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微電子基礎實驗課實踐教學改革研究論文
【摘 要】《微電子器件基礎實驗》是微電子專業(yè)重要的專業(yè)基礎實踐課程，在本專業(yè)的課程體系中具有重要的地位。本文從新形勢下微電子專業(yè)人才培養(yǎng)要求和當前該課程實踐教學中存在的問題出發(fā)，系統(tǒng)化探討了該課程實踐教學改革的改革思路，并在此基礎上提出一套合理有效的改革方案。通過實驗項目優(yōu)化改進、自主式實驗教學模式推進以及引入虛擬仿真新技術(shù)應用于實踐教學三方面對傳統(tǒng)的實驗教學模式進行改革，不僅提高了學生主動學習的積極性，同時也培養(yǎng)和提升其工程素質(zhì)。
關(guān)鍵詞微電子基礎實驗；實驗教學；教學改革；自主式實驗
0 引言
《微電子器件基礎實驗》是微電子專業(yè)重要的專業(yè)基礎實踐課程，其目的是通過實踐過程，使學生掌握基本實驗測試方法，加深對半導體特性原理的理解，理論聯(lián)系實際掌握常用半導體器件的特性及測試方法，為后續(xù)深入的專業(yè)知識及技能學習打下良好的基礎。本課程強調(diào)理論和實踐的統(tǒng)一，通過本課程的實踐教學，學生實際使用和操作常用的半導體器件測試儀器，通過實驗結(jié)果分析加深對半導體特性原理的理解，從而掌握基本實驗測試方法，加強基本應用知識的應用能力。
1 微電子基礎實驗實踐教學現(xiàn)狀
目前實驗室所開設的《微電子器件基礎實驗》教學采用自編實驗指導書，以驗證性實驗結(jié)合設計性實驗的方式開展實踐教學工作。但是由于新形勢下微電子專業(yè)人才培養(yǎng)要求以及電子信息專業(yè)的特點，當前的實踐教學模式存在以下缺點和不足[1]：
（1）傳統(tǒng)教學理念“重理論輕實踐”。當前高校的教學思想仍深受以前精英教育的影響，在形式上還存在“重理論輕實踐”的傾向，沒有將理論知識與實踐知識進行有效的整合。因此，需要大力推進教學方式改革，切實加強實踐教學的重要性。
�。�2）學生的主體地位沒有得到真正體現(xiàn)。教學依然延續(xù)傳統(tǒng)“填鴨式”教學模式，教學過程不僅生硬、呆板，而且限制了學生的思維和創(chuàng)造力。在實踐教學過程中，教師專注于演示和學生重復操作，不能充分調(diào)動學生的積極性和創(chuàng)造力，導致學生實踐經(jīng)歷不夠充分，實踐教學效果不佳。
�。�3）教學內(nèi)容過于陳舊，與科技發(fā)展脫節(jié)。電子信息專業(yè)的技術(shù)更新日新月異，當前行業(yè)發(fā)展對電子信息類專業(yè)畢業(yè)生的專業(yè)知識及技能需求已與過去截然不同。然而當前實踐教學在某些內(nèi)容設置上已落后于技術(shù)的發(fā)展，教學內(nèi)容陳舊過時，實驗儀器及測試方法已不再適用于當前通用的技術(shù)，脫節(jié)于前沿科技的發(fā)展。
�。�4）新形勢下需求加強設計性實驗、開放實驗室的實驗教學改革。隨著教學改革的深入，如何開展好設計性實驗項目以及開放實驗室工作是各大高校實踐教學改革均面臨的問題，主要集中在可行性和實際效果兩方面。
2 微電子基礎實驗實踐教學的改革思路
針對上述研究現(xiàn)狀中存在的問題，在新的教育觀念和技術(shù)條件下，我們必須打破傳統(tǒng)教學模式，在內(nèi)容和形式上進行變革，特別是實踐教學模式改革應該確立“以學生為本”的思想，教學組織圍繞學生的需要進行設置，使學生真正成為實踐教學的活動者和受益者。
本實踐教學改革的核心思路主要包括如下幾點：①在現(xiàn)有條件下對課程實驗項目進行優(yōu)化和改進；②實驗教學方法改進，推行“漸進式、自主式、探索式”實驗教學模式；③針對新形勢下微電子專業(yè)人才培養(yǎng)要求，引入虛擬仿真技術(shù)應用于特定實驗實踐教學中來。通過上述實踐教學體系改革，一方面優(yōu)化和完善了實驗教學方法，同時也注重了學生工程能力的提高和拓展。
3 微電子基礎實驗實踐教學的改革方案
3.1 現(xiàn)有條件下對課程實驗項目進行優(yōu)化和改進
針對新形勢下微電子專業(yè)人才培養(yǎng)要求，為達到提高工程素質(zhì)、拓展工程應用能力的目的，僅靠單一的介紹實驗儀器、實驗規(guī)范等傳統(tǒng)實驗教學方式是遠遠不夠，因此，本實踐教學改革的首要任務是在現(xiàn)有條件下對課程實驗項目進行優(yōu)化和改進。
�。�1）改進、更新《微電子器件基礎實驗》的實驗項目內(nèi)容。實驗教學使用的自編教材編已沿用多年，其中部分項目的內(nèi)容設置上已落后于技術(shù)的發(fā)展，教學內(nèi)容陳舊過時、實驗儀器及測試方法已不再適用于當前通用的技術(shù)。因此，教學改革在原有的基礎上對現(xiàn)有的實驗教程進行了改進完善、內(nèi)容擴充。對較簡單的驗證性實驗進行內(nèi)容擴充，讓學生充分掌握實驗項目所包涵的原理與特性；逐步淘汰陳舊的實驗開發(fā)板，新購置自動化程度高、精度高的驗證平臺，以達到培養(yǎng)適應當前技術(shù)發(fā)展需求的優(yōu)秀電子信息專業(yè)畢業(yè)生的目的。
�。�2）為實現(xiàn)新形勢下微電子專業(yè)人才培養(yǎng)要求的培養(yǎng)目標，本教學改革針對專業(yè)人才培養(yǎng)方案，進一步優(yōu)化實驗項目內(nèi)容設計，以貼近業(yè)界實際需求，幫助學生提高專業(yè)知識技能及工程實踐能力。以“半導體器件特性測試”實驗項目的教學為例，該實驗項目的目的是通過指導學生進行實驗操作和測量，以加深對常用半導體器件工作特性的理解以及基本測試方法的掌握。傳統(tǒng)的實驗教學著重于要求學生完成伏安特性的測量，而忽略了對半導體器件工作特性的理解和工程應用。因此，在該實驗項目內(nèi)容的優(yōu)化和改進中，增加了光敏二極管的伏安特性測試內(nèi)容，以注重培養(yǎng)學生在實際工程設計與應用方面的能力。
3.2 實驗教學方法改進，推行“漸進式、自主式、探索式”實驗教學模式
新形勢下需求加強設計性實驗、開放實驗室的實驗教學改革。隨著教學改革的深入，實驗教學改革要求構(gòu)建以學生為主體的自主構(gòu)建知識、增長技能、發(fā)展能力的指導思想和教學思路，也就是說傳統(tǒng)以演示和驗證為主的實踐教學活動，需要逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生自己設計實驗方案、自己控制實驗過程、自主分析實驗結(jié)果和系統(tǒng)撰寫實驗報告。
通過對本專業(yè)人才培養(yǎng)方案和電子信息類應用型本科的課程體系的深入研究，秉承以學生為主體的教學改革思想，對既定的培養(yǎng)目標方向作深入探討，結(jié)合本專業(yè)的特點，本教學改革推行“漸進式、自主式、探索式”實驗教學模式。具體來說，在現(xiàn)有基礎上繼續(xù)改進實驗內(nèi)容，由易到難，包含從驗證性到綜合設計性多個實驗層次，讓學生循序漸進經(jīng)歷認知、實踐、探索的全過程；學生在完成基本實驗基礎上，可選擇難易不同的實驗內(nèi)容，還可自行設計方案，通過實驗探索更多問題。獨立設計和實踐的教學環(huán)節(jié)逐漸增多，通過這些引導，吸引更多的學生進入開放實驗室，對多方位的內(nèi)容進行探索和實驗，激發(fā)學生的學習熱情，有效地提高學生的創(chuàng)新能力、工程設計能力。
3.3 引入虛擬仿真技術(shù)應用于特定實驗項目實踐教學
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及計算機硬件性能的提高，虛擬仿真技術(shù)已從理論及設想發(fā)展成為當前科技前沿的現(xiàn)實技術(shù)，并且是近幾年來技術(shù)前沿的研究熱點。虛擬仿真技術(shù)亦可應用于電子信息類的實驗實踐教學，并在多個重點高校取得一定的成果及探索經(jīng)驗[2，3]。在以往的實物實驗教學中，實驗的地點和時間是被限定的，通常只是讓學生完成數(shù)據(jù)讀取、分析與處理等“規(guī)定操作”，因而大大制約了對學生的工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而虛擬仿真技術(shù)因其交互性和逼真性，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將實驗實踐置于線上，不再受制于地點和時間的制約，能很好地解決上述難題。
以“集成運放應用特性測試實驗”實驗為例，探討引入虛擬仿真技術(shù)應用于本課程的實踐教學改革。該實驗項目要求學生通過對實驗任務的理解，結(jié)合先修課程的知識，設計合理的測試電路和測試方式，實現(xiàn)對運算放大器規(guī)定特性參數(shù)的測試以及其基本應用方法的實踐。當前普遍存在的問題是由于該項目是綜合設計性實驗項目，測試電路的搭建由學生參考實驗教程自主完成，而大部分學生分析和應用實際電路的能力較薄弱，往往搭錯測試電路導致測試結(jié)果與預期結(jié)果存在較大差異，使得實驗效果存在偏差和不理想。而如果先讓學生在電子自動化設計平臺基于虛擬仿真技術(shù)設計對應測試電路，對實驗內(nèi)容進行預演練和先行驗證，可以有效地幫助學生完成既定實驗內(nèi)容的操作、學習及驗證，同時也能夠給有自主學習能力的學生提供自主設計新實驗內(nèi)容及自主探索的平臺，培養(yǎng)其自主學習能力、工程創(chuàng)新精神與實踐能力，取得事半功倍的效果。
4 微電子基礎實驗實踐教學的改革成效
按照上述改革思路和方案，已在17-18學年秋季學期的實驗教學中進行部分項目的改革嘗試，初步取得一定成效。下表為以學生的實驗成績評級作為評價指標，分別列出了進行教學改革前后的教學成效對比。
其中16-17學年是以傳統(tǒng)教學模式進行實踐教學的，17-18學年開始實施教學改革。從表中數(shù)據(jù)可以看出，通過“以學生為主體”為指導思想的實踐教學體系改革，原本基礎較薄弱的同學能夠在新模式下得到更多的自主構(gòu)建知識的機會，在“漸進式、自主式、探索式”的實驗教學模式中激發(fā)了更多的學習熱情，自主能動性和動手能力得到提高，實驗成績也隨之有一定的提升。教學改革一方面優(yōu)化和完善了實驗教學方法，同時也培養(yǎng)了學生的工程設計能力及工程應用能力。
5 結(jié)論
《微電子器件基礎實驗》實踐教學是微電子學專業(yè)實踐教學過程的一個重要部分。本文確立了“以學生為主體”為指導思想的實踐教學改革方案，并從實驗項目優(yōu)化改進、自主式實驗教學模式推進以及引入虛擬仿真新技術(shù)應用于實踐教學三方面提出了具體措施，對提高該課程的教學效果，培養(yǎng)學生的工程素質(zhì)具有重要意義。
【參考文獻】
[1]陳卉，文毅，張華斌，等.“微電子器件”實驗教學改革與探索[J].高教學刊，2016（1）：118-118.
[2]張紅賓，趙二剛，張穎.虛擬仿真在電子類實驗教學中的應用探討[J].實驗室科學，2015，18（3）：44-47.
[3]李衛(wèi)，方玉明，郭宇鋒，等.集成電路系列課程虛擬仿真實驗教學研究[J].實驗科學與技術(shù)，2017，15（2）：74-76.
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