“五元聯(lián)動、全程貫通”課程思政模式在半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)中的教學(xué)探索課題論文開題結(jié)題中期報告（經(jīng)驗交流）

1、“五元聯(lián)動、全程貫通”課程思政模式在半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)中的教學(xué)探索課題論文開題結(jié)題中期報告（經(jīng)驗交流） 摘 要 以暨南大學(xué)微電子學(xué)院“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程思政的教學(xué)改革為契機，基于課程的內(nèi)在特點和“五元聯(lián)動、全程貫通” 課程思政模式，以課程目標(biāo)為驅(qū)動，通過對思政元素的多維度挖掘并貫通于教學(xué)全過程，為課程思政的教學(xué)提供了潤物無聲的融入和實施方案，推進(jìn)“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程“立德樹人”育人目標(biāo)的實現(xiàn)。 關(guān) 鍵 詞 課程思政;半導(dǎo)體器件;思政元素;立德樹人 2096-0603（2022）03-0076-03 一、引言 集成電路芯片等高科技技術(shù)對國家戰(zhàn)略、經(jīng)濟和民眾生活具有重要性。目前，微電子技術(shù)、半導(dǎo)體

2、技術(shù)及集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)成為國家重點戰(zhàn)略?！鞍雽?dǎo)體器件基礎(chǔ)”作為微電子技術(shù)類專業(yè)本科生核心的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)內(nèi)容涉及半導(dǎo)體器件的科學(xué)與技術(shù)研究的諸多領(lǐng)域，蘊藏著豐富的、具有課程自身特色的思政教育元素。本課程的思政教育除了貫徹課程思政的一般規(guī)律外，還必須深度融合微電子技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。在教育部積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)的背景下，半導(dǎo)體技術(shù)人才培養(yǎng)的本質(zhì)在于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此，課程思政應(yīng)重點從“新”出發(fā)，把正確價值觀融于新工科創(chuàng)新人才的知識、能力、情感目標(biāo)的培養(yǎng)之中，優(yōu)化課程思政內(nèi)容安排，形成思政教育全程貫通、教學(xué)元素多維聯(lián)動的有機教學(xué)體系。 本文基于“知識傳授與價值引領(lǐng)相結(jié)合”1的教學(xué)理念，

3、在已有的教學(xué)積累和研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程的教學(xué)目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)評價等方面全程尋找多維思政教學(xué)元素的融入點，整理并總結(jié)了適合課程自身規(guī)律和特點的思政教學(xué)實施方案，解決了課程思政的難點問題，育人成效有了明顯的提高?；凇拔逶?lián)動、全程貫通”的方案凸顯課程特色，可推廣至其他類似的工科專業(yè)課程。 二、“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程思政的實施 （一）課程思政的實施模式及其體系 以習(xí)近平總書記強調(diào)的“立德樹人”為引領(lǐng)2，本課程構(gòu)建和實踐的課程思政融入模式及其實施體系挖掘與課程專業(yè)教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的家國、工程、協(xié)作、創(chuàng)新和人文五個維度的思政元素，有機地融入課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教

4、學(xué)方法和教學(xué)評價等教學(xué)全流程的各個環(huán)節(jié)與時空，以“五元聯(lián)動、全程貫通”模式在思政的價值熏陶與專業(yè)的知識傳授之間產(chǎn)生潤物無聲的育人成效。 （二）思政元素的“五元聯(lián)動” 課堂教學(xué)是高校培養(yǎng)人才的重要途徑。教學(xué)過程既要進(jìn)行知識傳授，又要與價值引領(lǐng)相結(jié)合1，3。通過充分實踐和挖掘，本教學(xué)團隊為“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程的教學(xué)建造了五維聯(lián)動的思政教育元素及其教學(xué)資源。 1.家國情懷，使命擔(dān)當(dāng) 微電子技術(shù)和集成電路在國家戰(zhàn)略中占據(jù)重要地位。我國在某些半導(dǎo)體器件的研究領(lǐng)域取得了突出的成果，一代又一代的科學(xué)家和工程師為我國半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路發(fā)展做出了努力。例如，黃昆院士在1951年英國留學(xué)后，懷著振興中華、報效

5、祖國的殷切心情，放棄國外優(yōu)越的生活條件，回到祖國擔(dān)任北京大學(xué)物理系教授，創(chuàng)建了中國第一個半導(dǎo)體物理專業(yè)，為半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了第一批人才。黃昆先生被稱為中國半導(dǎo)體一代宗師，使中國半導(dǎo)體事業(yè)從無到有，并發(fā)展壯大。類似的中國半導(dǎo)體技術(shù)科學(xué)家、教育家的故事還有很多，他們堅定的信仰、愛國奮進(jìn)的精神總能讓學(xué)生終身受益。又如現(xiàn)代，華為海思的眾多工程師夜以繼日攻堅克難，自主創(chuàng)新研發(fā)了基于最新5 nm工藝制程的麒麟系列手機芯片，使我國集成電路設(shè)計領(lǐng)域追上先進(jìn)國家的技術(shù)。暨南大學(xué)微電子學(xué)院有多位畢業(yè)生在華為公司工作并參與了這些項目的研發(fā)，我們邀請他們回校跟學(xué)生分享他們工作的經(jīng)歷和感想，使學(xué)生更容易產(chǎn)生情感認(rèn)同和

6、共鳴，筑牢科技報國的信念。 2.工程倫理，服務(wù)社會 在信息化社會中，工程倫理指引人們從倫理角度審視科學(xué)技術(shù)運用于工程實踐時對社會的影響4。當(dāng)今信息化社會呈現(xiàn)出信息傳播與更新速度快、影響范圍廣、開放性強、復(fù)雜多樣等特點。因此，面對這些挑戰(zhàn)性，在課堂教學(xué)中需要針對性地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，為他們今后面對工程倫理相關(guān)問題時能作出對社會有利的判斷。以典型的電子信息領(lǐng)域違反工程倫理的例子為引導(dǎo)，以小組討論等形式激發(fā)學(xué)生從多個角度分析專業(yè)倫理對社會產(chǎn)生的影響，從而養(yǎng)成“讓科技更好地服務(wù)社會”的專業(yè)倫理。此外，通過分享學(xué)生在科技下鄉(xiāng)、社會調(diào)查、志愿服務(wù)等活動中的感想，進(jìn)一步深化科學(xué)與倫理的統(tǒng)一。 3.交叉融合，合作

7、共贏 目前，新興交叉領(lǐng)域的科技創(chuàng)新層出不窮，如人工智能、生物醫(yī)學(xué)電子、物聯(lián)網(wǎng)等。這些創(chuàng)新都凸顯未來需要更多具備不同學(xué)科背景、來自不同研究領(lǐng)域的從業(yè)者進(jìn)行合作交流，共同對話碰撞產(chǎn)生創(chuàng)新的火花。例如，在“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程中，最基本、最重要的半導(dǎo)體器件雙極型晶體管，是由貝爾實驗室的三位科學(xué)家共同發(fā)明的，他們?nèi)艘惨虼双@得諾貝爾物理學(xué)獎。其中肖克利和巴丁都是理論物理學(xué)家，而布拉頓則是實驗物理學(xué)家。起初的工作基于肖克利偏愛的金屬半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在多次嘗試失敗之后，巴丁認(rèn)識到半導(dǎo)體的表面缺陷有著非常不利的影響，必須找到“鈍化”表面（消除缺陷）的方法。經(jīng)過這三個人的緊密合作，在短短幾個月時間里，他們?nèi)〉昧酥?/p>

8、大的進(jìn)展，終于實現(xiàn)了第一個半導(dǎo)體晶體管，并通過實驗的方法證明這是一個很有用的電子器件，從而開啟了信息時代。2021年，暨南大學(xué)微電子學(xué)院四名本科生聯(lián)合醫(yī)學(xué)院學(xué)子合作完成的“基于拉力傳感器的智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)”，該項目在第十六屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽上獲得特等獎。這些例子和成績都體現(xiàn)了交叉合作在未來社會中呈現(xiàn)出越來越重要的作用。 4.崇尚創(chuàng)新，批判思維 創(chuàng)新精神無疑是思政教育中最核心的元素之一。針對“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程和工科專業(yè)的特點，創(chuàng)新精神必須與工匠精神、批判思維和全球視野相融合。半導(dǎo)體晶體管與集成電路的發(fā)明都發(fā)生在美國，硅谷為芯片創(chuàng)新提供了肥沃的土壤。有人歸納硅谷精神包括

9、叛逆精神、寬容失敗、追求卓越等。其中，仙童半導(dǎo)體公司的八位創(chuàng)始人被晶體管發(fā)明者肖克利稱為“八叛徒”。在批判思維文化的引領(lǐng)下，他們敢于挑戰(zhàn)傳統(tǒng)和權(quán)威，使仙童半導(dǎo)體公司成為當(dāng)時世界上最大、最富創(chuàng)新精神和最令人振奮的半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)。后來，肖克利不得不改稱他們?yōu)椤鞍颂觳拧?。硅谷的?chuàng)造力和創(chuàng)新力令世人驚訝，世界上許多國家和地區(qū)都想模仿與復(fù)制，但都沒有成功。創(chuàng)新是進(jìn)行時，更是將來時，我們深刻總結(jié)與吸收世界各國的歷史與經(jīng)驗，同時也需要跟隨時代的發(fā)展，與時俱進(jìn)。需要給學(xué)生指出，目前我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)先進(jìn)國家相比還有比較大的差距，特別是在制造和裝備領(lǐng)域。解決這些“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)問題，需要啟迪學(xué)生擁有探

10、究工程及科學(xué)奧妙的好奇心，使其善于質(zhì)疑辨析，攻堅克難。 5.提升人文素養(yǎng)，強健心理素質(zhì) 傳統(tǒng)的工科專業(yè)課程教學(xué)中，通常重視科學(xué)知識的傳授，而忽視人文素養(yǎng)的發(fā)掘，學(xué)生容易把專業(yè)知識看作單純的工具，而忽略其與人文、哲學(xué)的融合。在“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”的知識點中，很多體現(xiàn)著哲學(xué)的“矛盾論”“折中論”等。例如MOSFET器件的表面勢計算中，表面勢與柵壓之間關(guān)系是用隱含方程表述的。表面勢的精確求解必須采用數(shù)值迭代的方法，但是這樣消耗很多計算時間，特別在EDA工具的電路仿真中將是無法承受的。計算時間和準(zhǔn)確計算成為矛盾關(guān)系，如何在兩者之間達(dá)到平衡，實現(xiàn)高效計算一直是半導(dǎo)體器件模型領(lǐng)域需要解決的關(guān)鍵問題。延伸至其

11、他工程問題，乃至日常生活，很多問題的解決沒有完美方案，需要根據(jù)不同條件、不同的應(yīng)用場景等采用不同的擇優(yōu)方案，優(yōu)先解決主要矛盾。在我們社會中，所有的事物都不是非黑即白，我們要綜合分析，清晰判斷。 （三）課程思政在教學(xué)實施中的“全程貫通” 強調(diào)以立德樹人為根本目標(biāo)的“五元”思政元素將有機地滲透到整個教學(xué)實施過程中的核心環(huán)節(jié)和空間中，并加以完善，全過程推進(jìn)。 1.課程教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定 在工科專業(yè)課程中有效地融入思政教育，首先需要思考“培養(yǎng)什么樣的人”5。為此，我們課程教學(xué)團隊從知識、能力和情感三個方面設(shè)定“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”課程的教學(xué)目標(biāo)。以課程目標(biāo)為驅(qū)動，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評價等方面全程實施本

12、課程的思政教育。 在知識目標(biāo)中，設(shè)置了基礎(chǔ)知識目標(biāo)和進(jìn)階知識目標(biāo)，共同支撐能力目標(biāo)的實現(xiàn)。基礎(chǔ)知識目標(biāo)強調(diào)學(xué)生必須掌握半導(dǎo)體器件物理的基本概念、基本工作原理、基本物理分析方法等，即包含“是什么”和“為什么”的知識;進(jìn)階知識目標(biāo)強調(diào)利用基礎(chǔ)知識進(jìn)行拓展與綜合，掌握設(shè)計新型半導(dǎo)體器件的科學(xué)方法和技術(shù)手段，并在形成對微納器件學(xué)科前沿問題的定性理解與定量分析的基礎(chǔ)上，建立并提升學(xué)生對課程知識體系的認(rèn)知。 在能力目標(biāo)中，培養(yǎng)學(xué)生能夠解決半導(dǎo)體器件領(lǐng)域中較為復(fù)雜的工程應(yīng)用問題，并形成半導(dǎo)體器件物理分析能力、半導(dǎo)體器件模型計算能力、半導(dǎo)體器件應(yīng)用能力和半導(dǎo)體器件設(shè)計能力這四種專業(yè)能力。 在情感目標(biāo)中，通過在

13、課前、課中和課后的線上線下學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對半導(dǎo)體器件科學(xué)與技術(shù)的好奇心，鼓勵學(xué)生直面富有挑戰(zhàn)性的“卡脖子”問題和勇攀科學(xué)高峰的創(chuàng)新精神，增強學(xué)生以科學(xué)服務(wù)社會，助力國家發(fā)展的使命擔(dān)當(dāng)。 2.教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化 本課程堅持基礎(chǔ)性與挑戰(zhàn)性并存，課程內(nèi)容設(shè)置具有基礎(chǔ)性、多樣性、層次性。具體地，遵循模塊化集成教學(xué)思想，把課程內(nèi)容分為四大教學(xué)模塊：基本半導(dǎo)體物理知識模塊、傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件模塊、新型半導(dǎo)體器件模塊和虛擬仿真模塊。“五元”課堂思政內(nèi)容適宜短小精煉，恰到好處地把握融入時機，而不是灌輸式“說教”，喧賓奪主。課堂顯現(xiàn)的思政元素應(yīng)精心設(shè)計，豐富多彩，小而精，與年青大學(xué)生的心態(tài)保持一致。半導(dǎo)體與微電子技術(shù)反

14、映科技前沿和時代特征，根據(jù)“半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)”的課程特點，思政元素中創(chuàng)新精神、工匠精神、責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)确矫娓菀妆煌怀龊捅粚W(xué)生接納與認(rèn)可。 3.教學(xué)方法的創(chuàng)新 為了有效走出上述提到的課程思政實施困境，教學(xué)過程中需要充分結(jié)合網(wǎng)絡(luò)資源、校外實踐平臺、混合式教學(xué)、虛擬仿真實驗教學(xué)等多樣化平臺與智慧教學(xué)，令信息化教學(xué)承擔(dān)部分知識點的教學(xué)及學(xué)生自主的學(xué)習(xí)，而課堂教學(xué)更側(cè)重于知識點串聯(lián)、綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)及研討等功能。借此一方面增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，滿足學(xué)生的提升與個性化發(fā)展，另一方面教師可以重新將思政元素有機地融入課程目標(biāo)、知識點設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容等中，進(jìn)一步增強課程思政的系統(tǒng)性和整體性。 本課程團隊的教師在課

15、外積極鼓勵本科生參與半導(dǎo)體器件實驗室的科研工作，有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，有多位本科生以第一作者在國際權(quán)威期刊（如界面領(lǐng)域的國際Top期刊ACS Applied Materials & Interfaces等）上發(fā)表太陽電池方面科研論文。另外，課程團隊的教師指導(dǎo)了多名本科生獲得“挑戰(zhàn)杯”競賽等學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽的立項。通過激發(fā)學(xué)生參加這些課外活動，全面鍛煉學(xué)生的工程、合作、創(chuàng)新等能力。 4.多維教學(xué)評價的建立 課程思政目標(biāo)的達(dá)成離不開評價體系的健全。課程考核評價從傳統(tǒng)的以卷面成績?yōu)橹鬓D(zhuǎn)向注重學(xué)生綜合能力的考查。因此，本課程組建立的多維評價系統(tǒng)，從時間上可分成平時（包括課前、課中和課后）、期中、期末三個階段。在平時和期中，著重考查學(xué)生對線上、線下思政內(nèi)容的學(xué)習(xí)積極性、參與度及互動、完成質(zhì)量等，通過學(xué)生自評與互評和教師評價的綜合，發(fā)揮學(xué)生在評價過程中的主體作用，達(dá)到過程化和個性化相結(jié)合的效果;在期末評價中，設(shè)置綜合能力考查項目，同時融入思政育人元素，重點