浅析《半导体物理与器件》课程教学改革.pdf

宠辱不惊，看庭前花开花落；去留无意，望天上云卷云舒。——《洪应明》 浅析《半导体物理与器件》课程教学改 革 【摘要】《半导体物理与器件》课程是电子科学技术专业的一门核心课程， 是半导体物理与半导体产业之间连接的桥梁。本文针对课程知识点多、理论推导 过程复杂等特点，阐述了加强物理学史的介绍、理论推导与定性分析相结合、充 分利用形象化教学、理论和实践相结合以及培养学生文献查阅能力五个方面对课 程教学改革的重要意义，充分激发学生的学习兴趣，提升课程的教学效果。 【关键词】半导体物理与器件课程；物理学史；定性分析；形象化教学 随着半导体技术和集成电路的飞速发展，现代半导体产业已经形成了设计— 制造—封装测试的完整产业链，其应用覆盖了电脑、汽车电子、激光器、太阳能 电池、光纤通讯、半导体照明及平板显示等各个领域，年销售额超过3000亿美 元，已然成为国民经济发展中的重要战略产业 1 加强半导体物理学史的介绍 物理学是研究物质的组成及其运动规律的基础科学，是 自然科学的基础。而 物理学史是研究物理学概念、定律和定理的起源、发展、变化，揭示其发生、发 展的原因和规律的一门学科，充分体现了人类认识 自然界由简单到复杂、由表面 到本质的认知过程，其中包含了大量的方法论和认识论，蕴涵了丰富的科学素质 和人文精神。打个比方，在教学中讲物理学理论，会给学生以知识，而讲物理学 史，则会给学生带来智慧。牛顿说过：“如果说我比别人看得远一点，那是因为 我站在巨人的肩上。”著名的物理学家朗之万也曾指出：“在科学教学中，加入 历史的观点是有百利而无一弊的。”因此在半导体物理与器件的教学过程中，适 当穿插物理学史的内容，把物理知识的来龙去脉作出历史的叙述，不但能激发学 生学习兴趣、活跃课堂气氛，而且还具有以下两方面的作用：首先有助于学生对 半导体物理与器件知识点的系统化。记忆一段充满探索者思索与创造、艰辛与执 丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。——杜甫 百学须先立志。——朱熹 着、悲欢与激情的历史肯定要比一堆单纯、枯燥的公式容易多了。例如，半导体 物理的理论基础就是量子力学，而量子力学之所以出现就在于诸多经典物理学无 法解释的实验现象。从黑体辐射引出了普朗克的辐射量子化假设、光电效应引出 了爱因斯坦的电磁波能量量子化、分立原子光谱的观测到原子模型的建立过程、 再到德布罗意物质波理论、薛定谔方程的建立和求解以及能带理论的建立等等， 了解了物理学史的发展，就系统地串联了课程的知识点；其次有助于培养学生的 科学素养。科学素养与知识相比是更深层次的东西，是对知识本质的理解、内化 和激活，它包含科学知识、科学思想、科学态度和科学方法。把知识教育的基本 内容同历史发展过程结合起来，让学生了解科学家发现物理概念、物理规律的历 史过程，循着科学家的思维方法和探索途径来“发现”物理概念和规律，敢于持 怀疑、辩证的态度来看待科学问题，学会运用观察和实验、类比和联想、猜测和 试探、分析和综合、佯缪和反正、科学假设等科学方法来研究问题，使自身的科 学素养得到提升 2 理论推导与定性分析相结合 半导体物理与器件课程最典型的特点就是公式多，理论推导复杂，通常要求 学生具有较高的数学物理基础。但是如果一味地追求理论推导，则容易让学生陷 入困境，不知所措。例如在讲解量子隧道效应的时候，通常需要先求解一维无限 高方势阱中粒子的薛定谔方程，以获得粒子在势阱中的波函数分布，然后再求解 一维有限高方势阱粒子的波函数。这两个步骤涉及了大量的理论计算，尤其是后 者的计算更为复杂，完全推导完需要耗费大量的时间和精力，也容易使学生感到 反感。 3 充分利用形象化教学 为了能够让学生直观理解半导体物理与器件中各种抽象的物理