半导体工艺检测实验教学改革与研究*(4)

三、改革成效

实验内容更新，让学生真正接触到了更接近工程应用和科学前沿的实验内容，激发了学生的兴趣，提高了学生的工程实践能力和科研激情；采用网络教学和线下教学深度融合的教学模式，实现了教师和学生跨越时空限制的自由交流，实现从“课堂内”向“课堂外”延伸，从“教室内”向“教室外”拓展；以学生为主，小班授课的方式，真正做到了每个学生亲自实验，让一些对实验有恐怖心理的学生从被动实验往惯性自主实验和主动实验转变，大幅提高了实验效果；实验考核方法的改进，使实验考核公正、明确、可行，学生也有了明确的目标；实验设备更新和教学环节优化，使学生具有满足工程实际需要的实践能力；教师队伍的壮大，引入更多的新鲜年轻血液，为《半导体工艺检测》等实验课的建设改革工作提供了可靠保障。这一系列实验课程的改革措施对实验效果产生了显著的积极影响，不仅使《半导体工艺检测》实验教学水平大幅提高，教学效果大幅提升，对其他微电子实验教学也起到同样的示范效应。

四、结束语

《半导体工艺检测》实验的改革使得微电子专业实践能力培养水平大幅提高。我们还将不断加强实验教学方法与技术的改革创新，坚持学生为本、产教融合，积极推进“四个回归”建设，使我校微电子实验教学优势突出、特色鲜明，不断提升我校微电子实验教学的教学水平和教学效果，促进构建适应微电子产业发展的人才培养体系，为经济社会发展和保障国家安全提供强有力的人才保障和智力支撑。

[1]国务院发布《国家集成电路产业发展推进纲要》（全文）[J].集成电路应用，2014（07）：6-8.

[2]教育部，国家发改委，科技部，工信部，财政部，人社部，国家外专局.教育部等七部门关于加强集成电路人才培养的意见[Z].教高〔2016〕1 号，2016-04-21.

[3]白泽朴，张继延.实验教学在创新人才培养中的作用及其实现[J].实验技术与管理，2019，36（7）：5-7，28.

[4]郭冰，邢红宏，孙江，等.浅谈实验教学与创新人才培养[J].科技视界，2017（4）：163，3.

[5]徐卫林，彭晓春，岳宏卫，等.工程教育专业认证背景下的微电子专业教改实践研究[J].科技资讯，2016，14（22）：81-84.

[6]王文华，熊正烨，师文庆，等.电子科学与技术专业创新人才培养的专业实验教学研究[J].高校实验室工作研究，2015（1）：93-95.

[7]李建军，王姝娅，张国俊，等.微电子教学实验室建设的探索与实践[J].实验技术与管理，2015，32（6）：239-142.

[8]陈鑫，吕林海.大班课堂学生学习特征的实证研究[J].高教发展与评估，2019，35（3）：98-108.

[9]坚持以本为本推进四个回归建设中国特色、世界水平的一流本科教育[J].教育发展研究，2018，38（12）：20.

[10]李勇，韩新风，高海涛，等.“互联网+”背景下模拟电子技改思路[J].电气电子教学学报，2017，39（5）：53-55.

[11]田禾，党璐，周世敏.大学工科实验教学考核方法改革与实践[J].高教学刊，2019（10）：139-141.

引言随着全球科技的发展，半导体与集成电路已经成为影响国家经济及国防安全的关键，其发展壮大对提高我国国际竞争力和社会民生具有重要战略意义[1]。当前中国集成电路产业正面临艰巨挑战，特别是在少数国家频频动用国家力量无端打压中国科技企业的背景下，针对国际、国内行业形势和国家战略需求，加强微电子领域学生创新能力培养，为我国微电子领域输出更多创新型人才至关重要。为此，国家陆续出台政策，对集成电路进行重点扶持，并不断健全集成电路人才培养体系，支持微电子学科发展[1，2]。实验教学是微电子本科教学中的重要组成部分，是培养学生专业实践能力和创新能力的重要环节[3，4]，在创新型人才培养中占有非常重要的地位。目前，国内高校普遍存在重科研轻教学，重理论轻实验的情况。近年来，很多高校认识到传统教学的误区，开始注重本科实验教学工作，开展了一系列的实验教学改革研究工作。但目前，微电子类实验教学仍然存在一些问题亟待解决。《半导体工艺检测实验》是微电子领域的一门专业实验课，该实验课程仍然存在教学模式守旧，教学方法老套，实验设备陈旧，追踪前沿科学不足等问题。本文以培养高水平、创新性、综合型微电子人才为目标，剖析问题根源，研究改革方案，形成以学生为本、产教融合、特色鲜明的教学方法与人才培养体系，为国家微电子事业发展提供可靠保障。一、半导体工艺检测实验存在的主要问题目前，《半导体工艺检测》实验普遍存在实验内容陈旧，与目前微电子领域研究热点不匹配；设备陈旧，与产业发展脱节；授课方式老套，学生被动参与；实验教学师资配备不足，综合实力较弱等问题。深入认识实验课程存在的主要问题是分析探索可行解决方案的前提条件。（一）实验内容守旧，前沿涉及不足微电子专业具有发展迅速的特点。近年来，针对理论课程知识体系陈旧，跟踪前沿迟缓的特点，各大高校都在进行积极探索，大力支持教学改革[5-7]，逐步改善教学内容，紧跟快速发展的产业与科学前沿需求。然而，实验教学环节中，由于实验设备经费限制，实验教师团队观念守旧等问题，使得实验课程普遍存在实验内容陈旧，以验证性实验为主，很少涉及引发学生思考、引导和鼓励学生进行科学研究的实验内容，与集成电路产业发展和学科前沿研究脱节的客观事实，亟待改变。（二）实验设备陈旧，与产业发展脱节由于实验室建设时经费不足，设备更新采购时环节复杂，以及高校仍然存在的重理论轻实验的教学理念，使得目前微电子相关实验课程普遍存在设备陈旧，实验样品老套的客观现实。这就造成学生在校学习和接触的设备与产业脱节，设备使用方法和操作规程与产业界的不一致，导致学生进入企业后使用微电子产业相关设备上手困难，甚至无法适应不断更新的产业需求。（三）教学模式老套，学生被动参与由于大学扩招，很多学校的实验教学设备数量有限，学生数量多，5、6个学生使用一台设备的情况不是少数。然而实验课有不同于理论课[8]的特殊性，多人使用一台设备必然会影响实验效果，出现动手能力强的学生积极做实验，动手能力差的学生越是浑水摸鱼。实验数据和实验报告抄袭的情况常有发生。与此同时，实践教学还表现为授课方式老套，需要学生自己决定、通过思考获得、积极主动参与的部分偏少，导致学生实验课上参与度和积极性不高，处理实际问题能力不足。（四）实验教学师资配备不足，综合实力较弱由于各大高校仍然存在重理论、轻实验，重科研、轻教学的现象[9]，这不仅表现在对实验教学经费投入不够，还表现在师资队伍的配备上。目前，大部分高校的实验岗位教师为理论课教师兼职，专任实验岗位教师仍然为硕士、本科学历教师为主。同时，在实验岗教师的专业技能培训和实验室建设方面的投入力度不大。由于专任实验技术岗位教师人数少，仅有的几位教师把大部分时间都放在了上实验课上，在研究实验教学方法和教学模式提升方面投入精力有限。这将对提升实验教学效果，推进实验教学建设工作产生很大阻力。因此，加大实验岗位教师团队建设，完善团队师资梯队，提高师资综合实力是亟待解决的问题，也是深入学习和贯彻习近平总书记“以本为本”、推进“四个回归”建设[10]重要讲话精神，积极改善“重科研轻教学”现状的重要举措。二、半导体工艺检测实验的改革措施针对实验教学中存在的主要问题，以关注实验教学效果，提高实验教学质量，培养高素质微电子人才为目标，深入分析问题根源，积极探索教学内容、教学模式、实验配套设施与师资建设的创新性改革方案，是为学校、为社会、为国家培养微电子创新实践人才的必经之路。（一）更新实验内容，补充新知识、新技术针对《半导体工艺检测》实验课中存在的内容守旧、前沿涉及不足的问题，我校“集成电路实验教学示范中心”对实验教材内容进行更新和替换，适当补充新知识、新技术，拓展实验内容。实验教中心以往的《半导体工艺检测》实验包括：椭偏法测薄膜厚度、干涉法测薄膜厚度、MOSFET CV特性测试、半导体材料四探针电阻率测试等。当前的半导体工艺检测在膜厚测量方面比较常用的是椭偏法，而干涉法作为一种比较经典的膜厚测量方法，在现有半导体产业和科研领域应用较少，为避免重复、突出重点，《半导体工艺检测》实验中保留椭偏法、去掉干涉法。在椭偏法实验过程中将干涉法作为薄膜厚度测量方法的拓展内容进行简要介绍即可。增加新实验——GaN材料的荧光（PL）光谱分析。GaN基材料作为第三代半导体的典型代表，在光电照明领域有着广泛应用，是全球研究的前沿和热点。GaN蓝光LED实现了白光发射，被广泛应用于固态照明领域。因此有必要对GaN基LED的特性进行分析研究，增强学生对该领域的了解。该实验内容主要包括：（1）熟悉荧光光谱分析仪的使用方法和操作流程；（2）熟悉GaN基LED的基本结构，异质外延的基本概念。（3）掌握GaN和InN形成的三元合金InxGa(1-x)N的禁带宽度和晶格常数（a、c）与In组分的关系，会通过PL普的测量计算InxGa(1-x)N的In组分和晶格常数等参数。（4）比较样品荧光光谱峰位和强度，分析样品发光效率的优劣。本实验课流程主要包括：课前预习检查；产业和科研背景介绍，机理介绍；实验目标，实验设备使用方法和注意事项；学生实验。通过GaN材料的PL普分析实验，让本科生更加深入的了解第三代半导体材料的特性及其应用，顺应时代发展，紧跟科技前沿。（二）更新实验设备，优化教学环节为解决实验设备老旧，设备操作方式与产业脱节的问题，响应教育部产学合作、协同育人的教育理念[2]，学校和学院投资经费大力支持实验中心建设工作，主动对接产业发展需求，对实验设备进行全面更新和部分替代。同时，“集成电路实验教学示范中心”与微电子相关产业沟通，与设备厂商合作，进行实验教学环节优化，以高精度通用仪表为核心，搭配专业实验设备的模块化实验方案，实现实践能力教育的产业链打通与覆盖。新的实验设备采用先进的技术，具备更加人性化的人机界面，其操作方式和现代化的产业设备更加吻合。实验设备更新和教学环节优化，使学生具有满足工程实际需要的实践能力，使得微电子专业实践能力培养水平大幅提高。（三）实验教学模式改进，改善教学效果1.改变教学细节，探索网络化教学新模式实验课课堂教学的侧重点从照本宣书，机械介绍实验原理、设备操作方法和实验步骤，拓展到讲解实验及实验涉及的理论知识在工程实践中的应用范围，以及可以实现实验目的的其他方法。激发学生做实验的兴趣，启发学生思考理论知识在实验中的应用价值，使学生更加深入理解理论知识，学以致用，提高探索学习能力和综合应用能力。采用网络教学和线下教学深度融合的教学模式，实现《半导体工艺检测》实验课的教师和学生跨越时空限制的自由交流，实现从“课堂内”向“课堂外”延伸，从“教室内”向“教室外”拓展[10]。增加提问环节：如在“椭偏法测膜厚”实验课上，设问：膜厚测量在半导体工业领域的重要性体现在哪里，常用的测量膜厚的方法有哪些，引导学生思考，调动学生积极性。实验课中增加提问互动环节后，老师能够清晰掌握该批学生的理论知识掌握程度，重点解决学生可能存在的问题，同时调动学生思考问题，提高实验课参与度。拓展实验内容：如在“椭偏法测膜厚”实验中不只讲解本实验原理，还要拓展知识面，介绍其他常用的或经典的测试方法，如干涉法、比色法，以及科研中常用的透射电子显微镜（TEM）法等。简单介绍这些方法的测试原理以及优劣，让学生了解这些测试方法在工程应用和科学研究中的其他应用领域。探索网络化教学新模式：充分利用微信、QQ等互联网介质，建立学生和任课教师之间的网上答疑系统[11]，教师在课前将预习内容和要求通过网络系统发放给学生，学生在预习过程中将自己的问题通过网络系统反应给老师，方便教师提前准备，在课堂上对相关问题进行针对性分析答疑。同时教师也可通过微信、QQ等网络平台分享《半导体工艺检测》实验拓展内容和教学资源，如实验视频、习题讲解和课件等，方便学生课后自主学习。这种线上线下有机融合的教学模式对学生学习具有有利的促进作用。2.小班授课，提高学生参与度为提高实验教学质量，分批分时段自主选实验的小班授课方法会很好的避免多人使用一台设备影响实验效果的问题。我们的实验课安排为8人一批，先进行集体小桌授课，进行提问环节和实验原理讲解与内容拓展，进行教师发问学生解答和学生提问教师解答的互动探讨模式。然后8人自由组合为4组，每2人一组使用一台设备，需要在不同实验条件下测试2组实验数据，学生各自记录自己的实验数据，并进行分析。这样的组合既可以让学生在实验中能够互相探讨学习，提高合作能力，又可以避免浑水摸鱼和实验数据抄袭的情况发生，让每个学生都能够亲自参与动手实验。3.细化考核方式，实现公平公正该实验课程属于专业基础性实验，与设计性实验不同，不涉及综合设计实验，因此在实验成绩考核方式上单个实验的细化考核就更加重要。根据该实验课实施过程的实际情况，确定细化考核指标，让考核分数公正、明确、可行[11]。具体的考核方法如下。单个实验的成绩考核占比为：课前预习15%，出勤情况5%、实验参与度10%，实验操作20%、实验数据10%，实验报告（原理、数据处理和拓展思考题）40%。注重课前预习和实验过程考核，按照学生在实验完成中的参与度分为3个等级：实验主导者，应付敷衍者和被动参与者，鼓励学生积极参与到实验中；实验报告发现雷同抄袭者绝不姑息，抄袭部分一律0分处理，详见表1。实验能力测试为实验课外的独立考试环节。单个实验的总成绩=课前预习15%+实验过程45%+实验报告40%该实验课不设置专门的期末考试，注重实验过程考核，将单个实验的平时成绩综合评估作为期末成绩。提高学生对每次实验的重视程度。而对于实验能力的考核开设专门的能力测试考试来对每一位学生进行单独评估，实行一人一题，单人单考。4.加强师资建设投入多层次实验技术岗位教师队伍建设是高校实验教学的必然趋势。增加高学历专业人才是提高高校实验系列教育的首要之举。教师的高度决定了学生的水平。高学历、经验丰富的实验技术岗位教师掌握先进的实验技术手段，解决本学科实验技术的疑难问题，提高学生创新思维和动手解决问题的能力。只有提供教师队伍的整体的专业知识素养，才有可能培养出高水平的专业技术研究人员和工程师。我校“集成电路实验教学示范中心”积极引进新增博士学位实验技术岗位专职教师4名，加强实验技术岗位队伍建设。目前，实验中心师资队伍层次健全，其中包括正高3名，副高2名，讲师4名。主讲《半导体工艺检测》实验课的教师具有微电子博士学位，系统学习过微电子相关的理论课程和实验课程，具有相关方向的研究经验，熟悉微电子相关实验设备及其原理，具有较高的研究能力和实验探索能力。我实验中心还在不断加大师资队伍建设，今后教师梯队将会更加完善。教师队伍的壮大，不断引入新鲜年轻血液，将为《半导体工艺检测》实验课的改革建设工作提供可靠保障。表1 半导体工艺检测单个实验考核评分标准考核项目 考核内容 分数比例(总分100%) 评分标准(满分100分)实验前 课前预习15%预习报告书写认真(15分)预习报告书写不认真全面(10分)未完成预习报告(0分)出勤情况 5% 准时到课(5分)迟到5分钟以上(0分)实验参与度10%实验主导者(10分)应付敷衍者(5分)被动参与(0分)实验中实验操作20%操作准确且步骤正确(20分)操作不准确但步骤正确(15分)操作不准确且步骤错误(0分)实验数据10%数据全部正确(10分)部分正确(5分)全部错误(0分)实验报告内容完整性 10% 报告内容完整(10分)报告内容不完整(0分)书写 5% 书写整洁(5分)书写潦草(0分)试验后数据处理10%数据处理正确(10分)数据处理部分正确(5分)数据处理全部错误或雷同(0分)思考题 15% 思考题分析正确15分,每错一道减5分,答案雷同0分三、改革成效实验内容更新，让学生真正接触到了更接近工程应用和科学前沿的实验内容，激发了学生的兴趣，提高了学生的工程实践能力和科研激情；采用网络教学和线下教学深度融合的教学模式，实现了教师和学生跨越时空限制的自由交流，实现从“课堂内”向“课堂外”延伸，从“教室内”向“教室外”拓展；以学生为主，小班授课的方式，真正做到了每个学生亲自实验，让一些对实验有恐怖心理的学生从被动实验往惯性自主实验和主动实验转变，大幅提高了实验效果；实验考核方法的改进，使实验考核公正、明确、可行，学生也有了明确的目标；实验设备更新和教学环节优化，使学生具有满足工程实际需要的实践能力；教师队伍的壮大，引入更多的新鲜年轻血液，为《半导体工艺检测》等实验课的建设改革工作提供了可靠保障。这一系列实验课程的改革措施对实验效果产生了显著的积极影响，不仅使《半导体工艺检测》实验教学水平大幅提高，教学效果大幅提升，对其他微电子实验教学也起到同样的示范效应。四、结束语《半导体工艺检测》实验的改革使得微电子专业实践能力培养水平大幅提高。我们还将不断加强实验教学方法与技术的改革创新，坚持学生为本、产教融合，积极推进“四个回归”建设，使我校微电子实验教学优势突出、特色鲜明，不断提升我校微电子实验教学的教学水平和教学效果，促进构建适应微电子产业发展的人才培养体系，为经济社会发展和保障国家安全提供强有力的人才保障和智力支撑。参考文献：[1]国务院发布《国家集成电路产业发展推进纲要》（全文）[J].集成电路应用，2014（07）：6-8.[2]教育部，国家发改委，科技部，工信部，财政部，人社部，国家外专局.教育部等七部门关于加强集成电路人才培养的意见[Z].教高〔2016〕1 号，2016-04-21.[3]白泽朴，张继延.实验教学在创新人才培养中的作用及其实现[J].实验技术与管理，2019，36（7）：5-7，28.[4]郭冰，邢红宏，孙江，等.浅谈实验教学与创新人才培养[J].科技视界，2017（4）：163，3.[5]徐卫林，彭晓春，岳宏卫，等.工程教育专业认证背景下的微电子专业教改实践研究[J].科技资讯，2016，14（22）：81-84.[6]王文华，熊正烨，师文庆，等.电子科学与技术专业创新人才培养的专业实验教学研究[J].高校实验室工作研究，2015（1）：93-95.[7]李建军，王姝娅，张国俊，等.微电子教学实验室建设的探索与实践[J].实验技术与管理，2015，32（6）：239-142.[8]陈鑫，吕林海.大班课堂学生学习特征的实证研究[J].高教发展与评估，2019，35（3）：98-108.[9]坚持以本为本推进四个回归建设中国特色、世界水平的一流本科教育[J].教育发展研究，2018，38（12）：20.[10]李勇，韩新风，高海涛，等.“互联网+”背景下模拟电子技改思路[J].电气电子教学学报，2017，39（5）：53-55.[11]田禾，党璐，周世敏.大学工科实验教学考核方法改革与实践[J].高教学刊，2019（10）：139-141.

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