半導體物理與器件課程思政教育的探索與實踐*

蘇 萍 陶傳義 周 密

(重慶理工大學理學院 重慶 400054)

1 引言

黨的十九大指出“青年興則國家興，青年強則國家強.青年一代有理想、有本領、有擔當，國家就有前途，民族就有希望.”[1]當代大學生將成為未來幾十年各行業的中流砥柱，是實現中華民族偉大復興的中堅力量.因此，對于培養什么人，為誰培養，怎樣培養是每一個高校教師和每一個課堂的重要命題.

半導體物理與器件課程作為應用物理學專業的核心課程，內容涉及半導體材料的基本結構和半導體器件的基本結構、物理原理和光電特性等基礎知識，旨在為培養物理學及相關學科前沿問題的科研人才和能夠運用物理學基礎知識服務現代高新技術和社會各領域的應用型人才打下基礎.通信技術、環境污染和能源短缺問題、人工智能等高新技術領域的發展給人類社會的生產生活帶來了便利和挑戰，也是當代中國和全世界所面臨的重大問題，半導體材料和器件在這些高新技術領域的作用是非常重要且難以替代的，因此半導體行業的領軍者和參與者都需要有自信、有擔當、有追求，腳踏實地，做開創新時代的有志青年.半導體物理與器件課程中的理論知識和器件特性與這些前沿科技有著緊密的聯系，在傳授半導體知識原理和培養半導體行業的創新開發能力外，還需弘揚民族精神，加強愛國主義教育,培育堅持真理，開拓創新的科學精神.

2 半導體物理與器件課程的思想價值和精神內涵

2.1 課程教學全過程貫穿思政教育指導思想和核心內容

2.1.1 半導體物理相關理論是馬克思主義理論的靈活闡釋

馬克思主義哲學是對自然和社會最本質規律及其特征的科學論述，它提供了科學的世界觀和方法論，以及幫助人們分析解決問題的立場、觀點和方法[2].半導體物理與器件課程中的許多理論知識和實踐經驗都可以運用馬克思主義的觀點和方法進行理解和闡釋.主要體現在：

(1)課程中涉及的能量守恒和轉化定律是馬克思主義產生的自然科學基礎之一.守恒定律是自然科學最普遍、最深刻、最基礎的規律與本質，是我們認識世界和改造世界的最普遍、最有效的科學武器之一.

(2)半導體物理和器件的開發應用體現了馬克思主義的方法論.半導體相關的實驗結果可以檢驗和證實相關理論，也可對理論原理的豐富和完善提供實踐經驗，反過來半導體理論又能進一步對半導體材料和器件的開發利用提供理論支持和指導.半導體物理理論的發展和器件的開發應用互相制約、相輔相成，永遠有機地共同推動著整個半導體行業的發展.

(3)理解和分析半導體器件原理時，需要運用馬克思主義的方法論.比如在分析各類半導體器件的特性時，既要看到器件的理想特性，也要考慮非理想特性，要兩點兼顧，但同時又要重點抓住主要影響因素，解決主要問題，不能等量齊觀，犯均衡論的錯誤.同時基于二極管、晶體管、場效應管制成的半導體器件種類很多，特性不一、應用廣泛，在分析和解決具體問題時，要在半導體物理普遍性原理的指導下，重點分析具體器件的特殊性，做到具體問題具體分析，這是馬克思主義辯證法中矛盾論的基本內容，是正確認識事物的基礎，也是正確理解和分析半導體器件的關鍵.

2.1.2 半導體行業的發展是社會主義核心價值觀的體現

我們要建設成為富強民主的社會主義現代化國家，構建一個自由、平等、公正、法治的美好社會，從個人角度來講就需要踐行愛國、敬業、誠信、友善的基本道德規范.人民有信仰，國家有力量，民族有希望.培育和踐行社會主義核心價值觀，實現中華民族偉大復興的中國夢，需要培養年輕一代成為走在時代前列的開拓者和奮進者，在時代洪流中披荊斬棘、開創佳績.

半導體行業經歷的全球“芯片荒”以及中國的“用人荒”，芯片行業勞動力成本持續上升和芯片交貨遙遙無期的雙重挑戰，在人才爭奪與產能不足中依舊一片兵荒馬亂，這對大數據、人工智能、互聯網、新能源汽車等眾多產業產生影響.美國的芯片禁令告訴我們要始終牢記 “關鍵核心技術是國之重器”的發展理念，半導體產業的核心技術為相關高新技術領域的創新和發展提供有力科技支撐.我們的青年學生要滿懷民族意識和愛國情懷，努力奮斗，學有所成之后為國家高新技術的發展貢獻自己的力量.此外每一個領域的創新發展都需要長時間的技術積累和人才積累，芯片產業也不例外，這就需要每一個從業者具有忠于職守，克己奉公，腳踏實地謀發展的敬業精神.同時，在這樣的內憂外患之中，我國在半導體行業的各領域都發展迅速，這是我們新時代中華兒女的骨氣和底氣，也讓我們更加堅定自信，對實現中華民族偉大復興充滿信心，當然這需要我們每一個人堅持求真務實、勤奮努力，用青春和汗水共創美好新時代.

2.2 課程內容全方位展現科學精神

2.2.1 半導體物理與器件的發展歷程是科學精神的體現

從1833年法拉第發現半導體材料擁有負電阻溫度系數的特性，到如今的智能手機、LED、計算機等各種半導體器件隨處可見，這100多年來，半導體物理理論的建立與發展以及半導體材料和器件的開發應用經歷的發展歷程，就是一代又一代的科學家們探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的科學精神的完美闡釋.

2.2.2 半導體物理基礎知識是科學精神內涵的體現

半導體物理理論主要以能帶理論為基礎探討半導體材料的載流子在雜質和缺陷、光、電、磁等影響下的分布和輸運狀況，并依此探討二極管、晶體管、場效應管以及各類復雜半導體器件原理特性.這個理論知識體系對半導體材料和器件相關特性進行理論解釋和有效預測，經過長期的實踐檢驗，體現了實事求是、實踐檢驗真理的科學精神.

2.2.3 半導體器件原理和應用是科學精神和人文精神的綜合體現

自然科學與社會的發展是相輔相成的，因此自然科學也承載著價值引領的使命[3].無論是基礎的二極管、雙極型晶體管和場效應管等半導體元器件，還是大規模集成電路制成的計算機和智能手機，都影響著現代社會生產生活的各方面.LED照明節能環保，網絡通信方便快捷可知天下事，信息化和自動化發展的以計算機為主的智能化工具釋放了繁重體力勞動力的雙手，對提高人類生活質量產生影響，提升了社會生產力.這些技術的發展不僅體現了敢于挑戰、開拓創新的科學精神，還體現了為社會發展和人類文明而進行不屈不撓的斗爭的人文精神，這都是科學精神與人文精神高度融合的體現.

3 課程思政的優化設計與實施路徑

3.1 課程目標體現價值引領

課程目標是專業人才培養的方向，貫穿于課程教學的全過程，在課程目標的設定上需要堅持知識傳授、能力培養、價值塑造的有機融合，在課程教學中完成知識傳授和能力培養的同時實現價值引領.半導體物理與器件課程需要培養學生掌握基本的半導體物理基礎理論和半導體器件結構原理的基本知識，擁有運用科學思維方法正確分析和解決問題的能力，懷有追求真理的科學精神和勇于擔當重擔的奉獻精神.從價值引領上來說，主要體現在：

(1)培育科學精神.注重科學思維方法的訓練和科學倫理的教育，培養學生具備良好的科學精神、科學素養、科學作風和創新意識，具有一定的獨立獲取知識的學習能力、實踐能力和科研能力.

(2)堅持馬克思主義方法論.增強運用馬克思主義基本理論和方法正確認識問題、分析問題和解決問題的能力.

(3)增強 “四個自信”.強化學生民族和文化的歸屬感、認同感、尊嚴感與榮譽感.

(4)踐行社會主義核心價值觀，加強愛國主義、集體主義、社會主義教育，認清世界發展大勢，培養勇于承擔時代重任的社會主義建設者和接班人，以成就民族復興的偉大夢想.

3.2 課程內容實現思政融入

教學內容是專業人才培養的核心，是實現課程目標的養分，要緊密圍繞融合知識傳授、能力培養、價值塑造的課程目標來設計課程內容.

(1)將半導體物理和器件的發展歷史融入課程內容.通過科學家們追求真理、敢于挑戰、勇于實踐、開拓創新的精神，培養學生的科學精神；

(2)將馬克思主義方法論融入課程內容.如非本征半導體中費米能級、載流子的濃度、電導率等參量受雜質濃度和溫度的影響，但在不同的溫度區間的影響程度是不同的，因此在分析時，需要明確主要矛盾和次要矛盾以及在不同條件下主次矛盾相互轉化的問題.在理解各類半導體器件的特性時，需要了解理想器件特性和非理想因素的影響，除了需要了解主次矛盾之外，還需要具體問題具體分析，運用普遍性和特殊性原理相結合，在半導體物理的普遍性原理指導下，重點分析具體器件的特殊性質，才能得到與實踐結果相一致的結論.諸如此類的在課程內容中融入馬克思主義唯物辯證法，以此增強學生靈活運用馬克思主義科學方法論分析和解決問題的能力.

(3)將半導體技術前沿和相關產業的最新動態融入課程內容.如芯片禁令、科技制裁等受制于國外“卡脖子”的現狀，用以喚起學生的愛國奉獻精神，主動擔當民族復興的歷史責任；又如國家加強關鍵核心技術攻關的骨氣和志氣以及半導體產業的發展最新動態，幫助學生了解中國與世界的發展與聯系，增強實現偉大中國夢的自信.

3.3 教學方法運用融合創新

教學方法是專業人才培養的手段，是課程內容的具體展現，要根據不同的課程內容設計合理的教學方式.除了傳統的講授知識點外，綜合融入以下主要教學方法：

(1)引入問題導入式教學.通過提出需要解決的問題引入教學內容，突出課堂教學重點的同時讓學生理解其中的物理意義或思維方式，同時通過比喻、歸納、類比等方法引導學生掌握分析問題的方式和方法，幫助學生將半導體理論和器件相關知識有機地聯系起來，避免孤立地理解和記憶知識點[4].例如通過提出問題“二極管PN結單向導電性的物理原因”引入PN結的基本結構，并綜合運用半導體載流子的輸運、費米能級、能帶結構等基礎知識講授PN結的空間電荷、內建電場、內建電勢差等基本概念及其在外加偏壓下的變化情況，從而分析得出正偏和反偏對PN結導電特性的影響.由此引導學生在掌握知識、提升能力的同時采用科學的思維方式.

(2)增加案例教學.運用半導體仿真軟件對二極管、晶體管、場效應管進行仿真模擬，由此將半導體器件的結構和特性可視化地呈現出來，由此直觀體現材料性質、摻雜濃度、溫度、電壓等因素對器件特性的影響，從而幫助學生更好地融合半導體理論知識和器件原理，能夠理解半導體原理是半導體器件特性的理論基礎，而器件特性是半導體物理定律的宏觀呈現，它們缺一不可、相互印證.由此引導學生在處理問題時要理論聯系實際，要理解普遍性和特殊性原理.

(3)引入信息化教學.課堂教學中教師講解基礎知識點，學生依據這些基礎概念和網絡平臺基礎課件、慕課的教學視頻等自主學習資源，搜索瀏覽半導體相關前沿期刊論文和半導體產業相關網站，經過小組交流討論學習，進入課堂講解討論，由此可加深理論知識的深入理解并完成知識的遷移，同時培養學生自主學習的能力和團結協作解決問題的能力[5].

3.4 教學平臺延展課堂內外

教學平臺是專業人才培養的載體，是實現課程思政目標的土壤.對于學生的價值引領不僅在課堂之內，還在于課堂外的方方面面.在課堂內，學生從教師身上不僅學習課堂上的知識和能力，還會學到做人做事的準則，所以教師自身的道德品質是對學生進行思政教育和價值引領的最潛移默化的方式.教師除了通過課程內容來實現育人目標之外，還可以從課堂教學中體現出的自身價值觀對學生產生直接的價值引導，比如教師上課從不遲到早退，每次授課準備充分，作業的批改和點評到位的敬業精神；授課時真心關愛學生，嚴格要求學生，公正對待學生的友善精神等都能起到潤物細無聲的價值引領作用.在課堂外，教師對于學術研究上追求真理，勇于探索科學精神和恪守學術規范，誠實守信的道德品質，是對學生最好的榜樣教育.此外學生在課堂之外參加的各類型的實踐課程、創新創業實踐實訓活動、校內外志愿服務和其他社會實踐活動等，可以讓學生在實踐中體會馬克思理論方法有助于分析和解決實際問題，體會敬業、誠信、友善有助于工作的順利開展和良好人際關系的形成，體會科學的思維方法和科學精神有助于勇于挑戰、開拓創新.

4 結論

半導體物理與器件課程的教學全過程貫穿思政教育指導思想和核心內容，課程內容全方位展現科學精神，可以通過優化設計實現價值引領的課程目標、融入思政教育的課程內容、運用融合創新的教學方法，多平臺育人的方式將課程思政貫穿于課程教育的各環節中，努力實現半導體知識傳授和能力培養的同時引導學生建立正確的價值觀、人生觀、世界觀，以此培養德才兼備的時代新人.