《半导体物理》课程线上线下混合式教学初探

《半导体物理》课程线上线下混合式教学初探Jun Wang上海电机学院 (上海市浦东新区水华路300号，201306)Shanghai Dianji University (Shanghai Shuihua road 300，201306)摘要：本文介绍了上海电机学院开展的“半导体物理”线上线下混合式教学，分析了线上教学的利弊；介绍了开展混合式教学的教学设计思路和实践过程，并通过对比传统课堂教学与混合式教学的期末成绩，得出混合式教学具有一定优势。

Abstract: This paper introduces the online and offline hybrid teaching of Semiconductor Physics carried out by Shanghai Institute of Electrical Engineering, and analyzes the advantages and disadvantagesof online teaching; This paper introduces the teaching design ideasand practice process of mixed teaching, and by comparing the final results of traditional classroom teaching and mixed teaching, obtains that mixed teaching has certain advantages.关键词：线上教学online teaching；混合式教学hybrid teaching；半导体物理semiconductor physics随着国家对半导体芯片相关领域工作的日益重视，“半导体物理”课程作为半导体行业的入门基础课程，教学方法应该不断改进与完善跟上新时代学生的需要。

课程中的基础知识不仅可以应用于工程计算，指导工程实际，更为后续专业课程的学习奠定基础，并能有效培养学生的科学意识、科学素质与创新能力。

因此该项课程改革受到各个高等院校的高度重视。

自新冠肺炎疫情以来，教育部首先宣布2020年春季延期开学，2021年秋季各地教育局根据当地疫情情况错峰开学等情况，各高校鼓励教师充分利用互联网和信息化教育资源为学生提供学习支持，依托各级各类线上课程平台、校内网络课程系统。

各高校积极提供相关教学场地、实验室和教学资源，为线上课程平稳过渡到线下授课提供便利条件。

其中的重要途经就是建设线上线下混合式教学模式，该教学模式既能机动转换为线上教学模式，又能直接进行线下教学，保证特殊时期教学进度和教学质量，同时为传统课堂授课教学模式的拓展探索新空间[1]。

本文以“半导体物理”课程为实例，分析课程特点与现状，开展线上线下混合式课程教学，对该课程改革实践。

本次课程改革实践主要分为混合式理论课程教学，混合式实验课程教学和混合式考核方式三个方面，激发学生学习兴趣，提高学习效率，实现较好的教学效果。

一、“半导体物理”课程简介“半导体物理”课程作为上海电机学院新能源专业、电子封装专业本科生必修专业基础课程，为后续的“太阳能电池基础与应用”、“电子封装设计”、“光伏发电系统集成与设计”等专业课的先修课程。

本课程从2017年起，在上海电机学院开设，已经先后有超过200人次学习本门课程。

“半导体物理”课程是微电子、光电子及新能源科学与工程等专业的必修课程，是后续专业课程学习的基础。

通过课程的学习，同学们能掌握半导体物理的基础理论，了解半导体的发展和应用。

课程包含半导体课程先导知识，半导体物理及半导体器件三部分知识，重点介绍载流子的统计和运动规律、外场同半导体材料和器件之间的相互作用。

本课希望通过通俗化、生活化、图像化的授课方式，激发同学们的学习兴趣，为同学们自学半导体知识、进一步深造等提供有效的学习途径，奠定理论和工程基础。

通过本课程的理论和实验教学，使学生具备以下能力：1、掌握半导体的电子状态与能带基本知识；理解半导体中电子的运动状态；理解本征半导体的导电机构空穴了解半导体中电子的运动有效质量；了解半导体的发展、课程知识框架以及其理论基础量子力学的发展，掌握半导体晶体结构的基本特征、描述方法和常见的半导体晶体结构，理解半导体的重要性和学习意义。

2、掌握半导体中的杂质和缺陷类型，掌握基本的导电类型，掌握锗、硅晶体中的杂质能级；理解半导体掺杂的重要意义，了解基本的半导体掺杂工艺。

（支撑毕业要求1.2）3、掌握载流子浓度的计算公式及其影响因素，掌握半导体迁移率和电阻率的影响因素，学会抓住主要矛盾的分析方法；理解载流子浓度在半导体导电性中的重要作用，理解载流子的不同散射机制；了解半导体载流子统计分布的过程、规律和方法；了解半导体载流子的基本运动-漂移运动。

4、掌握非平衡载流子的相关概念，掌握载流子的基本复合理论和扩散运动，掌握pn结的形成及其特点，掌握能带图在分析半导体问题的基本方法；理解非平衡少数载流子的重要作用，理解pn结在半导体器件中的重要性。

掌握光伏电池原理及能量转换效率，器件结构和影响光伏电池效率的关键因素；理解光伏电池工作原理，理解光伏电池性能表征；测量并分析光伏电池效率。

同时通过课程讲授在思想政治方面打到如下目标1、激发学生的民族自豪感、责任感和家国情怀通过介绍半导体技术的分类、应用领域、国内外发展现状，引导学生主动去了解我国半导体工业技术的发展进步过程，认识与国外发达国家的差距，激发学生的民族自豪感和责任感，帮助学生认识到成为合格社会主义建设者和接班人的责任。

2、培养学生在工作和生活中遵守法律法规和规章制度的意识通过半导体技术各方面安全性的介绍，引入案例分析，培养学生的职业道德、责任意识、遵章守纪。

3、培养学生对未知事物的分析能力，激发学生专业学习的动力和积极性通过让学生撰写课程报告或实验报告，参与课堂讨论，促使学生通过各种手段查找资料，了解课程相关内容，开阔视野，丰富知识面。

同时引发思考，激发学生学习的兴趣和积极性。

二、“半导体物理”混合式教学的课程设计与实践1、线上教学的利与弊在2020年疫情期间，该课程采用线上教学，在教学过程中，体现了互联网信息技术在授课中的优越性。

1、可向学生提供大量学习材料：课程视频，专题PPT，动画教学，互联网上其他院校精品课程中相关专题。

这些材料在传统课堂中没有时间向同学一一展示，在网课过程中学生可以根据自身的实际情况对这些材料进行取舍，希望进一步深入学习的学生可以方便的找到资源。

2、教学过程不受时间、空间制约。

课程中重点内容模块化，制作成专题视频，学生根据需要在学习和复习过程中反复观看，有助于学生对知识点的学习。

3、线上课程网站中有师生双向交流的平台及留言功能，方便学生及时与教师沟通，解答学习中的疑惑。

尽管线上课程具有上述优势，但在接下来的期末考试中，学生的成绩并不尽如人意。

通过试卷分析和与学生沟通，得出网课的弊端所在。

1、学生在学习过程中缺乏教师的有效监管。

在线上直播中，教师没有太多时间和每位同学进行充分交流沟通，使得部分学生无法专注学习，甚至完全不听课。

即使任课教师通过点名、提问等方式与学生互动，也不能有效解决这一问题。

2、上网课时，大多数学生居家，没有在校学习氛围，缺少同学间相互鼓励共同进步的氛围，在长时间网课后部分学生出现倦怠状况。

2、混合式教学课程设计思路为了探求最佳教学效果，为了力争达到“一流课程”标准，“半导体物理”课程尝试将传统课堂授课方式与线上数字化学习方式相结合，既能发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又能充分体现学生作为学习过程主体的主动性、创造性。

本课程采用超星网课平台和学习通APP作为混合式教学模式的信息化教学工具，开展教学工作。

在移动互联网的大环境下，学习通APP不受时间和空间的限制，实现教师与学生之间的即时互动、资源共享、小组讨论、测评互评、问卷调查等多种教学活动，可以对学生课程学习情况进行记录，同时根据线上数据对学生学习情况进行过程评价和考核，使考核过程更加全面，更具人性化。

本课程将知识模块化，在学习知识模块初期利用线上课程中的导学材料，以相关视频和专题PPT，以及问题形式引导学生发掘知识点关键信息，使学生对相关知识点有大致的了解；中期利用线上讨论和线下对分课堂以问答题形式组织引导学生对知识点进行归纳总结；中后期线下课程进行针对性重点难点讲解和案例分析，强化学生的知识应用能力和综合应用能力。

同时根据学生答题的基本数据和情况，教师在教学中进行针对性的讲解。

最后，利用线上课程的总结材料，对课程内容要点进行复习回顾。

另有线下实验对理论知识进行验证。

通过线上线下混合式教学实践，发现该种教学模式非常适合近期由于全国疫情多发散发，学生错峰返校的情况。

在混合式教学实践中，教师需要不断学习各种现代化信息技术，利用雨课堂及腾讯会议开展线上教学，创建课程网站，根据教学任务，将知识模块的讲解录制成短视频，发布在课程网站中，并将相关内容精品课程链接列举出来，供学有余力的同学进行学习。

线下课程中，教师会对学生线上学习效果进行检验，如利用课堂小测验，问题讨论等检查学生线上学习效果，对不能自觉完成线上学习的同学进行督促和辅导。

通过线下课程，教师能够熟悉了解班级学生的个性特点，拉近教师与学生之间的距离，并根据班级学生特点及时调整教学进度和模式。

[2]线下实验课的效果是线上仿真不能比拟的。

学生可以到实验室学习和操作实验设备，在动手实践过程中深入理解其背后的原理。

同时在实验课中的项目式学习，增加了学生之间的合作交流机会，更好的培养团队意识。

这些都是线上仿真实验缺乏的。

3.混合式教学实践总结1）线上与线下课程均严格遵守学生课表的上课时间，线下课程利用随机点名，线上课程利用线上签到保证学生出勤率。

在学期开始前，组织班级同学进入超星APP中的班级群组中，每节课前在群组中发布公告，提醒学生各项注意事项，包括：上课时间，上课地点或网址，上一节课的内容总结，本节课程的授课计划和课程重点难点。

线下课程，通过提问或小组讨论方式回顾上节课内容，线上课程借助APP群组和腾讯会议随时保持联系，方便学生在线上学习过程中遇到问题随时提问解答。

线上课程结束前，教师总结本节课程重点，并重复课程难点，安排课后作业。

2）在答疑辅导时间分别进行线上答疑和线下辅导。

线上答疑利用超星APP，通过私信进行一对一答疑辅导，如遇到共性问题，则在课上进行统一讲解。

线下辅导对于基础薄弱的学生进行系统讲解辅导。

3）针对班级学生特点，个性化设计线上课程。

线上有多种多样的共享课程，内容丰富，知识点详尽，教师根据本校教学大纲和学生专业特点，选取合适的内容供学生线上学习，对于部分超纲内容，强调供有能力有兴趣的学生深入学习。