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微电子平面工艺教学改革研究

[摘要]电子信息技术高度发达的今天,高等教育应力求整合多种形式的教学资源,积极促进现代信息技术与课程相整合,探索新的教学模式,培养满足社会市场需要的具有创新意识和实践能力的高水平人才。针对当前高校微电子平面工艺课程教学中存在的问题,提炼信息化教育资源,改革传统的课程教学模式,增加学生综合素质训练,改进考评机制,有效地将理论学习和实验、实践有机结合,培养一批熟知先进微电子工艺,具有一定工艺设计、分析以及解决实际工艺问题能力的应用创新型人才。

[关键词]微电子专业;微平面工艺;教学模式

对于应用型本科专业来说,人才培养的主要目的取决于市场,即面向行业和产业的要求,取决于整个社会和企业具体岗位对人才的基础知识、办事能力、综合素质的具体需要。因此,应以培养综合应用能力为主线来设计学生的知识、能力与素质结构和课程培养方案,构建一套完整的人才培养课程体系。完善的课程体系还需要与教师灵活的教学手段相结合。传统的教学手段以灌输为主,学生学习缺乏积极性,而教师疲于备课,事倍功半。虽然近十年来,各大高等院校都在积极地探索各种教学改革模式,但大多并没有进行可持续的推广和改进。因此,真正从本质上转变观念,改革微电子专业课程的教学方式,是构建新模式的核心所在。早在21世纪初,电子信息产业已超过汽车工业,成为世界第一大产业。因此,微电子技术被认为是21世纪发展最为活跃、技术水平增长最快的高新科技。微电子技术是信息产业的基础和支柱,其研究的核心问题是如何实现将数目庞大的晶体管同时集成在一个微型芯片上,即完成集成电路的设计和制造。微电子工艺课程主要为学生介绍微电子器件和集成电路制造的相关技术和工艺流程,其中最为重要的是半导体平面加工技术,该技术的基本原理、工艺技术方法和技术特点均体现了微电子芯片制作的核心内涵。微电子平面工艺是当前高校微电子专业的一门专业核心课程,其课程建设思想是使学生了解并掌握半导体器件和半导体集成电路制造工艺及原理、工艺流程、主要设备性能、检测方法及其发展趋势。在学生完成了固体物理、半导体物理、半导体器件原理和半导体集成电路等理论课程的学习后,已经具备了一定的专业理论基础,对以硅平面工艺为代表的半导体表面制作过程有了较为全面的了解。因此,在微电子平面工艺实验课程上,不仅要培养学生在实验技能上的基本素养,熟练使用各种测试仪器,加深学生对器件电学、工艺、结构参数的理解,更应注重对学生分析和解决实际问题能力的培养。从当前整体的社会形势可以看出,高等教育要培养出具有创新意识和实践能力的高水平人才,就必须综合多种形式的教学资源,积极促进现代信息技术与课程相整合,从根本上改革传统陈旧的课程教学模式,力争做到教学、实践与科研三者有机结合起来。同时,探索新的、信息化的教学模式,培养一批熟知先进电子信息技术,具有一定微电子工艺设计、制造基础和解决实际问题能力的复合型微电子技术人才。本次教学改革将突出微电子科学与工程专业新型器件加工方向的特色,对传统实验进行改进,增加探索性实验,鼓励学生自主学习,主动参与,从而提高他们的专业兴趣,增强他们的专业素质,培养他们的创新能力。

一、微电子平面工艺课程存在的问题

当前微电子平面工艺课程教学和实验过程中仍存在不少问题,教学效果不佳,主要体现在:教材陈旧,已经不适应现阶段工艺新技术的发展与实践教学的要求;教学内容较多,在学时短、信息量大的情况下,任课教师难以合理安排教学进度;教师的教学方法也较为单一,缺乏多样性,理论联系实际尚不够紧密,不利于学生在课堂上发挥主动性和创造性。而理论学习的不理想又致使学生对于实验实践学习积极性不高,很多学生在最为重要的一门专业课上只是通过短时间的考前突击、填鸭背书的复习方式应付考试。综上所述,通过对教学内容、授课方式、评价体系等一系列问题的深入反思,发现目前课程教学模式尚不够合理。因此,探索改革微电子平面工艺的课程和实践教学,设计发展新的课程教学模式和实验实践教学环节是解决问题的关键。

二、混合式立体化教学模式的理论基础

从教学方法来分析,像微电子平面工艺这样一个涉及多学科融合、综合性较强的微精细加工过程只通过板书授课难以表达清楚,并且这种传统的教学模式势必达不到本门课程理想的教学效果。因而,教学方法的改革同样是教学改革的重要任务。我们基于对“松绑教育”与“整合教学”理论的深入分析和综合理解,制订培养微电子专业应用创新型人才目标,尝试性的提出把混合式立体化教学模式作为微电子平面工艺课程教学改革的切入口,探索在新模式下课程和实验教学的改革方法。“松绑教育”是20世纪60年代末保罗•法雷尔在其专著《被压迫者教育学》中首先提出的概念。所谓“松绑教育”,即应该是一个解开束缚的教育过程,特别是针对课堂教学,应该是由师生共同参与的,一个互动、双向的知识传播过程,而不应该是照本宣科的、单一指向的知识讲授过程[1]。这里认为,学生在认知过程中的主观能动性尤为重要,教学环节中不应该设有绝对的“教”和“学”的角色,理想的教学过程是由教师和学生共同参与的一个具有互动性质的认知过程。教学过程属于双向的信息传播,它不单只是知识的传授。因此,“松绑教育”是非压迫性的,以解除学生内在和外在束缚为目标的教育。“整合教学”是随着网络技术应用在教学中发展起来的,目的在于综合地运用各种信息传播技术、先进的教育模式和教学方法,适应学生多元化需求,有效促进学生学习的主观能动性[2]。上述两种教学理论对微电子平面工艺课程教学改革的启示在于:以学生为主体,倡导学生自主学习,避免填鸭式的学习方法;制订合理的教育目标,应以发展学生思维创新和提高应用能力的培养为依托。因此,当我们以“松绑教育”与“整合教学”理论为指导来构建新的课程教学模式时,应考虑由教师调动学生的主观能动性,培养学生创造性和解决问题的能力,其宗旨就是要消除环境因素对学生造成的压迫,在教学环节中努力探索更具活力的师生互动过程。

三、基于微电子平面工艺课程的混合式立体化教学模式的构建

人才培养的最终目的是为社会经济发展服务,因此人才培养必须要能够满足社会经济发展的要求,而专业人才的培养则主要通过专业课程的教学和实践来实现。结合当前对微电子专业的人才的培养目标和市场需要,构建混合式立体化教学模式,将学习理论、教学方式、评价机制三个层面混合立体化,有机结合,力求学生达到良好的学习效果,使人才培养符合社会需求。(一)学习理论的混合式立体化。混合式学习理论是目前教育界及企业培训界研究的热点问题,其主要集中在:混合式学习的理论基础、混合式学习教学应用模式、混合式学习内容与要素、混合式学习课程设计、混合式学习影响因素等[3]。在理论研究方面,美国国家信息技术研究所的教学设计专家Pumi-maValiathan提出了三种混合式学习模式:技能驱动型模式、态度驱动型模式、能力驱动型模式[4],对现代媒体技术特别是互联网对学生的学习兴趣和学习态度产生了巨大的影响。因此,寻求运用现代教育技术提高微电子平面工艺课程的教学效益,建立师生学习交流平台,了解学生对于网络教学、实践教学与传统教学相结合这一方式的学习效果,是促进学生有效学习的途径和方法。混合式学习意味着学习过程可以是基于网页技术的结合,鼓励学生将工艺流程以及所涉及的物理、微电子基础理论制作成动画,通过网络进行学生间的讨论互动,以形成良好的学习氛围和学习效果。(二)教学方式的混合式立体化。理想的教学方式应达到对学生实施由基础到前沿、由传授知识到培养能力的训练过程,应根据课程内容、实际的教学运行情况来合理地选择理论授课内容,应依照课程在实验环节的投放力度合理调整实验教学内容,应增加提供给学生自主创新的实验项目或模拟设计,应充实应用开拓型实验项目和校外实习训练,加强学生动手实验实践能力和科研创新能力的培养。为研究我校微电子平面工艺课程教学情况,研究人员通过问卷调查和与学生交流的形式进行分析,发现主要问题都集中在:工艺课程较为枯燥,学生学习兴趣欠缺;课程信息量大、知识面广,学生一旦未理解清楚容易造成填鸭式学习;实验课程和理论课程开展时间不匹配,影响系统学习效果。同时,加强授课教师和实验指导教师队伍建设也是一个不容忽视的问题。特别是微电子平面工艺的实验与实践教学具有较强的现场操作性的特点,要求指导老师不但需要具有系统的理论教学知识,还需熟练掌握本课程的实际生产加工情况,具备较强的实践操作和讲解能力。基于上述所存在的问题,将从课堂教学、网络教学和实践教学三个方面,对微电子平面工艺课程进行混合式立体化教学模式与资源设计。构建混合式立体化教学模式,将传统教学模式和现代教育技术融合于一体,主要体现在各个教学实施环节。利用互联网实时通信工具建立网络教学课堂,引导学生自主学习,并将涉及本课程的电子参考书、电子讲义、课程PPT、相关文献等资料上传至网络课堂,充分实现教学资源共享化,建立辅导答疑系统,实现师生交流互动[5]。针对本课程知识点多,工艺流程复杂的特点,组织学生课后利用图形可视化设计软件制作工艺动画,并结合Silvaco器件仿真软件,对每节课所学工艺进行模拟仿真,以加深对课堂的理解。将课堂教学与实验、实践教学有机结合,充分发挥各课程优势,引导学生理解理论知识并培养他们解决实际问题的能力,在实验训练中熟悉工艺过程,掌握操作技能。积极加强与企业进行沟通联系,建立可靠的微电子专业学生校外实习基地,为学生提供良好的实践能力、创新能力、可持续发展能力培养的实践训练平台,使学生既可以接触到实际的电子产品生产加工工艺的流程,又可以进一步熟悉、掌握理论课程中学习的专业知识和操作技能。还可以根据学生就业趋势和行业需求的变化,适时调整实验实践项目,筛选典型的实验项目案例扩充到实践教学环节。本课程涉及的半导体平面工艺主要包括:氧化、光刻、扩散、蒸铝、反刻、划片、装架、烧结、封装。本专业实验室基本具备上述工艺所需的氧化扩散炉、光刻机、真空蒸镀机等配套设备。实验具体过程中指导教师结合制作的工艺流程演示动画与实际操作为学生讲解,采取分组式学习,尽量使每名学生都能够参与实际操作,系统了解各工艺环节。这样,既培养了学生的动手实践能力,又不断更新完善了实验教学培养体系。同时,在与企业的交流合作中,构建具有特色的专业实践平台,突出我校微电子专业致力于服务我国电子行业,为其广输人才的特色。(三)评价机制的混合式立体化。根据学生对理论知识的学习情况、模拟仿真的输出结果以及实验课程的表现,建立一套综合测评体系。不同于传统考试评价的“平时成绩+期末成绩”,新的评价系统可以反映学生对本门课程的真实学习情况。基本理论知识的掌握程度通过期末试卷的成绩体现,而更为重要的是本课程综合素质考查要通过器件仿真结果和实验操作能力体现。这一过程弱化了一纸试卷的量化指标,更强调综合能力运用。这看似加大了课程的学习难度,但是通过混合式立体化的学习模式,学生获取知识的途径更加多样、灵活,学习资料也更加新颖、丰富,交流互动渠道更加广阔、形式更加轻松。这使得学生在这一学习过程中可以获得更高的自由度和更好的学习体验,主要体现在:1.学生的学习兴趣和学习的主动性得到了充分的提高。2.学生的学习环境更加宽松,学习氛围更加浓厚,有效提高了团队合作精神。3.提高了学生的动手能力和信息技术综合运用能力;建立了学生自主学习的环境,有效激发了学生的创新意识。4.适当地减轻了教师的工作量,使教师有精力合理分配教学和科研时间。

四、结语

现代信息技术的发展,带来了传统教学理念、模式、方法与手段的深刻改变,有效地将图片、音频、视频、网络等多媒体资源相融合,与传统教学有机结合的混合立体化教学已成为当代教学发展的必然趋势。本研究在混合式学习和立体化教学的研究基础上,针对微电子平面工艺课程的教学特点,从课堂教学、网络教学和实践教学三个立体面展开研究,弥补以往理论与实践联系不紧密、学生学习效果不佳的问题。该混合式立体化教学模式的实施给学生提供了一个自由、便利的学习环境,其先进的课程教学方法更有助于学生学习效率的提高。学生能力的形成和素质的培养是一个循序渐进的发展过程,应尽量满足学生不断获取知识、进行能力积累的需求。这一创新模式的尝试为微电子专业系列课程的开展与改革做了探索,为培养微电子专业应用创新型人才提供了强有力的支持。

[参考文献]

[1]李克东,赵建华.混合学习的原理与应用模式[J].电化教育研究,2004(7):1-6.

[2]余胜泉,路秋丽,陈声健.高等学校网络环境下的混合式教学[J].大学教学,2005(11):28-31.

[3]南国农,李运林,祝智庭.信息化教育概论[M].北京:高等教育出版社,2005:51-60.

[4]何克抗.从BlendingLearning看教育技术理论的新发展(上)[J].中国电化教育,2004(3):5-10.

[5]黄荣怀,张进宝,董艳.论网络教学过程的四个关键环节[J].中国电化教育,2003(1):61-64.

作者:王姝 单位:哈尔滨理工大学理学院

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