王春兰， 宋立勋， 翟学军

（西安工程大学理学院陕西省物理实验教学示范中心，西安 710048）

0 引 言

半导体材料是半导体产业进步的关键因素，亦是半导体产业最直接的上游环节［1］。半导体领域向来有“一代材料、一代技术、一代产业”的说法［2］。5G信息时代的到来，第3代半导体材料与第1、2代半导体材料优势互补、协同支撑着新一代信息技术的创新发展，新能源与绿色环境的可持续发展，传统产业的数字化、智能化转型发展。同时其具有广阔的市场应用前景，从面广量大的高端应用到日常消费品主流市场。因此第3代半导体材料属于战略性先进技术、战略性产业的前沿阵地［3］。

我国半导体产业发展仍处于重要攻坚发展期，要加快推进第3代半导体产业发展，关键是加快、加强第3代半导体材料相关专业人才建设，构筑满足行业“动态需求”的实训课程教学体系，形成面向科技前沿、产业主战场的人才培养格局。而半导体材料实验课程教学实训化人才培养体系，将是高校提升半导体材料方向及其相关技术人才培养质量的突破口［4-6］。

1 课程教学过程存在的问题

半导体材料实验课程，是微电子专业学生首次接触的专业实验必修课程，旨在培养学生对半导体材料制备及其测试方法的实践操作能力［7-9］。同时在“新教育时代”视角下，半导体材料实验是一门隐性的德育课程，其内容符合中国制造和大国工匠精神内涵，对提升学生爱国情怀，文化素养和道德品质具有重要的促进作用，而这是原教学体系未能启发式传达的情感教育［10-12］。

（1）实验项目选择性有限，内容设置与实际应用相脱离。实验内容偏重于第1代材料性能测试的验证性实验，忽视了材料制备环节，且未与当前第3代半导体材料相依托，缺失实践能力训练与培养。

（2）实验设备过于集成化，操作难度降低，数据重复性过高，采集易得，降低了实践和探索意义。

（3）单一、机械的实验教学模式，固化了实验内容和教学方式。侧重实验原理和实验结果，降低了实验过程的趣味性和创新性。

（4）评价考核机制过于简单，缺少有效反馈机制。实验成绩均由预习、操作及实验报告构成；课外数据处理和结果分析等部分无途径及时反馈，不能全面地评价和提升学生的实践能力和科学素养。

因此，半导体材料实验固化的课程体系难以满足半导体行业人才需求，也不能促使学生形成积极的实验情感和反思意识，致使其教学效果达不到专业人才核心素养的培养目标［13-15］。这就需要对其课程教学过程进行必要的重构设计与实践探索。

2 课程教学实训体系重构设计与实践途径

2.1 精细化培养模式，构建“知行统一”教学目标

专业实验课程教育理念，就是将工科人才培养和国家意志相融合，反映在教学目标上为教授什么样的知识、培养什么样的人。因此本课程坚持以学生为本，强调其个性能力发展，以学生的知识、能力、素质的协调发展为主线；建立不同层次的实践、应用、创新能力培养模式。

在基础技能层次，掌握半导体材料特性，测试原理和方法等；在实践应用层次，强调半导体材料制备方法的原理和实操过程，加强仪器的正确使用和安全规范等；在创新研发层次，加强实验可行性设计与分析环节，培养新材料应用及其相关特性测试实训化能力。多层次践行以“知行统一”的教学目标，以达到满足国家行业需求的高素养专业人才。

2.2 实训化实验项目，落实“动态需求”教学内容

2016年，我校微电子专业获批陕西省高水平大学建设项目——半导体材料与器件实验平台，以及校级实验室改造项目——微纳器件加工千级超净实验室。2018年，建成微电子虚拟仿真综合实验平台，包括半导体材料仿真实验，主要为线下同步化仿真的实验项目以及线上动态补充化的先进实验项目。

整合已有的先进科研与实验教学平台，以多层次、开放式的实验+实践+科研+竞赛实训项目平台为硬件支撑，以虚拟仿真实验平台为专业知识和技能的逻辑和延拓站，构筑课内教学与课外研学一体的实验实训体系，本质上为学生的实践、探索、创新提供有效的保障体系。

引入第3代半导体材料，系统优化半导体材料实验内容实训体系。实验内容项目化，如表1所示。充分发挥实验实训项目的优势，让学生设身处地地实际感受到行业的最新发展动态和技术手段，不断更新、丰富实验项目，以科研思维方式组织实验教学，培养学生发现问题的探究兴趣，分析问题的科研意识，解决实际问题的创新思维，真正有效落实“动态需求”人才培养的教学内容。

表1 半导体材料专业实验教学的3个层次

2.3 多样化互动空间，革新“有效传播”教学方法

学生的实验实训能力是不同的，实验进度存在差异性。要在有限课程时间内，加强传播手段和话语方式创新，增加关联知识传递的再传递和挖掘，形成高效课程空间。在基础实验阶段，主要采取现场知识点播和操作规范培训法，以及问题指导方法；在实践应用阶段，进行引导分析问题或开放式的自主、组队实践方法；在创新研发阶段，采用互动研讨方法；不同实验室的实验、同一实验室的不同实验采用网络实时指导方法，如图1所示。针对性地灵活选择或转化运用教学方法，多角度激发学生积极实验动力，培养实训化专业素养。

图1 全网覆盖半导体材料实验室平面示意图

2.4 常态化实验反思，架构“实验素养”评价反馈

实验课程实训化，必须要关注学生实验过程中的情感部分［16］。因此本课程引入北京师范大学最新关于实验素养的知识+方法+情感评价体系，同时创新性地引入学生自评和团队互评两大部分，重点评价学生在实验过程中的实验态度、合作精神、交流能力、解决问题的能力等实验素养指标点，具体如表2所示。此外，每个实验项目的实训重点不同，因此评价指标点的分值比例要随之调整。

表2 大学生实验素养评价的全部指标

同时，依托智能移动、雨课堂等建立网络反馈机制平台，将实验过程评价指标和实验结果，能及时有效地反馈学生，学生也可以依托网络平台与教师再学习或探讨，从而培养学生常态化实验反思意识和精益求精的科学素养。

2.5 深度化课程体验，拓展“实验内涵”教学理念

半导体实验课程具有前沿交叉融合的特点，课程需不断注入前沿行业领域的新鲜内容，激活学生积极意识形态。利用网络平台发布“先导课”，引导学生提前介入实验课程学习，实现有效学习和自主学习的新途径。对于同一个实验，针对不同批次的学生，选择不同的实验参数，促进独立探索，强化基本实践能力。结合实验特点，恰当设计障碍式实验，激发学生发现问题和探究能力。虚拟仿真实验可以为学生提供多次重现实验情境。

结课前，学生小组以项目答辩法来交流团队的实验过程。课外，结合实践竞赛，课外鼓励学生改进实验装置，自制简易实验设备，智能移动实验室。教师逐步采用双语教学，将科研与应用领域的常用词汇及专业科学用语进行传授和引导，多渠道提高实验体验感，拓展新教学理念，从而多方位训练和培养学生创新能力。

3 教学效果回归实践创新

重构的半导体材料实验实训课程教学，促进了半导体材料实验的素质教育内涵资源建设，提高了课程实训内涵和质量。学生了解了行业发展需求，掌握了实践应用的知识和技能，加深了对微电子专业的热爱，降低了对实验课的浮躁心理，积极影响了后续专业学习和实践环节。

依托本实验实训体系，近3年，在中国“互联网+”、大学生创新创业大赛、挑战杯、大学生物理实验竞赛等竞赛中获得国家级奖5项，省级奖3项，校级4项。考研录取率稳定在25%以上，毕业生受到华为、中芯国际、紫光、士兰微等大中型企业的青睐，毕业生实践能力强，责任感强。

4 结 语

半导体材料作为基础硬科技，支撑着“新兴技术”的产业化落地，支撑着新时期社会经济的高质量发展。因此为响应“新兴产业”高素质核心人才培养，而积极开展半导体材料实验课程重构研究，深度精细化课程教学育人模式，创新切实可行且紧跟行业需要的教学实训体系，提升学生的社会责任感、实践能力和创新精神等高核心素养的专业人才。