教學改革的切入口，探索在新模式下課程和實驗教學的改革方法。“松綁教育”是20世紀60年代末保羅•法雷爾在其專著《被壓迫者教育學》中首先提出的概念。所謂“松綁教育”，即應該是一個解開束縛的教育過程，特別是針對課堂教學，應該是由師生共同參與的，一個互動、雙向的知識傳播過程，而不應該是照本宣科的、單一指向的知識講授過程[1]。這里認為，學生在認知過程中的主觀能動性尤為重要，教學環節中不應該設有絕對的“教”和“學”的角色，理想的教學過程是由教師和學生共同參與的一個具有互動性質的認知過程。教學過程屬于雙向的信息傳播，它不單只是知識的傳授。因此，“松綁教育”是非壓迫性的，以解除學生內在和外在束縛為目標的教育。“整合教學”是隨著網絡技術應用在教學中發展起來的，目的在于綜合地運用各種信息傳播技術、先進的教育模式和教學方法，適應學生多元化需求，有效促進學生學習的主觀能動性[2]。上述兩種教學理論對微電子平面工藝課程教學改革的啟示在于：以學生為主體，倡導學生自主學習，避免填鴨式的學習方法；制訂合理的教育目標，應以發展學生思維創新和提高應用能力的培養為依托。因此，當我們以“松綁教育”與“整合教學”理論為指導來構建新的課程教學模式時，應考慮由教師調動學生的主觀能動性，培養學生創造性和解決問題的能力，其宗旨就是要消除環境因素對學生造成的壓迫，在教學環節中努力探索更具活力的師生互動過程。

三、基于微電子平面工藝課程的混合式立體化教學模式的構建

人才培養的最終目的是為社會經濟發展服務，因此人才培養必須要能夠滿足社會經濟發展的要求，而專業人才的培養則主要通過專業課程的教學和實踐來實現。結合當前對微電子專業的人才的培養目標和市場需要，構建混合式立體化教學模式，將學習理論、教學方式、評價機制三個層面混合立體化，有機結合，力求學生達到良好的學習效果，使人才培養符合社會需求。（一）學習理論的混合式立體化。混合式學習理論是目前教育界及企業培訓界研究的熱點問題，其主要集中在:混合式學習的理論基礎、混合式學習教學應用模式、混合式學習內容與要素、混合式學習課程設計、混合式學習影響因素等[3]。在理論研究方面，美國國家信息技術研究所的教學設計專家Pumi－maValiathan提出了三種混合式學習模式:技能驅動型模式、態度驅動型模式、能力驅動型模式[4]，對現代媒體技術特別是互聯網對學生的學習興趣和學習態度產生了巨大的影響。因此，尋求運用現代教育技術提高微電子平面工藝課程的教學效益,建立師生學習交流平臺，了解學生對于網絡教學、實踐教學與傳統教學相結合這一方式的學習效果,是促進學生有效學習的途徑和方法。混合式學習意味著學習過程可以是基于網頁技術的結合，鼓勵學生將工藝流程以及所涉及的物理、微電子基礎理論制作成動畫，通過網絡進行學生間的討論互動，以形成良好的學習氛圍和學習效果。（二）教學方式的混合式立體化。理想的教學方式應達到對學生實施由基礎到前沿、由傳授知識到培養能力的訓練過程，應根據課程內容、實際的教學運行情況來合理地選擇理論授課內容，應依照課程在實驗環節的投放力度合理調整實驗教學內容，應增加提供給學生自主創新的實驗項目或模擬設計,應充實應用開拓型實驗項目和校外實習訓練,加強學生動手實驗實踐能力和科研創新能力的培養。為研究我校微電子平面工藝課程教學情況，研究人員通過問卷調查和與學生交流的形式進行分析，發現主要問題都集中在：工藝課程較為枯燥，學生學習興趣欠缺；課程信息量大、知識面廣，學生一旦未理解清楚容易造成填鴨式學習；實驗課程和理論課程開展時間不匹配，影響系統學習效果。同時，加強授課教師和實驗指導教師隊伍建設也是一個不容忽視的問題。特別是微電子平面工藝的實驗與實踐教學具有較強的現場操作性的特點,要求指導老師不但需要具有系統的理論教學知識,還需熟練掌握本課程的實際生產加工情況,具備較強的實踐操作和講解能力。基于上述所存在的問題，將從課堂教學、網絡教學和實踐教學三個方面,對微電子平面工藝課程進行混合式立體化教學模式與資源設計。構建混合式立體化教學模式,將傳統教學模式和現代教育技術融合于一體，主要體現在各個教學實施環節。利用互聯網實時通信工具建立網絡教學課堂，引導學生自主學習，并將涉及本課程的電子參考書、電子講義、課程PPT、相關文獻等資料上傳至網絡課堂，充分實現教學資源共享化，建立輔導答疑系統，實現師生交流互動[5]。針對本課程知識點多，工藝流程復雜的特點，組織學生課后利用圖形可視化設計軟件制作工藝動畫，并結合Silvaco器件仿真軟件，對每節課所學工藝進行模擬仿真，以加深對課堂的理解。將課堂教學與實驗、實踐教學有機結合，充分發揮各課程優勢，引導學生理解理論知識并培養他們解決實際問題的能力，在實驗訓練中熟悉工藝過程，掌握操作技能。積極加強與企業進行溝通聯系,建立可靠的微電子專業學生校外實習基地,為學生提供良好的實踐能力、創新能力、可持續發展能力培養的實踐訓練平臺，使學生既可以接觸到實際的電子產品生產加工工藝的流程,又可以進一步熟悉、掌握理論課程中學習的專業知識和操作技能。還可以根據學生就業趨勢和行業需求的變化,適時調整實驗實踐項目，篩選典型的實驗項目案例擴充到實踐教學環節。本課程涉及的半導體平面工藝主要包括:氧化、光刻、擴散、蒸鋁、反刻、劃片、裝架、燒結、封裝。本專業實驗室基本具備上述工藝所需的氧化擴散爐、光刻機、真空蒸鍍機等配套設備。實驗具體過程中指導教師結合制作的工藝流程演示動畫與實際操作為學生講解，采取分組式學習，盡量使每名學生都能夠參與實際操作，系統了解各工藝環節。這樣，既培養了學生的動手實踐能力，又不斷更新完善了實驗教學培養體系。同時，在與企業的交流合作中,構建具有特色的專業實踐平臺,突出我校微電子專業致力于服務我國電子行業，為其廣輸人才的特色。（三）評價機制的混合式立體化。根據學生對理論知識的學習情況、模擬仿真的輸出結果以及實驗課程的表現，建立一套綜合測評體系。不同于傳統考試評價的“平時成績+期末成績”，新的評價系統可以反映學生對本門課程的真實學習情況。基本理論知識的掌握程度通過期末試卷的成績體現，而更為重要的是本課程綜合素質考查要通過器件仿真結果和實驗操作能力體現。這一過程弱化了一紙試卷的量化指標，更強調綜合能力運用。這看似加大了課程的學習難度，但是通過混合式立體化的學習模式，學生獲取知識的途徑更加多樣、靈活，學習資料也更加新穎、豐富，交流互動渠道更加廣闊、形式更加輕松。這使得學生在這一學習過程中可以獲得更高的自由度和更好的學習體驗，主要體現在：1.學生的學習興趣和學習的主動性得到了充分的提高。2.學生的學習環境更加寬松，學習氛圍更加濃厚，有效提高了團隊合作精神。3.提高了學生的動手能力和信息技術綜合運用能力；建立了學生自主學習的環境，有效激發了學生的創新意識。4.適當地減輕了教師的工作量，使教師有精力合理分配教學和科研時間。

四、結語

現代信息技術的發展,帶來了傳統教學理念、模式、方法與手段的深刻改變，有效地將圖片、音頻、視頻、網絡等多媒體資源相融合，與傳統教學有機結合的混合立體化教學已成為當代教學發展的必然趨勢。本研究在混合式學習和立體化教學的研究基礎上,針對微電子平面工藝課程的教學特點,從課堂教學、網絡教學和實踐教學三個立體面展開研究,彌補以往理論與實踐聯系不緊密、學生學習效果不佳的問題。該混合式立體化教學模式的實施給學生提供了一個自由、便利的學習環境，其先進的課程教學方法更有助于學生學習效率的提高。學生能力的形成和素質的培養是一個循序漸進的發展過程，應盡量滿足學生不斷獲取知識、進行能力積累的需求。這一創新模式的嘗試為微電子專業系列課程的開展與改革做了探索,為培養微電子專業應用創新型人才提供了強有力的支持。

［參考文獻］

［1］李克東,趙建華.混合學習的原理與應用模式［J］.電化教育研究,2004（7）:1-6.

［2］余勝泉,路秋麗,陳聲健.高等學校網絡環境下的混合式教學［J］.大學教學,2005（11）:28-31.

［3］南國農,李運林,祝智庭.信息化教育概論［M］.北京:高等教育出版社,2005：51-60.

［4］何克抗.從BlendingLearning看教育技術理論的新發展（上）［J］.中國電化教育,2004（3）:5-10.

［5］黃榮懷,張進寶,董艷.論網絡教學過程的四個關鍵環節［J］.中國電化教育,2003（1）:61-64.

作者:王姝 單位:哈爾濱理工大學理學院