兴趣主导和实践辅助之教学方法探讨

2015-08-15王红航刘黎明杨健君张华斌

电气电子教学学报 2015年6期

王红航，刘黎明，杨健君，刘凯，张华斌

(电子科技大学中山学院，广东中山528402)

“半导体照明技术及应用”课程是光源与照明专业的必修课程，是介绍半导体LED(Light Emitting Diodes)器件及其制造和应用的一门课程。通过本课程的学习，使学生掌握半导体LED的发光机理和制造流程，掌握照明工程技术领域的基本概念和测试标准，了解半导体照明技术的主要应用、最新成果和发展方向。本文以“半导体照明技术及应用”课程为研究对象，就该课程教学内容、教学方法、培养学生实践能力和考核方式进行了探讨。

1 教学内容选取

我院结合独立学院学生特点，选择文献［1] 作为教材。该教程从半导体发光器件和照明两个角度，介绍半导体照明器件—发光二极管的材料、机理及其制造技术，详细阐述了器件的光电参数测试方法、器件的可靠性分析、驱动和控制方法，以及各种半导体照明的应用技术。“半导体照明技术及应用”课程仅有32个学时，其中包括16个学时的实验和企业参观，在课时量少的情况下，教师必须考虑学生如何在有限的时间内学好课程内容，因此必须根据应用型人才的培养目标对教材内容做出取舍。经过反复斟酌和实践，教学内容应着重选取如下几个方面:LED的概念、历史、发展及应用，LED相对传统光源的优势，目的是让学生感受到半导体照明新技术与新应用的快速发展;LED的电学、光度、色度学和热学参数;LED的发光原理与材料体系;LED的构造和芯片制作;白光LED的实现及LED的封装流程;LED的测试技术;LED的驱动技术等。

2 教学方式选取

16个学时的课堂教学对于介绍一门新技术及其应用而言是相当紧张的。为此，在教学方式的选取上，主张教师要集中精力调动学生兴趣，并施以任务驱动式教学。如果学生有兴趣，又有研究的方向，必肯花心思和时间在这门课程上。

1)多媒体教学

笔者从教学实践出发，结合我们在电子薄膜与集成器件国家重点实验室中山分室的科研工作和合作公司的生产实际，广泛收集各种图片及视频资料，制作了形象生动的Flash动画，为学生在课堂上提供直观、生动的讲解。比如LED工作原理、LED芯片制作、LED的封装流程、LED的数字化、智能化和网络化等Flash动画以及各种应用视频，激发学生的学习兴趣。

2)开设课内学生讲座

开课初期，教师布置3～5个与半导体照明发展和前沿相关的课题，并提供相关文献和介绍相关公开课网站，要求学生课后查阅、观看并整理成PPT。每一课题推荐一名学生在课内以讲座的方式进行内容讲解。比如，半导体照明光源的发展、InGaN外延衬底的使用、LED芯片技术的发展和LED封装技术的发展等，实现任务驱动式教学。

3)开设课外教师讲座

教师在课堂之外开设的专题讲座有:“半导体照明的未来发展与应用创新”、“半导体照明关键技术研究”、“智能照明与智慧城市”、“互联时代的半导体照明新应用”、“倒置型顶发射OLED初探”等等。通过参加讲座，学生不仅开阔了视野，同时也意识到半导体照明将开启微电子和光电子携手并进的时代，使照明向着智能、可控和数字化的方向迈进，并且随着智慧城市、智能家居等市场的兴起，半导体照明将迎来更多更大的市场机遇和挑战。

4)科研带动学习

传统ITO透明电极存在诸多问题，比如成本高、化学性能不够稳定等，特别是其易碎性使得有机发光二极管OLED(Organic light emitting diode)及有机太阳能电池OPV(Organic photovoltaic)等作为柔性器件的潜在优势无法发挥。近些年出现的新型纳米材料石墨烯，集中了重量轻、导电性好、透光率高、柔韧性强、化学性质及热学稳定性好、成本低等优点，特别是由于能在应力作用下保持其良好导电性，因此被公认为是理想的柔性电子与电极材料。结合这一科研成果，教师在课堂上展示石墨烯的实验样品及测试的电导率和透光率曲线，讲解石墨烯材料的神奇特性及发现过程，播放石墨烯作为透明电极的实际应用案例，使学生在课堂中能够及时了解有关的重大科研进展，引导学生以开放的思维认识世界，提高其科研兴趣。

5)鼓励使用和制作MOOC

鉴于慕课(MOOC)在世界范围内兴起，鼓励学生从网络上选择关于半导体照明的相关课程，并和志趣相投的学友们分享、探讨，进而拓宽自己的视野。鼓励学生使用MOOC软件，自己动手制作半导体照明的相关视频，创造一个公开共享的学习半导体照明的平台。

3 培养学生实践能力

学生对半导体照明有了浓厚的兴趣，并对相关概念、理论和学术前沿有了生动直观的理解之后，鼓励学生走进实验室和工厂，结合科研项目和相关测试系统，培养学生实践能力。下面通过几个方面说明如何培养学生实践能力。

1)课内实验

为使学生对LED各种光、电、色和热参数有全面深刻的认识，我院购置了“LT-200A LED加速老化与寿命测试系统”、“LHS-1000 LED热电光综合分析系统”、“LED650C LED芯片光色测试系统”、“CIE ALI LED法向光强测试系统”、“LED荧光粉测试系统”、“EX-1000荧光粉激发光谱特性和热猝灭分析系统”和“HEO-300 LED热电性能分析仪”。这些系统为学生提供了很好的学习实践平台，帮助他们深刻理解LED的各种参量的含义。因每种实验设备仅一套，学院采用了开放实验室的形式，首先教会6名学生设备的操作和注意事项，并由他们负责其余学生的设备学习和使用，而教师只负责讲解实验原理和实验现象。这种教学方式不仅提供给学生开放的实验平台，而且学生之间的知识传授和交流也让他们得到更多实践成长机会。

2)课外实践

为服务科研工作，我重点实验室购置了“Keithley 4200-SCS伏安特性测试系统”。

该系统只能测器件I-V特性曲线，为得到I-V-B(其中B代表器件亮度)特性曲线，我们自行设计，购置屏幕亮度计，改装测试系统，用Photo Research PR-655光谱光亮测试系统标定亮度，从而得到I-VB测试曲线。通过实验设备改装实践，加深学生对实验系统的理解。

3)校企合作

应用型人才的培养不能仅仅停留在实验室，还须走出校门多方寻求校企合作，共同培养合格人才。我们根据本市半导体照明行业的发展特色，与一些骨干企业合作建立了半导体照明人才培养、培训、实习基地，这些骨干企业包括以照明系统和产品设计生产见长的中山泰腾灯饰有限公司、中山鸿宝电业有限公司，以照明系统工程设计与应用见长的中山华艺灯饰照明股份有限公司、中山达华智能科技股份有限公司，以LED器件封装见长的木林森股份有限公司和以照明检测见长的国家灯具质量监督检验中心(中山)等［2]。

4)科研支撑

为满足本市LED地方产业发展对专业技术和应用型人才的需求，我院2012年引入了中山市首家国家重点实验室电子薄膜与集成器件国家重点实验室中山分实验室，该实验室以新型照明与显示技术为主要研究方向，已初步建立了LED检测与技术攻关、石墨烯制备及OLED研制等平台。在平时科研和教学实践中，选择对科研有兴趣且有意进入实验室工作的学生，培训他们基本的实验操作技能，鼓励他们参与教师的科研项目，最终达到培养学生实践能力的目的。