微電子工藝課/實(shí)驗(yàn)/生產(chǎn)實(shí)習(xí)的整合研究論文
20世紀(jì)80年代初，J. M. 德克特勒首次提出了“最終的整合目標(biāo)”這一概念，它成為整合學(xué)業(yè)理論的基礎(chǔ)[1]。最初，這一理論被應(yīng)用在歐洲大學(xué)為適應(yīng)教學(xué)大綱的學(xué)業(yè)整合方面。整合教學(xué)實(shí)際上是一種以能力為導(dǎo)向的教學(xué)方法[2]，它力圖通過(guò)整合來(lái)發(fā)展學(xué)生的能力，使學(xué)生能在某一情境中調(diào)動(dòng)所學(xué)知識(shí)、技能，以及其他資源來(lái)完成目標(biāo)。近年來(lái)，整合教學(xué)受到普遍關(guān)注，整合教學(xué)法已被應(yīng)用于各層次的教學(xué)實(shí)踐，在國(guó)內(nèi)高校中也開(kāi)始出現(xiàn)應(yīng)用整合教學(xué)法進(jìn)行專(zhuān)業(yè)課教學(xué)的報(bào)道[3，4]。
“微電子工藝”“微電子系列實(shí)驗(yàn)”“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”是微電子課程群中教學(xué)內(nèi)容相近，教學(xué)形式不同的3門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，我校對(duì)其進(jìn)行了整合教學(xué)研究，提出了新的教學(xué)模式，編寫(xiě)了涵蓋這3種形式教學(xué)內(nèi)容的教材，設(shè)計(jì)了教學(xué)方案，并進(jìn)行了初步實(shí)施及評(píng)價(jià)。
1 微電子工藝課程分析
1.1 原課程安排
“微電子工藝”是當(dāng)前高校電子類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)的核心課程，其教學(xué)目的是使學(xué)生掌握硅集成電路芯片制造工藝的基本原理和方法，了解微電子產(chǎn)品制造關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展方向。而“微電子系列實(shí)驗(yàn)”和“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”是與“微電子工藝”課程內(nèi)容關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。“微電子系列實(shí)驗(yàn)”是獨(dú)立設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課程，其教學(xué)目的是使學(xué)生掌握硅芯片關(guān)鍵工藝的實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)技術(shù)和常用儀器的使用方法。“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”則是通過(guò)組織學(xué)生到現(xiàn)代化企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，在工藝線上直接參與生產(chǎn)實(shí)踐[5]，使之了解微電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，從而提高他們解決問(wèn)題的能力及綜合素質(zhì)。本質(zhì)上，這3門(mén)課程是教學(xué)形式不同，但教學(xué)內(nèi)容相近的一個(gè)課程模塊。在當(dāng)前的教學(xué)大綱中，這3門(mén)課程都是獨(dú)立開(kāi)設(shè)的，通常在大三上學(xué)期分別開(kāi)出40學(xué)時(shí)的工藝課、20學(xué)時(shí)的系列實(shí)驗(yàn)和4周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)。因此，“微電子工藝”課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合的較為松散，總學(xué)時(shí)數(shù)也偏多。
1.2 教學(xué)現(xiàn)狀分析
“微電子工藝”具有涉及知識(shí)面寬，綜合性強(qiáng)，理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的'特點(diǎn)。若只采取課堂教學(xué)，對(duì)毫無(wú)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生而言，課程涉及的技術(shù)性內(nèi)容繁雜，知識(shí)點(diǎn)多且分散，全面理解學(xué)習(xí)內(nèi)容的難度大。在為2009級(jí)學(xué)生開(kāi)出本課程之后進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查。其中“對(duì)工藝課知識(shí)的理解程度”這一問(wèn)題，在58張答卷中只有1人選擇“能全部理解”，約60%的學(xué)生選擇“大部分理解”(如圖1所示)。
在對(duì)微電子課程群中其他相關(guān)，如“微電子器件原理”“集成電路設(shè)計(jì)”等課程主講教師進(jìn)行的調(diào)研中，普遍認(rèn)為若將各自獨(dú)立開(kāi)設(shè)的“微電子工藝”“微電子系列實(shí)驗(yàn)”和“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”作為一個(gè)課程模塊進(jìn)行整合教學(xué)，穿插授課，更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)。
2 課程整合研究
2.1 課程整合
首先在培養(yǎng)計(jì)劃上將“微電子工藝”“微電子系列實(shí)驗(yàn)”和“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”整合為課堂/實(shí)驗(yàn)/實(shí)習(xí)一個(gè)微電子工藝課程模塊，該課程模塊的教學(xué)目標(biāo)為：培養(yǎng)熟知國(guó)內(nèi)外先進(jìn)微電子關(guān)鍵工藝，并具有一定工藝設(shè)計(jì)、分析，以及解決實(shí)際工藝問(wèn)題能力的人才。
通過(guò)對(duì)原課程內(nèi)容分析，將微電子工藝課程模塊中3部分內(nèi)容都進(jìn)行了優(yōu)化(如圖2所示)。該課程模塊由一個(gè)課程組在大三上學(xué)期連續(xù)穿插教學(xué)，以避免教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)。因此，可以在不壓縮教學(xué)內(nèi)容、不降低教學(xué)效果的前提下，將授課學(xué)時(shí)數(shù)定為：講課40學(xué)時(shí)/實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)/生產(chǎn)實(shí)習(xí)3周，與原課時(shí)數(shù)相比有了較大縮減。課程組在原微電子工藝課程講義基礎(chǔ)上，結(jié)合微電子工藝學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀，編寫(xiě)了涵蓋3種教學(xué)形式、內(nèi)容的教材：《集成電路制造技術(shù)—原理與工藝》。該教材已于2010年9月由電子工業(yè)出版社出版，并基于此教材制作了多媒體課件。
2.2教學(xué)模式的整合
課程組設(shè)計(jì)了微電子工藝課程模塊的整合教學(xué)模式(如圖3所示)。整個(gè)教學(xué)過(guò)程是師生共同參與的、動(dòng)態(tài)的、雙向的信息傳播過(guò)程。
課堂教學(xué)采取講課為主，自學(xué)討論為輔的形式，課后穿插參觀微電子生產(chǎn)線等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。教師講授教材各單元、章節(jié)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，課堂上設(shè)置問(wèn)答等少量的“教”“學(xué)”互動(dòng)形式。其他內(nèi)容采取：教師首先提出問(wèn)題，再組織學(xué)生在課堂上自學(xué)，然后展開(kāi)討論，最后進(jìn)行歸納總結(jié)。這既調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又能提高學(xué)習(xí)效率。為避免出現(xiàn)只有部分學(xué)習(xí)積極性高的學(xué)生參與課堂討論的現(xiàn)象，教師隨機(jī)抽取學(xué)生回答問(wèn)題，并作為平時(shí)成績(jī)記錄。在課堂學(xué)習(xí)階段，組織學(xué)生參觀微電子生產(chǎn)工藝線，讓他們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)情景中理解課堂講授的相關(guān)內(nèi)容。
課堂教學(xué)之后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)和晶體管制作實(shí)踐教學(xué)階段。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是針對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，以及有關(guān)芯片性能測(cè)量設(shè)置的實(shí)驗(yàn)，因此將其穿插在晶體管芯片制作過(guò)程中進(jìn)行。
3 整合教學(xué)的初步實(shí)施及評(píng)價(jià)
受原教學(xué)計(jì)劃限制，在2011年秋季學(xué)期末，主要開(kāi)出了整合后的微電子工藝課程模塊課堂教學(xué)部分，其他內(nèi)容在2012年春季學(xué)期初開(kāi)出。
3.1 對(duì)教材的評(píng)價(jià)
采用新編的《集成電路制造技術(shù)—原理與工藝》教材和多媒體課件進(jìn)行了課堂教學(xué)。課程結(jié)束后進(jìn)行的問(wèn)卷調(diào)查表明，學(xué)生對(duì)新編教材和課件的滿意度較高(如圖4所示)。
另外，從電子工業(yè)出版社的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，盡管該教材是受眾面很小的專(zhuān)業(yè)課教材，但自2010年9月出版至今，已售出4 000余冊(cè)，被國(guó)內(nèi)數(shù)十家高校選作微電子工藝或集成電路工藝基礎(chǔ)等課程的教材使用。由此可以說(shuō)該教材得到了同行的普遍認(rèn)可。
3.2 課堂教學(xué)方法及評(píng)價(jià)
在以整合教學(xué)模式進(jìn)行的“微電子工藝”課堂教學(xué)實(shí)踐中，每次課的前幾分鐘都進(jìn)行了提問(wèn)，以便督促學(xué)生在課后復(fù)習(xí)，并引出本次課教學(xué)內(nèi)容;課堂上講授了基本單項(xiàng)工藝的原理、模型、物理基礎(chǔ)，以及基本方法等重要內(nèi)容;而對(duì)于大量工藝技術(shù)與設(shè)備等內(nèi)容，先提出問(wèn)題，再組織學(xué)生自學(xué)后討論，最后進(jìn)行歸納總結(jié);對(duì)學(xué)生回答問(wèn)題和討論發(fā)言都作為平時(shí)成績(jī)進(jìn)行記錄。在課堂教學(xué)期間，組織學(xué)生參觀了哈工大微電子平面工藝線，以利于他們對(duì)基本工藝方法與設(shè)備等內(nèi)容的理解。
從課程結(jié)束后所作的問(wèn)卷調(diào)查可知，學(xué)生喜歡的教學(xué)方式與實(shí)際所采用的授課方式大體一致(如圖5所示)。學(xué)生對(duì)本課程的評(píng)教結(jié)果為“A+”。而且，微電子課程群后續(xù)課程主講教師也反映：這屆學(xué)生的微電子工藝基礎(chǔ)知識(shí)較扎實(shí)。
3.3 實(shí)踐教學(xué)及評(píng)價(jià)
微電子工藝的實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)是在我校微電子實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的。首先開(kāi)設(shè)了“高純水制備”“微電子清洗”兩個(gè)講座;然后學(xué)生自制了晶體管，進(jìn)行了工藝實(shí)驗(yàn);最后，組織學(xué)生參觀了哈爾濱晶體管有限公司的器件生產(chǎn)工藝線。
在圖2中，把晶體管制作劃分為了6個(gè)關(guān)鍵工序。因此，學(xué)生自制晶體管也分為6個(gè)組，要求每個(gè)組負(fù)責(zé)一個(gè)關(guān)鍵工序：確定工藝條件、進(jìn)行工藝操作、解決出現(xiàn)的問(wèn)題、記錄工藝現(xiàn)象、條件、參數(shù)等。這樣盡管學(xué)生人數(shù)較多(全系64人)，也能保證每名學(xué)生都參與到自制晶體管和相關(guān)的生產(chǎn)管理過(guò)程中來(lái)。另外，鼓勵(lì)學(xué)生在完成自己組工作之外參與其他組的工作。在整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中學(xué)生積極性很高，充分發(fā)揮出各自的綜合能力。
從學(xué)生遞交的總結(jié)報(bào)告來(lái)看，這次微電子工藝實(shí)踐教學(xué)效果很好，學(xué)生們普遍認(rèn)為：提高了動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)了分析、解決問(wèn)題的方法，更重要的是培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作能力。對(duì)今后的學(xué)習(xí)與工作都有較大幫助。
4 結(jié)束語(yǔ)
我校對(duì)“微電子工藝”“微電子系列實(shí)驗(yàn)”和“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”這3門(mén)教學(xué)形式不同，內(nèi)容相近課程進(jìn)行的教學(xué)整合研究表明：在專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)改革中，將課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)整合為一個(gè)專(zhuān)業(yè)課程模塊，建立統(tǒng)一的課程體系，編寫(xiě)涵蓋理論與實(shí)踐2方面內(nèi)容的教材，由一個(gè)課程組進(jìn)行連續(xù)穿插授課，這種整合教學(xué)模式是可行的，教學(xué)效果良好，同時(shí)又減少了授課學(xué)時(shí)數(shù)。
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