基于OBE理念的半导体工艺类课程教学改革初探
张云山 许吉 万洪丹
摘?要：半导体工艺类课程是高等院校电子信息类专业的重要课程之一，此类课程以半导体物理、固体物理等为基础，针对半导体类器件的制作工艺流程展开教学。半导体工艺类课程内容涉及知识面广，综合性强，在课程内容和教学方式等方面存在一些问题。本文基于成果导向教育理念（OBE），以《光电子器件工艺与设计》课程为例，分析和总结该课程存在的问题，提出该课程的教学内容、授课方式、考核方法等方面的改革策略，着力培养学生在半导体工艺技术领域的创新和实践能力。
关键词：成果导向;教学改革;半导体工艺;光电子器件工艺
中图分类号：G642
一、绪论
半导体工艺类课程是高等院校电子信息类专业非常重要的专业课程之一，此类课程重点培养学生在半导体器件结构设计与工艺制造方面的实践和创新能力[1]。然而半导体工艺类课程以半导体物理、固体物理等理论课程为基础，以材料生长、光刻、刻蚀等比较程序化的工艺流程知识作为授课内容，涉及知识面非常广，在较短的课时内很难让学生对半导体工艺内容有较好的掌握，更不用说培养创新和实践能力了。2016年6月2日，我国成为《华盛顿协议》正式缔约成员，“复杂工程问题”的解决能力成为认证工程专业毕业生必须具备的核心能力。成果导向（OBE）理念是工程教育必须遵循的教育理念[2-4]。原来的半导体工艺类课程存在一些共性的问题，不再符合OBE教育理念的要求。本文以《光电子器件工艺与设计》课程为例，分析课程内容和教学过程存在的问题，基于OBE教学理念对《光电子器件工艺与设计》课程进行改革，明确教学目标，提出相应的改革策略，重新设计课程内容和教学方法，培养学生的创新意识和分析解决半导体工艺领域复杂工程问题的能力。
二、光电子器件工艺与设计课程存在的问题
（一）课程内容与课时不匹配，以理论教学为主
光电子器件工艺与设计课程涉及的内容包括半导体材料的制备与外延生长、光刻工艺、电子束曝光、刻蚀、薄膜制备等。每一项工艺又涉及到半导体物理、固体物理、化学等基础知识。之前该课程只有32学时，学生很难在如此短的时间内掌握如此多的内容。并且32学时全部是理论教学内容，由于内容都是程序化的工艺流程和工艺参数，对于没有做过工艺的学生来说，内容枯燥很难激起学生的学习兴趣和学习主动性，教学效果一般。另外，由于课时少，授课压力大，授课老师和学生之间的互动和辅导时间被压缩，进一步降低了教学效果。
（二）教学方式比较单一，理论灌输为主
光电子器件工艺与设计课程所涉及的工艺流程很难让学生亲自动手去做，内容相对抽象。而课程的教学方式比较单一，主要是以理论灌输式课堂教学为主，没有结合先进的现代化教学方式。教学过程只注重灌输理论知识没有关注学生实践能力的培养。
（三）考核评价方式单一，试卷考核占主导
光电子器件工艺与设计课程以期末试卷考试为主要考核方式，考核内容主要是理论知识，最后的总评成绩是卷面成绩与平时成绩相结合计算出来的。成绩中只体现了学生对工艺理论知识的掌握情况，并不能反映学生能力的培养效果。
三、基于OBE理念的光电子器件工艺与设计课程改革
（一）确立符合OBE理念的课程目标
OBE理念能够很好地解决传统教学中存在的问题，它以预期学习所达到的目标为中心来设计、实施和评价教学。OBE理念强调最终学习成果、注重实践过程、强调以学生为中心。OBE理念下课程目标是自上而下建立的，也就是学校根据国家和行业发展的需求制定本科专业的培养目标，然后根据培养目标来合理设计该专业的毕业要求，而毕业要求的达成则需要通过课程体系来支撑，课程体系中的不同课程要支撑毕业要求中不同的毕业要求指标点，课程目标就是根据其支撑的毕业要求指标点来设计的。
根據OBE理念制定的光电子器件工艺与设计课程的目标如下：
课程目标①：掌握光电子器件的原理、结构和性能，使学生了解光电子器件的制备工艺技术，具备描述和分析光电子器件工艺复杂问题的理论基础;
课程目标②：培养学生能够针对光电子器件工艺领域复杂问题的解决方案，能够设计满足特定要求的光电子器件，并确定相应工艺制作流程;
课程目标③：培养学生利用专业的计算机软件对光电子器件工艺及相关领域的具体问题进行设计和仿真，对结果进行预测和模拟，并理解其局限性。
以上课程目标与毕业要求指标点的对应关系
（二）基于OBE理念优化课程内容
光电子器件的发展日新月异，更新换代非常迅速，新工艺和新器件不断涌现。光电子器件与工艺课程内容要紧跟新技术的发展步伐，优化课程内容，摒弃过时老旧的内容。培养学生对新技术的感知度，引领学生探索发现光电子器件和工艺的发展趋势。在拓展新的课程理论内容的同时，增加相应的上机实践内容。上机实践内容引入专业的半导体工艺仿真软件，与理论课程内容结合，培养学生对光电子器件工艺的设计和仿真能力。优化后的课程内容与能力培养矩阵关系如表2所示：
（三）优化课堂教学方式
OBE理念以培养学生创新和实践能力为主要目的，注重教育输出结果。能力的培养不能单靠传统的课堂灌输式教学方式。本课程将根据不同的教学内容采用不同的教学方式以提高教学效果。一是利用现代多媒体技术和多种教学APP软件（如雨课堂、问卷星等）实现多种多样的课堂互动和课后辅导答疑，提高理论教学效果;二是合理利用相关工艺的视频内容，比如电子束曝光工艺视频、刻蚀工艺视频等，将抽象内容形象化和具体化;三是部分教学内容可采用翻转课堂形式，例如材料生长工艺包含金属有机化学气相沉积工艺、分子束外延工艺、液相外延工艺等，部分材料生长工艺内容可以让学生自己搜集资料，制作课件，并进行课堂讲解，让学生提出问题集体讨论;四是将上机内容与理论内容紧密结合，利用上机仿真练习加深理论学习，理论与实践结合培养学生在光电子器件工艺方面实践能力。
（四）更注重过程的考核方式
改革后的光电子器件工艺与设计课程的考核方式更加多样化，更加注重学生学习过程的考核。一是对学生整个学习过程考核评估，以教学过程中学生参与学习活动及其分析、解决问题能力为考核指标;二是在教学过程中，教师让学生明确课程性质、章节的学习目标、课堂学习要求、具体考核方法，进而学生可以合理地规划自己的学习时间。新的考核方式课程的总成绩应该涵盖学生的分组讨论参与度、PPT汇报情况、作业、上机仿真、线上学习、随堂任务、期末考试等部分。
四、结语
本文以光电子器件工艺与设计课程为例，分析了半导体工艺类课程普遍存在的问题，基于OBE理念提出了課程改革的策略：一是确立符合OBE理念的课程目标，根据毕业要求指标点合理设计课程目标;二是基于OBE理念优化课程内容，增加了上机实践环节;三是优化课堂教学方式，采用多媒体教学、翻转课堂、上机实践与课堂讲授相结合的方式;四是制定更注重过程的考核方式。通过课程改革，提高学生在半导体器件工艺与设计方面的创新和实践能力。
参考文献：
[1]马奎.关于半导体器件物理课程教学方法改革的几点考虑[J].教育教学论坛，2020，（022）：216-218.
[2]王文生，邓丽.基于OBE的大学计算机基础混合式教学改革实践[J].科教导刊，2020，（30）：31-32.
[3]姚静，王佩.基于OBE教学理念的项目驱动式专业课程教学设计——以《液压与气压传动》为例[J].教学研究，2017，（3）：87-91.
[4]张其亮，陈永生.基于OBE的多维度阶梯式实践教学体系构建[J].实验室研究与探索，2018，37（03）：206-209.
基金项目：本文由南京邮电大学校级教改项目“工程教育认证背景下专业基础核心课程评价体系的建立——以《电磁场理论与光波导技术》课程为例”（JG03318JX04）和“基于CDIO工程教育理念的光电类专业毕业设计改革研究与实践”（JG10619JX15）资助
作者简介：张云山（1982—?），男，汉族，博士，副教授，硕导，研究方向：光子集成与光通信;许吉（1983—?），女，汉族，博士，副教授，硕导，研究方向：微纳光子学;万洪丹（1984—?），女，汉族，博士，副教授，硕导，研究方向：光子学与光通信。
