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》是微電子專業重要的專業基礎實踐課程，在本專業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人才培養要求和當前該課程實踐教學中存在的問題出發，系統化探討了該課程實踐教學改革的改革思路，並在此基礎上提出一套合理有效的改革方案。透過實驗專案最佳化改進、自主式實驗教學模式推進以及引入虛擬模擬新技術應用於實踐教學三方面對傳統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，同時也培養和提升其工程素質。
關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》是微電子專業重要的專業基礎實踐課程，其目的是透過實踐過程，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，理論聯絡實際掌握常用半導體器件的特性及測試方法，為後續深入的專業知識及技能學習打下良好的基礎。本課程強調理論和實踐的統一，透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，透過實驗結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狀
目前實驗室所開設的《微電子器件基礎實驗》教學採用自編實驗指導書，以驗證性實驗結合設計性實驗的方式開展實踐教學工作。但是由於新形勢下微電子專業人才培養要求以及電子資訊專業的特點，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。教學依然延續傳統“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造力。在實踐教學過程中，教師專注於演示和學生重複操作，不能充分調動學生的積極性和創造力，導致學生實踐經歷不夠充分，實踐教學效果不佳。
（3）教學內容過於陳舊，與科技發展脫節。電子資訊專業的技術更新日新月異，當前行業發展對電子資訊類專業畢業生的專業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容設定上已落後於技術的發展，教學內容陳舊過時，實驗儀器及測試方法已不再適用於當前通用的技術，脫節於前沿科技的發展。
（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專案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
針對上述研究現狀中存在的問題，在新的教育觀念和技術條件下，我們必須打破傳統教學模式，在內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定，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在現有條件下對課程實驗專案進行最佳化和改進；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人才培養要求，引入虛擬模擬技術應用於特定實驗實踐教學中來。透過上述實踐教學體系改革，一方面最佳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 現有條件下對課程實驗專案進行最佳化和改進
針對新形勢下微電子專業人才培養要求，為達到提高工程素質、拓展工程應用能力的目的，僅靠單一的介紹實驗儀器、實驗規範等傳統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有條件下對課程實驗專案進行最佳化和改進。
（1）改進、更新《微電子器件基礎實驗》的實驗專案內容。實驗教學使用的自編教材編已沿用多年，其中部分專案的內容設定上已落後於技術的發展，教學內容陳舊過時、實驗儀器及測試方法已不再適用於當前通用的技術。因此，教學改革在原有的基礎上對現有的實驗教程進行了改進完善、內容擴充。對較簡單的驗證性實驗進行內容擴充，讓學生充分掌握實驗專案所包涵的原理與特性；逐步淘汰陳舊的實驗開發板，新購置自動化程度高、精度高的驗證平臺，以達到培養適應當前技術發展需求的優秀電子資訊專業畢業生的目的。
（2）為實現新形勢下微電子專業人才培養要求的培養目標，本教學改革針對專業人才培養方案，進一步最佳化實驗專案內容設計，以貼近業界實際需求，幫助學生提高專業知識技能及工程實踐能力。以“半導體器件特性測試”實驗專案的教學為例，該實驗專案的目的是透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。傳統的實驗教學著重於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，在該實驗專案內容的最佳化和改進中，增加了光敏二極體的伏安特性測試內容，以注重培養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建以學生為主體的自主構建知識、增長技能、發展能力的指導思想和教學思路，也就是說傳統以演示和驗證為主的實踐教學活動，需要逐步轉變為學生自己設計實驗方案、自己控制實驗過程、自主分析實驗結果和系統撰寫實驗報告。
透過對本專業人才培養方案和電子資訊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，對既定的培養目標方向作深入探討，結合本專業的特點，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，在現有基礎上繼續改進實驗內容，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容，還可自行設計方案，透過實驗探索更多問題。獨立設計和實踐的'教學環節逐漸增多，透過這些引導，吸引更多的學生進入開放實驗室，對多方位的內容進行探索和實驗，激發學生的學習熱情，有效地提高學生的創新能力、工程設計能力。
3.3 引入虛擬模擬技術應用於特定實驗專案實踐教學
隨著計算機技術的發展及計算機硬體效能的提高，虛擬模擬技術已從理論及設想發展成為當前科技前沿的現實技術，並且是近幾年來技術前沿的研究熱點。虛擬模擬技術亦可應用於電子資訊類的實驗實踐教學，並在多個重點高校取得一定的成果及探索經驗[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資料讀取、分析與處理等“規定操作”，因而大大制約了對學生的工程創新能力的培養。而虛擬模擬技術因其互動性和逼真性，結合網際網路技術可以將實驗實踐置於線上，不再受制於地點和時間的制約，能很好地解決上述難題。
以“整合運放應用特性測試實驗”實驗為例，探討引入虛擬模擬技術應用於本課程的實踐教學改革。該實驗專案要求學生透過對實驗任務的理解，結合先修課程的知識，設計合理的測試電路和測試方式，實現對運算放大器規定特性引數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於該專案是綜合設計性實驗專案，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果與預期結果存在較大差異，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於虛擬模擬技術設計對應測試電路，對實驗內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容及自主探索的平臺，培養其自主學習能力、工程創新精神與實踐能力，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專案的改革嘗試，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後的教學成效對比。
其中16-17學年是以傳統教學模式進行實踐教學的，17-18學年開始實施教學改革。從表中資料可以看出，透過“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。教學改革一方面最佳化和完善了實驗教學方法，同時也培養了學生的工程設計能力及工程應用能力。
5 結論
《微電子器件基礎實驗》實踐教學是微電子學專業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，並從實驗專案最佳化改進、自主式實驗教學模式推進以及引入虛擬模擬新技術應用於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，培養學生的工程素質具有重要意義。
【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.虛擬模擬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，方玉明，郭宇鋒，等.積體電路系列課程虛擬模擬實驗教學研究[J].實驗科學與技術，2017，15（2）：74-76.
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