半导体物理学课程教学大纲

半导体物理学课程教学大纲（共9篇）

半导体物理学课程教学大纲 篇1

《半导体物理学》课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称：《半导体物理学》

所属专业：物理学（电子材料和器件工程方向）

课程性质：专业课

学 分：4学分

（二）课程简介、目标与任务：

《半导体物理学》是物理学专业（电子材料和器件工程方向）本科生的一门必修课程。通过学习本课程，使学生掌握半导体物理学中的基本概念、基本理论和基本规律，培养学生分析和应用半导体各种物理效应解决实际问题的能力，同时为后继课程的学习奠定基础。

本课程的任务是从微观上解释发生在半导体中的宏观物理现象，研究并揭示微观机理；重点学习半导体中的电子状态及载流子的统计分布规律，学习半导体中载流子的输运理论及相关规律；学习载流子在输运过程中所发生的宏观物理现象；学习半导体的基本结构及其表面、界面问题。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：

本课程的先修课程包括热力学与统计物理学、量子力学和固体物理学，学生应掌握这些先修课程中必要的知识。通过本课程的学习为后继《半导体器件》、《晶体管原理》等课程的学习奠定基础。

（四）教材与主要参考书：

［1］刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学（第7版）［M］.北京：电子工业出版社.2011.［2］黄昆,谢希德.半导体物理学［M］.北京：科学出版社.2012.［3］叶良修.半导体物理学（第2版）［M］.上册.北京：高等教育出版社.2007.［4］S.M.Sze, Physics of Semiconductor Devices(2nd ed.), Wiley, New York, 2006.二、课程内容与安排

第一章 半导体中的电子状态

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节

半导体的晶格结构和结合性质 半导体中的电子状态和能带

半导体中电子的运动 有效质量 本征半导体的导电机构 空穴 回旋共振

硅和锗的能带结构 第七节 第八节 第九节 第十节 III-V族化合物半导体的能带结构 II-VI族化合物半导体的能带结构 Si1-xGex合金的能带 宽禁带半导体材料

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约8-10学时。限于学时，第8-10节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章将先修课程《固体物理学》中所学的晶体结构、单电子近似和能带的知识应用到半导体中，要求深入理解并重点掌握半导体中的电子状态（导带、价带、禁带及其宽度）；掌握有效质量、空穴的概念以及硅和砷化镓的能带结构；了解回旋共振实验的目的、意义和原理。

本章的重点包括单电子近似，半导体的导带、价带、禁带及其宽度，有效质量，空穴，硅、砷化镓的能带结构。难点为能带论，硅、砷化镓能带结构，有效质量。第二章 半导体中杂质和缺陷能级

第一节 第二节 第三节 第四节 硅、锗晶体中的杂质能级 III-V族化合物中的杂质能级

氮化镓、氮化铝、氮化硅中的杂质能级 缺陷、位错能级

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约3-4学时。限于学时，第3节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要介绍在常见半导体的禁带中引入杂质和缺陷能级的实验观测结果。要求学生根据所引入的杂质能级情况，理解杂质的性质和作用，分清浅能级杂质和深能级杂质；重点掌握施主杂质和n型半导体、受主杂质和p型半导体的概念；掌握杂质电离、电离能、杂质补偿、杂质浓度的概念，了解缺陷、位错能级的特点和作用。

本章的重点包括施主杂质和施主能级，受主杂质和受主能级，浅能级杂质和深能级杂质，n型半导体和p型半导体，杂质补偿作用等。难点为杂质能级，杂质电离过程。第三章 半导体中载流子的统计分布

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 状态密度

费米能级和载流子的统计分布 本征半导体的载流子浓度 杂质半导体的载流子浓度 一般情况下的载流子统计分布 简并半导体

电子占据杂质能级的概率

（一）教学方法与学时分配 课堂讲授，大约8-10学时。限于学时，第7节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论半导体中载流子浓度随温度的变化规律，解决如何计算一定温度下半导体中热平衡载流子浓度的问题。通过本章的学习，要求掌握状态密度、费米分布和玻尔兹曼分布、费米能级、导带和价带有效状态密度的概念；重点掌握应用电中性条件和电中性方程，推导本征半导体的载流子浓度，计算在各种不同杂质浓度和温度下杂质半导体的的费米能级位置和载流子浓度；掌握非简并半导体和简并半导体的概念以及简并化条件。

本章重点包括波矢空间的量子态分布、半导体导带底、价带顶附近的状态密度计算，费米分布函数和玻耳兹曼分布函数及其物理意义，本征半导体、杂质半导体载流子浓度的计算。难点为半导体导带底、价带顶附近的状态密度计算，费米能级和载流子的统计分布，杂质半导体载流子浓度的计算。第四章 半导体的导电性

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 载流子的漂移运动和迁移率 载流子的散射

迁移率与杂质浓度和温度的关系 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 玻耳兹曼方程、电导率的统计理论 强电场下的效应、热载流子 多能谷散射、耿氏效应

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约7-8学时。限于学时，第5节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论载流子在外加电场作用下的漂移运动，讨论半导体的迁移率、电导率随温度和杂质浓度的变化规律。要求重点掌握迁移率的概念；掌握电离杂质散射、晶格振动散射的机理、散射几率与杂质浓度及温度的关系；掌握迁移率、电导率（电阻率）与杂质浓度及温度的关系；了解强电场效应以及砷化镓的负微分电导、耿氏效应。

本章重点包括电导率、迁移率概念及相互关系，迁移率、电阻率随温度和杂质浓度的变化规律，强电场效应。难点为载流子的散射机构，电导率与迁移率的关系，强电场效应。

第五章 非平衡载流子

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节

非平衡载流子的注入与复合 非平衡载流子的寿命 准费米能级 复合理论 陷阱效应

载流子的扩散运动

载流子的漂移运动，爱因斯坦关系式 连续性方程式

硅的少数载流子寿命与扩散长度

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约10学时。限于学时，第9节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论非平衡载流子的产生、复合及其运动规律。通过学习，要求掌握非平衡载流子的产生、寿命、复合及其复合机构，准费米能级，陷阱效应，载流子的漂移和扩散等概念；掌握非平衡载流子的复合理论；了解爱因斯坦关系；理解并灵活应用电流密度方程和连续性方程。

本章重点包括非平衡载流子的产生、复合，非平衡载流子寿命，载流子的扩散和漂移运动，连续性方程运用等。难点为复合理论，爱因斯坦关系，连续性方程的应用。第六章 pn结

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 pn结及其能带图 pn结电流电压特性 pn结电容 pn结击穿 pn结隧道效应

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约6-7学时。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论pn结的性质。通过学习要求掌握pn结的物理特性、能带结构以及接触电势差的计算；掌握I-V特性、结电容的推导；了解pn结的击穿机制和隧道效应。

本章重点包括空间电荷区，pn结接触电势差，载流子分布，I-V特性，结电容，击穿机制，隧道效应等。难点为I-V特性，结电容。第七章 金属和半导体的接触

第一节 金属半导体接触及其能级图 第二节 金属半导体接触整流理论 第三节 少数载流子的注入和欧姆接触

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约3-4学时。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论金属半导体接触。通过本章学习，要求掌握理想和实际的金-半接触的能带图；对其电流传输理论的几种模型的建立、表达式的推导和应用有所了解；掌握实现良好欧姆接触和整流接触的原理和方法。

本章的重点包括金属和半导体接触的能带弯曲过程分析及简图画法。难点为金属和半导体接触的能带弯曲过程分析，热电子发射理论。第八章 半导体表面与MIS结构 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 表面态

表面电场效应

MIS结构的C-V特性 硅-二氧化硅系统的性质 表面电导及迁移率

表面电场对pn结特性的影响

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约4学时。限于学时，第5、6节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论半导体的表面现象及其相关的理论，侧重于实际的半导体表面。通过学习，要求学生了解表面状态；掌握理想MIS结构的表面电场效应、电容电压特性；学会对实际MIS结构中出现的各种情况进行分析；掌握如何用C-V法来研究半导体的表面状况；了解Si-SiO2系统的性质。

本章的重点包括半导体表面电场效应，MIS结构的C-V特性。难点为Si-SiO2系统的性质。

第九章 半导体异质结构

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 半导体异质结及其能带图

半导体异质pn结的电流电压特性及注入特性 半导体异质结量子阱结构及其电子能态与特性 半导体应变异质结构 GaN基半导体异质结构 半导体超晶格

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约5-6学时。限于学时，第4-5节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论半导体异质结的能带结构、异质pn结的I-V特性与注入特性及各种半导体量子阱结构及其电子能态等。通过学习要求学生重点掌握各种理想异质结能带结构及其画法；了解异质pn结的I-V特性和注入特性；了解异质结几种电流传输模型和重要应用；了解异质结的调制掺杂、高迁移率特性、二维电子气、应变异质结、半导体量子阱和超晶格在现代半导体器件中的应用。

本章的重点是理想异质结能带结构及其画法，半导体量子阱和超晶格结构的特性及其在现代半导体器件中的应用。难点为异质结能带图的画法。第十章 半导体的光学性质和光电与发光现象

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节

半导体的光学常数 半导体的光吸收 半导体的光电导

半导体的光生伏特效应 半导体发光 半导体激光

半导体异质结在光电子器件中的应用

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约7-8学时。限于学时，第6、7节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论光和半导体相互作用的一般规律，重点讨论光的吸收、光电导和发光等效应。通过学习，要求学生重点掌握半导体的光吸收和光电导特性；掌握光生伏特效应和太阳电池、半导体发光和LED的机理及其应用；了解各种光敏器件和半导体激光器等。

本章的重点包括半导体的光吸收及发光现象，半导体光电导，光生伏特效应，半导体激光等。难点为光电导效应，电致发光机构。

第十一章 半导体的热电性质

第一节 热电效应的一般描述 第二节 半导体的温差电动势率 第三节 半导体的珀尔帖效应 第四节 半导体的汤姆逊效应 第五节 半导体的热导率 第六节 半导体热电效应的应用

（一）教学方法与学时分配

限于学时，本章可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论由温度梯度及电流同时存在时引起的现象，介绍产生这些现象的物理机理。通过学习，要求了解半导体的热电效应的种类、应用和物理机制；掌握半导体温差电动势率的计算和影响因素。

本章的重点包括塞贝克效应，珀尔帖效应，汤姆逊效应，开耳芬关系，温差电动势率和热导率。难点为温差电动势率。第十二章 半导体磁和压阻效应

第一节 霍耳效应 第二节 磁阻效应 第三节 磁光效应 第四节 量子化霍耳效应 第五节 热磁效应 第六节 光磁电效应 第七节 压阻效应

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约3学时。限于学时，第3-7节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章扼要讲述半导体在磁场中发生的各种效应以及对半导体施加压力时产生的压阻效应。通过学习，要求掌握半导体霍耳效应物理机制和应用；了解磁阻效应、磁光效应、量子化霍耳效应、热磁效应、光磁电效应、压阻效应等。

本章重点包括霍耳效应，磁阻效应，热磁效应，光磁电效应，压阻效应。难点为量子化霍耳效应。

第十三章 非晶态半导体

第一节 非晶态半导体的结构 第二节 非晶态半导体中的电子态

第三节 非晶态半导体中的缺陷、隙态与掺杂效应 第四节 非晶态半导体中的电学性质 第五节 非晶态半导体中的光学性质 第六节 a-Si:H的pn结与金-半接触特性

（一）教学方法与学时分配

限于学时，本章可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论非晶态半导体的基本特性。通过学习要求了解非晶态半导体的结构、电子态的特征，理解迁移率边、带隙态与掺杂效应的物理意义；掌握非晶态半导体光学、电学性质的特点以及应用。

本章的重点包括非晶态半导体的能带结构，迁移率边，带隙态与掺杂效应，非晶态半导体的导电机制和光电导，SW效应等。难点为非晶态半导体的迁移率边，带隙态与掺杂效应。

制定人：贺德衍

审定人： 批准人： 日 期：

半导体物理学课程教学大纲 篇2

随着半导体技术和集成电路的飞速发展, 现代半导体产业已经形成了设计—制造—封装测试的完整产业链, 其应用覆盖了电脑、汽车电子、激光器、太阳能电池、光纤通讯、半导体照明及平板显示等各个领域, 年销售额超过3000亿美元, 已然成为国民经济发展中的重要战略产业[1]。作为掌握半导体技术的一门先导性课程, 半导体物理与器件课程旨在研究半导体材料和器件的基本性能和内在机理, 是研究集成电路工艺、设计及应用的重要理论基础。该课程理论较为深奥、知识点多、涉及范围广、理论推导复杂、学科性很强, 对于学生的数学物理的基础要求较高[2]。而现行的教材特点及传统教学方式大都强调繁琐的理论推导, 容易使学生陷入“只见树木, 不见森林”的境地, 在茫茫的公式海洋中逐步丧失学习兴趣, 影响了课程的教学质量。因此迫切需要对这些问题与不足进行改革, 优化和整合教学内容。本文从注重物理学史的介绍、理论推导与定性分析相结合、利用形象化教学、注重理论和实践相结合以及培养学生查阅文献能力五个方面, 对课程的教学改革进行了若干思考, 力求为学生呈现一个条理清晰、理论分析简练、物理图像明确、多方互动的教学过程, 逐步培养学生学习半导体物理与器件课程的兴趣, 促进教学质量的提高。

1 加强半导体物理学史的介绍

物理学是研究物质的组成及其运动规律的基础科学, 是自然科学的基础。而物理学史是研究物理学概念、定律和定理的起源、发展、变化, 揭示其发生、发展的原因和规律的一门学科, 充分体现了人类认识自然界由简单到复杂、由表面到本质的认知过程, 其中包含了大量的方法论和认识论, 蕴涵了丰富的科学素质和人文精神。打个比方, 在教学中讲物理学理论, 会给学生以知识, 而讲物理学史, 则会给学生带来智慧。牛顿说过:“如果说我比别人看得远一点, 那是因为我站在巨人的肩上。”著名的物理学家朗之万也曾指出:“在科学教学中, 加入历史的观点是有百利而无一弊的。”因此在半导体物理与器件的教学过程中, 适当穿插物理学史的内容, 把物理知识的来龙去脉作出历史的叙述, 不但能激发学生学习兴趣、活跃课堂气氛, 而且还具有以下两方面的作用:首先有助于学生对半导体物理与器件知识点的系统化。记忆一段充满探索者思索与创造、艰辛与执着、悲欢与激情的历史肯定要比一堆单纯、枯燥的公式容易多了。例如, 半导体物理的理论基础就是量子力学, 而量子力学之所以出现就在于诸多经典物理学无法解释的实验现象。从黑体辐射引出了普朗克的辐射量子化假设、光电效应引出了爱因斯坦的电磁波能量量子化、分立原子光谱的观测到原子模型的建立过程、再到德布罗意物质波理论、薛定谔方程的建立和求解以及能带理论的建立等等, 了解了物理学史的发展, 就系统地串联了课程的知识点;其次有助于培养学生的科学素养。科学素养与知识相比是更深层次的东西, 是对知识本质的理解、内化和激活, 它包含科学知识、科学思想、科学态度和科学方法。把知识教育的基本内容同历史发展过程结合起来, 让学生了解科学家发现物理概念、物理规律的历史过程, 循着科学家的思维方法和探索途径来“发现”物理概念和规律, 敢于持怀疑、辩证的态度来看待科学问题, 学会运用观察和实验、类比和联想、猜测和试探、分析和综合、佯缪和反正、科学假设等科学方法来研究问题, 使自身的科学素养得到提升[3,4]。

2 理论推导与定性分析相结合

半导体物理与器件课程最典型的特点就是公式多, 理论推导复杂, 通常要求学生具有较高的数学物理基础。但是如果一味地追求理论推导, 则容易让学生陷入困境, 不知所措。例如在讲解量子隧道效应的时候, 通常需要先求解一维无限高方势阱中粒子的薛定谔方程, 以获得粒子在势阱中的波函数分布, 然后再求解一维有限高方势阱粒子的波函数。这两个步骤涉及了大量的理论计算, 尤其是后者的计算更为复杂, 完全推导完需要耗费大量的时间和精力, 也容易使学生感到反感。实际上, 在求解获得一维无限高方势阱中粒子的波函数之后, 就可以采用定性的方法去分析有限高势阱中粒子的运动行为。在一维无限高方势阱中, 由于假设了边界处势垒能量是无穷大, 因此波函数的导数在边界处是不连续的。然而在有限高势阱中, 由于边界处的势能是有限值, 因此不仅波函数在边界处连续, 其导数在边界处也必须连续。可以想象, 其波函数在边界处一定是渐变的, 势必延伸到势阱外, 亦即波函数在势阱外也不为零, 说明势阱中的粒子有通过势垒的可能性。按照经典物理的理解, 粒子将会百分之百被势垒弹回, 而不可能通过势垒, 但在量子力学中就完全不同了, 一部分粒子将穿透势垒到势阱外, 这种现象就称为隧道效应。同样在考虑粒子穿透势阱的概率问题。也可以采用定性分析的方法。例如, 粒子的质量、具有的能量、势垒的高度、还有势垒的厚度, 它们与穿透概率之间可能的关系是什么。采用类比的方法引导学生进行定性分析, 好比一个人要穿越一堵墙壁, 如果墙的高度一定, 那么弹跳能力好的人, 肯定更容易翻墙而过。弹跳能力的好坏可以视为粒子具有的能量大小, 因此可以很直观理解, 穿透概率和粒子能量的若干次方成正比关系, 能量越大, 越容易穿越。同样可以举墙壁高低、胖子瘦子翻墙等例子来定性探讨微观粒子的隧穿行为。

3 充分利用形象化教学

为了能够让学生直观理解半导体物理与器件中各种抽象的物理概念、模型, 需要采用形象化教学方法。一方面要利用现代多媒体教学手段, 制作必要的课件来模拟物理模型以及相关的物理过程。同时要善于利用周围的环境来帮助学生理解物理概念和模型。如教室里规则排列的座位和男女同学, 在课程的教学中就非常有用:座位可以抽象成二维的晶体点阵, 座位上全部坐男同学是一种情况, 座位上全部坐女同学又是另一种情况, 虽然物质构成不同了, 但是点阵结构相同, 很好地诠释了晶体结构等于点阵加基元的概念。利用座位还可以讨论晶向、原子线密度、晶列间距等概念。在讨论电子, 空穴导电机制的时候, 把坐满人的座位看着满价带, 教室最前面一排空着的位置看成空带, 人的移动好比电子的移动, 这样很容易理解在外电场作用下, 价带、空带以及导带的导电行为, 同时对于电子激发后产生的空穴及运动行为也提供了更为形象的认识。再比如, 利用工科班级女生远比男生少的特点, 可以说明少数载流子 (女生) 和多数载流子 (男生) 的概念。假设班级有4个女生, 40个男生, 当有光照产生非平衡载流子时, 例如产生5个女生和5个男生, 显然非平衡载流子对于少数载流子的影响要远远大于对多数载流子的影响, 通过这种形象类比的方式, 就能帮助学生很好地理解为什么非平衡载流子都是指非平衡少数载流子的原因。

4 坚持理论与应用相结合

学习半导体物理和器件就是为了在理论知识和实际应用之间架设一座桥梁。在教授理论知识的同时, 一定要多举一些应用的实例, 这样不仅有利于学生理解理论知识, 还可以大大提升学生学习的动力, 培养专业兴趣。例如讲完量子隧道效应后, 其典型的应用实例就是扫描隧道显微镜 (STM) 的发明。通过对STM工作原理的分析, 并制作动画模拟其金属针尖扫描样品的表面和收集隧道电流的过程, 激发学生的兴趣。结合PN结空间电荷区的形成以及光生载流子的知识, 讲解太阳能电池的一般工作原理和设计思路, 进而拓展到整个光伏产业的发展和当前形势。在电子受激辐射的基础上说明激光的产生和应用。结合能带理论和载流子的产生与复合说明发光二极管 (LED) 的工作原理, 以及LED照明工程的发展和进展。在学习晶体管工作原理的基础上, 让学生进一步了解现代集成电路朝纳电子方向发展所遇到的挑战和发展轨迹[5,6]。通过理论和实践应用的高度结合, 可以让学生不光看见树木, 还看见森林, 理解学习半导体物理与器件是为了“学以致用”。

5 培养学生文献调研的能力

教师课堂的授课只是传播知识的一种途径, 而大学的教育更重要是要培养学生的自我学习能力。网络是当今科技发展的重要产物, 网络上也充满了各种各样的丰富知识, 培养学生通过网络进行资料调研对于半导体物理与器件课程的学习大有裨益。在文献调研的过程中, 让学生充分、及时地了解半导体产业发展的相关动态, 学会“精读”和“略读”文献, 在吸收文献知识的基础上, 进一步条理化、规整化课堂所学的内容, 甚至有所创新。具体教学过程中, 可以针对不同的知识点, 安排学生课后进行相应的文献调研和总结, 并以PPT的形式做一个简短的文献汇报。让学生与教师互换角色, 加强互动, 互相促进。

6 结语

《半导体物理与器件》课程的教学改革是顺应半导体技术和产业发展的必然要求, 尤其对于工科的学生, 更要了解物理问题是从哪里来的, 并发展应用到什么地方。在教学的过程中, 要避免盲目繁琐的公式推导, 避免单一的教学方式, 通过引入物理学史、定性分析问题、形象化教学等教学手段促进学生学习的兴趣, 提高课程的教学质量。积极推动高等学校人才的培养和学科建设工作。

摘要：《半导体物理与器件》课程是电子科学技术专业的一门核心课程, 是半导体物理与半导体产业之间连接的桥梁。本文针对课程知识点多、理论推导过程复杂等特点, 阐述了加强物理学史的介绍、理论推导与定性分析相结合、充分利用形象化教学、理论和实践相结合以及培养学生文献查阅能力五个方面对课程教学改革的重要意义, 充分激发学生的学习兴趣, 提升课程的教学效果。

关键词：半导体物理与器件课程,物理学史,定性分析,形象化教学

参考文献

[1]施敏.半导体器件物理与工艺.2版[M].苏州:苏州大学出版社, 2002.

[2]刘恩科, 朱秉升, 罗晋生.半导体物理学[M].北京:电子工业出版社, 2008.

[3]胡化凯.物理学史二十讲[M].合肥:中国科学技术大学出版社, 2009.

[4]徐克尊, 陈向军, 陈宏芳.近代物理学[M].合肥:中国科学技术大学出版社, 2008.

[5]Donald A.Neamen.半导体物理与器件[M].北京:清华大学出版社, 2003.

《半导体物理学》课程教学探索 篇3

摘 要 《半导体物理学》课程是微电子专业教学中的重点课程，其具有理论性强、教学模式单一、教学内容更新慢等特点。针对这些特点，结合学校微电子专业建设课程的需要，本文对《半导体物理学》课程进行探索。

关键词 半导体物理学 课程探索

中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）02-0001-01

信息技术的基础是微电子技术，随着半导体和集成电路的迅猛发展，微电子技术已经渗透到电子信息学科的各个领域，电子、通信、控制等诸多学科都融合了微电子科学的基础知识。《半导体物理学》是微电子技术的理论基础，是电子科学与技术、微电子学等专业重要的专业基础课，其教学质量直接关系到后续课程的学习效果以及学生未来的就业和发展。但是，《半导体物理学》具有理论性强、教学模式单一、教学内容更新慢等特点，使得学生在学习过程中存在一定的难度。因此，本文从课堂教学实践出发，针对目前教学过程中存在的问题与不足，对微电子专业的《半导体物理学》课程进行探索。

一、教学内容的设置

重庆邮电大学采用的教材为电子工业出版社刘恩科主编的《半导体物理学》，该教材具有知识体系完善、涉及知识点多、理论推导复杂、学科交叉性强等特点，需要学生有扎实的固体物理、量子力学、统计物理以及数学物理方法等多门前置学科的基础知识。另外，我们开设的学生对象为微电子相近专业的学生，因而在课程内容设置时有必要考虑学生知识水平及其知识结构等问题。虽然微电子学相近专业开设了大学物理等课程，但是大部分专业未开设量子力学、固体物理及热力学统计物理等前置课程，学生缺少相应的背景知识。因此，我们在《半导体物理学》课程内容设置上，需要将部分量子力学、固体物理学及统计物理学等相关知识融合贯穿在教学中，避免学生在认识上产生跳跃。

从内容上，依据课程大纲《半导体物理学》主要分为两大部分，前半部分着重介绍半导体的电子状态及对应的能带结构，电子有效质量、杂质和缺陷能级、载流子的统计分布，半导体的导电性与非平衡载流子，在此基础上进一步阐述了费米能级、迁移率、非平衡载流子寿命等基本概念；后半部分对典型的半导体元器件及其性能进行了深入分析。基于以上分析，半导体物理课程对授课教师要求较高，需要教师采用多样化的教学手段，优化整合教学内容，注重理论推导与结论同相关电子元器件的实际相结合，使学生较好地理解并掌握相关知识。

二、教学方法与教学手段

为了让学生能较好地掌握《半导体物理学》中涉及的理论及模型，需要采用多样化的教学方法和手段。基于《半导体物理学》课程的特点，在传统黑板板书基础上，充分利用PPT、Flash等多媒体软件，实物模型等多种信息化教学手段，模拟微观过程，使教学信息具体化，逻辑思维形象化，增强教学的直观性和主动性，从而达到提高课堂教学质量的目的。

三、考核方式的改革

为了客观地评价教学效果和教学质量，改革考核方式是十分必要的。针对《半导体物理学》课程特点，对考核方式作如下尝试：（1）在授课过程中，针对课程的某些重点知识点，设计几个小题目，进行课堂讨论，从而增强学生上课积极性及独立思考能力；（2）学期末提交针对课程总结的课程论文，使学生在对课程有更深入了解的同时激发学生的创造积极性。

《半导体物理学》是微电子技术专业重要的专业基础课，为后续专业课程的学习打下理论基础。要实现《半导体物理学》这门课的全面深入的改革，还有待与同仁一道共同努力。

参考文献：

[1]汤乃云.微电子专业“半导体物理”教学改革的探索[J].中国电力教育，2012，（13）.

[2]陈国英.《半导体器件物理基础》课程教学的思考[J].南京：电气电子教学学报，2007.

基金项目：（1）重庆市高等学校教学教改研究重点项目（编号：132014）；（2）重庆市教育科学“十二五”规划课题（2014GX.006）；（3）重庆邮电大学校级教育教学改革项目（适应行业和区域发展的集成电路工程大类专业创新人才培养模式研究，XJG1505；（4）重庆邮电大学宜伦学院微电子科学与工程专业实验班（2015YL-04）.

半导体物理教学论文 篇4

摘要

知识、技能、情感、态度是研究性学习不可或缺的四要素，当然，对主体性和创造性价值的培养也同样重要,以此方式促进教师向以学生为主体这一现代教学理念的转变。我们将研究性学习思想引入到半导体物理的教学活动中，来探讨研究型学习教学模式对学生学习方式与学习兴趣的影响。

关键词

研究性学习;半导体物理;微电子技术;教学

前言

微电子技术已经发展的越来越广泛，已经应用到生活中的各个领域。随着半导体、集成电路技术的发展的越来越快，继续研究半导体基础理论是非常重要的。目前,大多数高校工科学生现在都重视做实验而忽视了理论的发展,而对于微电子学专业的学生来说,是重视电路的设计而忽视了半导体的发展，所以，学生学习半导体物理的积极性并不高,这与教学课程设计有很大的关系，教学中理论联系实际缺乏，教学方法单一等都是造成学生积极性不高的原因。而半导体物理是微电子学专业一门重要的专业基础课，主要内容包括能带的概念、本证光谱和能带结构、杂质电子态、载流子运输、半导体表面和界面、非晶态半导体、非平衡载流子和运动规律等基本概念和理论，这些知识为学生后面进行相关学科的学习奠定了基础。在半导体物理的专业实验课上开展诸如半导体电阻率、非平衡少数载流子寿命、电容电压特性和霍尔迁移率测量等简单的测试性实验。在实验过程中，实验的操作和实验数据的处理过于简单化，而且，实验时长安排不妥，学生往往用不到一半的时间就可以完成全部内容，所以，实际上，学生在实验过程中收获的并不是很多。综上所述，在半导体物理的教学过程中还存在一些不足需要改进，内容如下:

(一)基础知识掌握不牢固。半导体物理涉及的内容包括固体物理、量子力学等多门学科。这样学生所学知识点变得更多，头绪不清，不知道什么是重点，对基本概念的理解更是不清不楚，且不能将所学的知识融会贯通。

(二)教材上的内容不能随发展而变。也就是说教材的教学内容更新已经跟不上半导体相关科学知识的飞速发展。因为半导体学科领域极速发展,不断涌现新理论和新成果。

(三)教学枯燥无味。只靠教师口述教学内容会让学生感觉内容枯燥、缺乏学习兴趣。教学内容抽象化学生被强加灌输知识，导致学习者在学习方面缺乏主动性和创造性。

(四)学生自主学习主管能动性差。现在的教学模式显得被动、单一，这样的教学模式只会导致学生学习兴趣不高，自主学习和主动探索的能力差。

(五)学生动手能力差。实验课的设置较少，学生动手的机会也就少了，导致学生缺乏创新精神。半导体物理的学习强调理论与实验相结合，但目前开展的实验内容单一、实验环节固化，感觉不到学生对实验的融入，不仅无法引起学生学习理论课的兴趣，也无法达到训练学生创新性的目的。我们探索并实践了将研究性学习思想引入到半导体物理的教学活动中，重视主体性和创造性价值的培养。以此方式来解决目前半导体物理教学中存在的这些问题，具体的改革如下：

一、教师教学观念的转变是实施研究性学习的前提

半导体物理的特点是概念多，理论多，物理模型抽象，不易理解，在课本上上学习，学生会感到内容枯燥，缺少直观性和形象性，学习起来比较困难。因此，教师想尽其所能改变传统的教育方式，在教学中进行专题讲座、分组讨论、充分利用PPT，flash等多媒体软件，安排学生针对具体研究问题进行研究实践等教学形式，转变教学观念，改变学习方式和状态，把学生置于学习的主体地位，创设使学生主动参与的教学情景，激发学生学习的主动性。

二、加强课程建设，根据专业特点及科技发展的需要

合理的安排教学内容，讲课内容做到丰富、全面，知识点讲解透彻，同时了解行业发展动态半导体物理学教材采用刘恩科主编的《半导体物理学》第七版，结合我校微电子学专业的具体情况，我们对该书的课内精讲教学内容进行了整合。首先把握好整体知识结构,在此基础上突出教学重点。

(一)首先做好先修知识的衔接半导体前五章为理论基础的部分，主要讲述了半导体中的电子状态，杂质和能级缺陷，载流子的统计分布，半导体的导电性与非平衡载流子，在此基础上阐述了电子的有效质量，费米能级，迁移率，非平衡载流子寿命等基本概念。第一章和第四章的知识点包括晶体结构、晶面、晶向、晶格振动、能带理论等，讲授新课之前将涉及到的知识点让学生课下进行自主学习。如果有不理解的内容可通过课下答疑的方式进行辅导。

(二)重要的知识要精细解读教师在课堂授课的时候要明确本次课程学习的主线，在主线中穿插重要的概念和主要知识点，复杂公式详细的推导过程被弱化，力求想法清楚、定义明确、难点清晰。比如在教师教授第三章的课程时，学习载流子浓度，应该让学生清楚的明白要先计算的是状态密度，然后再计算费米分布函数或者玻尔兹曼函数，最后计算出平衡时的空穴和电子的浓度。

(三)最新的知识扩充因为非常迅速发展的.现代半导体技术，以及不断拓展的技术研究方向，半导体领域的相关知识更新也很快，因此，与时俱进是教师应该做到的，时刻关注研究热点与科技前沿，更要将教学内容合理安排。对于本书中的第七章、第九章和第十章书本上的知识点不过多讲解，只做基础的介绍即可，主要讲解基本理论和基本概念，比较难的内容只做一般性的了解。教师要合理取舍教学内容，与其他课程的重叠内容要压缩，更要将教材中的陈旧知识删除。

(四)实验内容和方式的转变为调动学生实验的积极性，增加难度，我们将工艺实验中得到的产品用到测试实验中，既能够验证工艺实验的成果，也能够分析更多的实验参数，达到将理论课和实验课内容更好结合的目的，还能锻炼学生对实验数据分析和处理的能力。在实验方面也进行了研究性学习的探索，努力引导学生进行研究性实验。

三、引入研究性学习思想，培养学生文献调研能力

网络是知识的海洋，让学生利用网络来学习半导体物理相关资料提高自主学习性以及运用所学的知识进行自主创新的能力是非常重要的。把学生被动式学习的模式转化为以学生为主导的教学方式，让学生融入所设问题的情景中，引出科研中遇到的问题，并对某些问题进行讨论。在文献调研的过程中，让学生充分、及时地了解半导体产业发展的相关动态，学会“详读”和“粗读”文献，多多积累文献中涉及到半导体物理的知识，加强对课堂所学内容的理解，激发学生的创新思维。读过文献后要做出相应的总结汇报，可以以PPT的形式给出，方便其他人对文献的理解，学生也可以尝试到作为一名老师的感觉。这样师生互换角色，在教师的引导下使学生成为富有主动性的探究与学习者。四将科研融入到教学中把科研和教学结合起来，让学生明白自己学习的知识可以具体应用到生产生活的哪些方面。我们可以做的有：

(1)针对课堂教学中讲到的半导体中的物理现象或者概念应用到某一个器件的制造中，激励学生通过课程设计过程的方式参与到学院老师的项目中，通过具体的研究工作，将研究结果撰写成研究论文。

(2)将已取得的科研成果作为新的教学内容，充实到教学中去，使课堂上所讲的知识和我们实际的工业生产、生活联系起来，远离以往单一、抽象、枯燥的教学，使学生带着问题来学习新知识，鼓励学生参与真实科研项目的研究。以这两种方式提高学生了解问题、剖析问题的能力，让学生积极参与其中，把抽象的东西实物化，教学效果非常明显。综上所述，我们将以更新教学内容、改变教学观念、注重实验、实践教学、培养学生的创新精神为目的进行半导体物理的课程改革来解决教学过程中存在的一些问题。

参考文献

[1]喻思红，范湘红，赵小红.研究性学习教学模式在课堂教学中的实践及评价[J].中华护理杂志，，40(5):380-382.

[2]范秉琳，杨志军，袁建梅，等.“研究型学习”教学模式在分析化学教学中的应用[J].中国高等医学教育，，(6):62-63.

[3]董茜，李淑华.我国太阳能发电行业发展动态研究[J].科技创新导报，，(20):15-16.

初三的物理教案半导体 篇5

【教学过程设计】

方法1、学生阅读教材，教师提供一些半导体的材料，教师提出一些问题，学生阅读时思考，例如：半导体和导体、绝缘体的`有什么不同?你知道那些半导体元件?半导体都在哪些地方有应用?

方法2、对于基础较好的班级，可以采用实验探究和信息学习的方法.实例如下

实验探究：可以组织学生小组，图书馆、互联网查阅有关半导体方面的资料，小组讨论，总结半导体和导体、绝缘体的区别.

【板书设计】

1.半导体

概念

与导体、绝缘体的区别

2.半导体材料

半导体物理学课程教学大纲 篇6

·资料来源

《2013武汉大学半导体物理考研复习精编》、《2013武大半导体物理考研模拟五套卷与答案解析》是根据才志教育多年专业课考研成功辅导经验，由才志教育和武大考研研究中心组织相关物理科学与技术学院老师在严格按照最新武大官方指定参考书目和武大最新内部考研资讯并参考相关内部材料和题库的基础上，强强联合、合作编写的针对2013年武汉大学半导体物理专业课考研统考考生的精品考研专业课辅导材料。

·适用专业

《2013武汉大学半导体物理考研复习精编》、《2013武大半导体物理考研模拟五套卷与答案解析》适用于报考2013年武汉大学物理科学与技术学院（微电子学与固体电子学、物理电子学）专业及其各个研究方向的全国各地所有统考考生。

·价值说明

一、《2013武汉大学半导体物理考研复习精编》

《2013武汉大学半导体物理考研复习精编》由于其本身的新颖性和适用性、权威性和可靠性、实用性和价值性等特点，已经成为所有备考2013年武汉大学文物理科学与技术学院两个专业，硕士研究生入学考试的考生人手必备、不可或缺的专业课复习辅导精品材料。

（1）新颖性和适用性

《2013武汉大学半导体物理考研复习精编》是相关物理科学与技术学院老师在严格按照最新武大官方指定参考书目和武大最新内部考研资讯并参考相关内部材料和题库的基础上，完全针对2013年武汉大学半导体物理专业课考研统考考生而倾力编写的精品考研专业课辅导材料。其依据的官方指定参考书目、武大内部资料和内部资讯，以及编写时间，共同保障了资料的新颖性和适用性。

（2）权威和可靠性

《2013武汉大学半导体物理考研复习精编》是物理科学与技术学院相关老师严格依据半导体物理2013考研最新指定参考书目和武大最新内部考研资讯的基础上，凭借多年教学经验和对硕士研究生入学考试的深入研究的基础上编写完成的。由于其得天独厚的条件和资讯，保证了精编的权威性和可靠性。

（3）实用性和价值性

《2013武汉大学半导体物理考研复习精编》是物理科学与技术学院一线老师在对硕士研究生入学考试的深入研究和对官方指定最新参考书目的深刻洞察，以及对历年真题全面剖析的基础上删繁就精，倾力编写的。精编有意回避了不考的相关套话和案例，只对可能考察的知识点进行拓展分析，做到详略得当、考点明晰、重点突出，并对历年真题的出题风格、出题特点进行深入分析，同时给出了历年真题的详细答案解析。既保证了精编的实用性，也凸显了其价值性。

二、《2013武大半导体物理考研模拟五套卷与答案解析》

《2013武大半导体物理考研模拟五套卷与答案解析》严格按照指定书目和历年考题风格以及武汉大学相关内部材料进行编写，具有高度仿真、难度中上、全面解析、总结考试中心命题变化等特点，已经成为所有备考2013年武汉大学物理科学与技术学院两个专业，硕士研究生入学考试的考生人手必备、不可或缺的专业课复习辅导精品材料。

（1）高度仿真

《2013武大半导体物理考研模拟五套卷与答案解析》是相关物理科学与技术学院老师在严格按照最新武大官方指定参考书目和武大最新内部考研资讯的基础上，全面分析总结考试中心历年考题风格、命题趋势及变化而倾力编写的精品考研专业课辅导材料，保障了模拟试卷的高品质及准确性预测，其真实性让您能提前感受考场。

（2）难度中上

《2013武大半导体物理考研模拟五套卷与答案解析》中的五套卷比真题难度略为偏高，目的让考生查缺补漏，进行模拟实战训练，最后梳理考点，检验自己的复习成果。

（3）全面解析

《2013武大半导体物理考研模拟五套卷与答案解析》对每一道题进行了全面的解析，内容详实可靠，重点突出，可以促使考生更好的进行复习。

（4）总结考试中心命题变化

《2013武大半导体物理考研模拟五套卷与答案解析》是物理科学与技术学院相关老师严格依据半导体物理2013年考研最新指定参考书目和武大最新内部考研资讯的基础上，全面分析总结考试中心历年考题风格、命题趋势及完全遵循初试指定书的章节编排下完成的。专业课复习后期，做一下模拟试卷，测试自身的复习水平是很有必要的。有些题目也将可能出现在2013年硕士入学考试试题中，具有很高的价值性。五套模拟试卷既保证了实用性，也凸显了其价值性。

·内容简介

一、《2013武汉大学半导体物理考研复习精编》

《2013武汉大学半导体物理考研复习精编》主要包括五大部分内容：考前必知、考试分析、复习指南（复习提示、知识框架图、核心考点与解析）、历年真题与答案解析、备考方略。

（1）考前必知

考前必知包括学校简介、学院概况、专业介绍、师资力量、就业情况、历年报录情况、学费与奖学金、住宿情况、其他问题等。考试只需通读此部分内容，即可对武汉大学半导体物理考研情况了如指掌，再无需到处搜罗信息而又深感信息缺乏可靠性。

（2）考试分析

考试分析主要分析武汉大学考试科目（878半导体物理）的考试题型、考试的难易度与规律性，以及考点在各个章节的分布等，使考生在对复习之处或对武大专业课试卷不了解的情况下就能对整个专业课有大体认识。同时熟悉各个章节考点的分布，方便考生高效地复习，以便迅速掌握复习重点、难点内容。

（3）复习指南（复习提示、知识框架图、核心考点与解析）

这部分是《复习精编》的精华内容，也是重点内容，主要包括武汉大学半导体物理初试考试指定教材各章节的复习提示、知识框架图和各章节核心的考点与解析。所有的核心均按考点、知识点进行编写，所编内容结合了武汉大学半导体物理初试指定参考书目和武大本科内部的一些材料以及其他相关书籍，这部分具有很高的价值，给考生醍醐灌顶、重点突出的感觉，同时以五角星标出了各个章节以及知识点的重要程度，考生可根据自身实际情况作出复习策略。有了这部分内容，考生甚至可以在中后期抛开课本而直接按此精编复习即可。

（4）历年真题与答案解析

《复习精编》重点并全面研究了2007-2012武汉大学半导体物理历年统考试题，通过分析，提炼出命题思路和要点，对试题进行全面而详细的分析，并非简单罗列。解析深入、透彻、逻辑性强，能使考生对考试的实际难度与要求和自己目前的复习状况有所了解，并且通过对常考经典题的掌握可以帮助考生更好的理解知识点，甚至以原题出现在考试中。这部分的内容具有时效性、典型性、针对性与价值性。

（5）备考方略

一个好的备考方略至关重要，影响甚至决定着整个考研的成败。这部分内容对考生所考各科目的详细复习方法进行了详细阐述并推荐了最有价值的相应参考复习科目，考生可以看、参考这部分内容，根据自己的实际情况，制定属于自己的最佳备考方略。

二、《2013武大半导体物理考研模拟五套卷与答案解析》

半导体物理学课程教学大纲 篇7

一多媒体教学的必要性

半导体物理课程的特点是理论性强、知识点分散、公式推导多, 同时有很多半导体器件的能级图、结构图和工艺流程图等各种示意图。这就需要在有限的课时内不仅要把半导体材料的各种物理特性以及多种半导体器件的工作原理讲解清楚, 还要进行比较烦琐的公式推导。如果不画图, 原理结构内容交代不清楚, 而画图则会占用大量时间且不够准确。

利用多媒体, 教师在备课时就可以提前制作课程所需的各种能级图、结构图和工艺流程图, 利用文字、图像、声音等多项功能来帮助学生理解相应的理论内容。另外, 由于不用在黑板上画图, 节省了大量的时间, 使教师有足够的时间去扩大和深化教学内容。同时利用多媒体可以重复展示重点内容, 便于记忆, 为课堂教学中的内容变化和教学环节的设计提供了便利, 节省了授课时间。

例如:在讲授MOS器件的结构和工作原理时, 需要从该器件的制作流程开始进行解释, 而一个简单器件的工艺就有十几个步骤, 示意图要占用多个版面。采用多媒体技术教学后, 可以按照结构形成的工艺步骤逐步进行讲解, 也可以使用不同的色彩、不同的形状代表不同的掺杂区域和不同的杂质类型, 最终把抽象的知识转换成直观的图像。在进一步讲解MOS器件的工作原理时, 可以直接利用之前形成的MOS结构图做成动画, 演示电子和空穴的运动情况, 使教学内容更加连贯, 教学形式更加多样化。在节约时间的同时, 使学生对微观过程印象深刻, 对相关知识的理解也更加透彻。

二传统教学的必要性

在半导体物理的讲授过程中, 有大量、烦琐的公式推导, 这是半导体物理课程一个很重要的特点。多媒体在复杂图形展示、图像演示等方面有一定的优势, 但是如果公式推导也采用这种教学形式, 则会造成教学进度太快, 学生的思维跟不上, 影响教学效果。

传统的教学方式经过多年的继承和发展, 已经形成独特的优点。通过传统的板书教学, 可以更好地控制教学的节奏, 给学生留出足够的思考时间。因此, 对于半导体物理这门课程来说, 在讲授过程中, 抽象、复杂的图像或工艺过程可以采用多媒体教学形式, 而公式推导过程则需用传统的板书教学形式。

三教学案例的构建和研究结果

1. 教学案例的构建

考虑到传统教学和多媒体教学结合的教学模式在多学科教学中的成功, 笔者将这一教学模式引入到半导体物理课程教学中, 实践教学模式如下:

实验对象:同一电子类专业、相邻两届学生, 均为大三上学期。其中:A班学生人数为71人, B班学生人数为70人。实验方法:同一老师任教, 两个班的总课时均为54课时 (其中教学课时48课时, 习题课2课时, 教学互动和讨论4课时) 。

A、B两个班均采用传统教学为主, 多媒体教学辅助。其中在前五章半导体材料物理特性的教学设计中, A班多媒体教学的课时比例为30%, B班为20%;在后面几章半导体器件物理特性的教学设计中, A班多媒体教学的课时比例为40%, B班为30%。总体控制B班多媒体教学课时分配比例低于A班10%左右。

在研究的过程中, A、B两个班教学内容中的公式的推导、定理的证明、例题的讲解等均采用板书形式, 而在原理图、结构图、能级图和电路图等图表讲解上采取PTT演示或动画播放等多媒体辅助手段。不同之处在于, A班的图表直接利用多媒体演示进行讲解, B班的图表讲解先利用传统板书形式将器件的大致的结构形成过程、能级图的变化过程、特性曲线的变化趋势等逐一讲解, 再利用多媒体进行总结、回顾, 并形成完成图, 以避免板书画图表过程中的不准确等因素。

2. 研究结果

第一, A、B两个班学生的课堂表现。由于B班多媒体教学形式的课时比例比A班低, 因此B班的教学进度明显低于A班, 在保证每一章节重点教学内容的基础上, 教学内容总体略少于A班。但B班学生对重点教学内容中关于原理、结构、能级图的变化等的掌握程度要好于A班, 在课堂上能更好地跟上教师上课的节奏。

第二, A、B两个班学生的期末考试成绩。两次期末考试试卷均由同一任教老师按照教学大纲的要求在题库中抽取, 难易程度相当、题型题量相同、覆盖面广。题型包括单选题、填空题、简答题、画图与分析题和计算题, 各占20%、10%、16%、26%和28%。由同一任教老师按照同一评分标准进行评阅, 卷面成绩可靠有效, 数据分析可靠性强。表1为A班试卷成绩统计分析表, 表2为B班试卷成绩统计分析表。

从试卷统计分析表可以看出: (1) A班的平均分为60.5, B班的平均分为64.25, B班高出A班3.75分。 (2) 低于60分的学生数A班的百分比为31.0%, B班的百分比为21.4%, B班相对A班有大幅度的下降, 降幅达9.6%。 (3) B班相对A班在其他分数段学生的百分比均有一定比例的上升。

除了各分数段的学生人数对比分析之外, 在阅卷的过程中也能发现, 从试卷的分值构成上, B班学生画图与分析题的得分率明显高于A班。本次研究结果反映出传统教学和多媒体教学有效结合的模式能明显激发学生学习的兴趣, 提高学生的学习质量。

四总结

近年来笔者一直从事半导体物理教学工作, 实践证明, 传统教学和多媒体教学有效结合的半导体物理教学模式在同一专业、纵向年级的教学实践中取得了初步成效, 提高了教学质量, 调动了学生的学习积极性, 学习成绩普遍有所提高。

综上所述, 在目前各高校提倡学生自主学习, 各课程教学课时总数明显减少, 而教学内容却有所增加的现状下, 多媒体教学的确可以加快教学的进度, 增加教学的内容, 但是多媒体的教学形式只是一个有力的辅助工具, 绝不能成为课堂教学的主宰。为了巩固和提高课堂教学质量, 需要结合教学课程的特点, 把传统教学和多媒体教学进行有效的结合, 才能提高教学质量。

参考文献

[1]刘恩科、朱秉升、罗晋生.半导体物理学 (第7版) [M].北京:电子工业出版社, 2011

[2]郑旭翰、何明珂.高校多媒体教学实证研究[J].中国大学教学, 2008 (11) :25~27

[3]许亮.半导体物理学课程教学探索[J].赤峰学院学报 (自然科学版) , 2014 (11) :12~13

[4]郑世燕.板书与多媒体相结合的大学物理教学模式[J].甘肃联合大学学报 (自然科学版) , 2009 (S1)

物理学史课程教学改革与实践 篇8

关键词：物理学史、教学内容、教学方法、考核方式。

【中图分类号】G642

一、物理学史课程在物理专业中的地位和作用

物理学是研究物质运动的最普遍规律以及物质基本结构的科学。而物理学史是研究物理学产生和发展规律的科学。

物理学史是研究人类对自然界各种物理现象的认识史，研究物理学发生和发展的基本规律，研究物理学概念和思想发展和变革的过程，研究物理学怎样成为一门独立学科，怎样不断开拓新领域，怎样产生新的飞跃，它的各个分支怎样互相渗透，怎样综合又怎样分化等各个方面。

对物理专业的学生来说，通过物理学史课程的学习，可以达到以下目的：

1、在物理学史课程中，通过对物理学中重要的基本概念、定律、原理和理论的酝酿、形成和发展的过程，物理学基本概念的变革，物理学研究方法的演化等内容的教学，使学生获得关于物理学的发展过程的基本历史知识，掌握物理学发展的基本规律和总趋势。

2、通过对物理学发展过程的具体了解，加深学生对物理学知识和理论的实质、物理学思想、物理学方法、物理学发展动力和矛盾运动的理解和掌握；感受科学创造精神，激励学生提高自身的科学素质和创造素质。

3、通过对物理学发展过程及物理学科学创造过程的阐述，使学生了解科学理论的发展与社会历史条件、哲学思想、生产实践和科学实验的关系，了解科学真理的相对性和科学认识的动态性，了解科学家献身科学、追求真理的崇高精神，从而加强辩正确唯物主义与历史唯物主义的教育，继承和发扬优良的科学传统，提高学生的思想道德素质。

4、可以使学生认识到思想观念转变的重要性。物理学理论的历史发展，最集中、最本质的表现在物理学基本观念和相应的物理世界图景上的演变上。这种演变又鲜明的反映在物理学思想的根本变革。近年来，物理学的基本观念经历了牛顿力学的“绝对时空+超距中心作用+机械決定论”，到经典电磁场理论的“非中心力+媒递作用观+场”，到相对论的“相对时空+质能关系+等效原理+时空弯曲”到量子力学的“量子态+不确定性+几率决定性”的深刻变革等。

物理学的发展总是以物理观念、物理思想的突破为先导和基底的。正是伽利略否定了亚里士多德的自然运动和强迫运动的思想，得出惯性定律，才把力学的研究引上正确的途径。马赫对牛顿绝对时空观的批判，深刻地影响了爱因斯坦，终于迈出了创立狭义相对论的步伐。

二、物理学史课程教学的现状

虽然物理学史有着重要的意义和作用，但目前在高校物理专业物理学史课程的教学中，所能达到的效果却很有限，分析其原因，有以下两个方面：

1、在物理专业的所有课程中，物理学史一般是选修课，除了个别特别感兴趣的学生以外，多数学生选修该课程是认为取得学分更容易一些，一般没有挂科之忧，部分学生来听课是迫于考勤的要求，因此在课堂上相当一部分学生听课积极性不高，甚至根本就不听课，一直在玩手机或做别的事情，这种现象相当普遍，虽然课也上了，但学到的知识却是寥寥无几。

2、对老师来说，在教学上也存在一定的问题，在课堂上，多数老师只注重自身教学的条理性、系统性和完整性，上课时只顾自己讲，关注学生较少，课堂很少有互动，加之该课程本身难度不大，而且一般都采用多媒体教学，画面多，翻页快，虽然做到了信息量大，但学生听课积极性不高，能留下印象的知识和画面却很少。课上没有互动，课下又见不到老师，学不到知识就在所难免。

三、物理学史课堂教学改革与实践

如何才能改变以上被动的局面，在学生是为了获得学分容易才选修该课程的前提下，笔者认为适当调整教学内容、改变课堂教学方法、改革考核方式是关键所在，近几年通过几届学生改革和探索，取得了良好的教学效果。

1、适当调整教学内容，提高教学内容的趣味性和吸引力

物理学史的传统授课内容主要是按照物理学各分支，以时间为序，依次介绍力学、热学、电磁学、光学、相对论、量子力学、原子和原子核物理学、粒子物理学、凝聚态物理学、现代光学、天体物理学等发展的历程。虽然这样的教学内容完成了向学生传授物理知识的目标，也在一定程度上培养了大学生的科学思维能力，但其对大学生人生观、价值观的引导作用却没有充分发挥出来。所以，为了适应教学目标，克服传统教学内容古板生硬、缺乏趣味性和吸引力等不足，在讲述物理学各分支的过程中，首先讲述这些物理知识产生的时代背景、社会及经济发展状况、哲学思想的发展水平等背景知识，特别强调中西方的对比，而物理学知识则是简单讲述，因为作为物理专业的学生来说，他们在其他课程基本上都学过了，如在讲述力学发展史前，先以较大篇幅介绍欧洲文艺复兴、宗教改革、启蒙运动等历史背景，然后再讲述物理学知识的产生和发展，学生就更加容易理解和接受。在讲到某个物理学家时，除了简单介绍其物理学贡献，还用较大篇幅讲述其成长背景和成长过程、生平趣事、哲学思想等，甚至是生活中的不良现象及性格缺陷等负面因素也做些介绍，给学生一个全方位的物理学家，让学生感觉到科学家也是人。

2、改变课堂教学方法，充分调动学生在课堂上的积极性和主动性

传统的授课方式是老师讲，学生听。在这种授课方式下，学生只能被动地接受老师讲授的知识，学生听课的积极性不高，教学效果差。为了克服传统授课方式的单一化和被动性，充分调动学生参与课堂的积极性和主动性，在授课方式进行上了大量的改革与探索，具体包括以下几个方面。

（1）物理学史不同于其他物理课程，内容基本上都可以看懂，这为调动学生参与课堂提供了良好的条件。在课堂上，将那些浅显易懂的内容直接由学生进行讲述，然后老师进行点评，同时根据学生讲述的情况进行打分并记录，作为平时成绩，这样就给了学生动力和压力。老师不仅在内容上进行点评，还把学生讲述的语气、语速、发音、精神面貌等各方面进行全方位的点评，让学生不仅掌握了知识，同时还锻炼了口才，提高了综合素质。在点评的同时将教学内容进行挖掘和扩展，使学生能进一步掌握课本以外是知识和信息。endprint

（2）在每次课的最后环节，将下次课将要讲述的内容提炼为几个问题罗列出来并让学生记录，要求学生课下预习，在下次上课时让学生讲述。将学生分成若干个组，每个组提问一个学生回答预习过的问题，然后根据回答的情况进行打分，打分结果不仅是回答问题学生的成绩，同时也是这个学生所在组全体学生的成绩，这样使学生就有了空前的压力和动力，迫使他（她）课前必须认真预习，一旦被提问，将是代表全组同学回答问题。

（3）当课程讲述到一定程度的时候，将讲过的内容凝练出几个有一定深度和难度课题，每组选择一个课题进行准备，要求广泛搜集资料、整合资料、撰写论文，并將主要讲述内容制作成PowerPoint文稿。经过规定时间的准备，每组推选一个人在课堂上进行讲述和答辩，讲述学生还要回答评委会提出的问题，每组学生推荐一个学生和老师组成评委会，对讲述学生在内容、效果、仪表仪态等各方面进行评价，并给出相应的成绩，老师和学生评委打分的结果按照不同的权重计算总成绩，这个总成绩也是该组每个学生的成绩，通过这样的过程可以使学生将学过的知识巩固、提高，并在各方面得到锻炼。

3、改革考核方式，实行多元化考核方法，提高教学效果

高校课程教学传统的考核方式是非常类似于我国的高考，即一考定终身，大部分课程期末考试占总成绩的80%左右，虽有平时成绩，但由于占比少，更重要的是流于形式，不能反应学生对知识的掌握情况。这就使得学生为了不挂科平时不学习，到了期末将赌注压在期末考试，于是，各种作弊手段纷纷涌现。为了改变这种现象，实行多元化考核方法势在必行，就是把各种考核体现在平时的学习中，物理学史是考查课，为实现多元化考核方法提供了良好的条件，具体考核方式、形式、内容及所占比例见下表：

通过各种方式对学生进行课上课下的考核，并且大力提高这些考核方式在总成绩中的占比，充分调动学生参与课堂的积极性，使每个学生在平时的学习中既有压力、又有动力，取得了良好的教学效果。

经过几年的努力，在调整教内容、改变教学方法、改革考核方式等方面进行改革与探索，在课堂上充分激发学生听课的兴趣，充分调动学生参与课堂的各个环节，通过考核方式的改革，使学生在课上课下都有了压力和动力，学习的积极性和主动性明显提高，教学效果良好。

参考文献：

[1]刘小君. 物理学史课程的教学改革与实践[J]理工高教研究， 2009年8月，第28卷第4期。

半导体物理学课程教学大纲 篇9

一、问题引路，自主探究

我们从开始准备适合中国大学物理课堂的PI创新教学模式课程教学资源。9月，PI教学法正式在扬州大学物理课程中实践，选取光信息科学与技术专业（50人）为实验班，使用同伴教学法。起初，完全按照EricMazur的同伴教学法实施，一个月后，很多问题被暴露出来：（1）学生预习不充分。课后完成的阅读测试题答案出现抄袭、不思考随便选的现象，严重影响教师对知识点讲解的把握。（2）概念测试题的选择前讨论和选择后讨论占用课堂的一半时间，导致教学任务无法按时完成，学生和教师都深感疲惫。（3）学生的反馈。作业计算题解题能力明显比传统教学法的班级要差，主要体现在解题思路混乱，只会基本公式的罗列，而不会运用到解题中。所以需要对PI教学法进行修改：（1）要求学生在课前完成预习报告，为课堂上阅读题和有效讨论做准备。在课堂教学中改变了按教学课件顺序讲授的模式，将一节课分成几个知识点，每个知识点围绕一个核心概念，利用阅读测试题组织教学。（2）阅读测试题专门为课程设计，用于探查学生学习能力和引导学生深入探究，根据前人的研究成果[4]，概念测试题讨论后的正确率明显高于讨论前的正确率，所以我们取消选择前讨论，节省课堂时间。一般形式为多项选择题，但是由于手机终端智慧课堂反馈软件的限制，目前都设定为单选。（3）增添预习报告，阅读测试的作用可充分发挥，教师可有效分配每个知识点的讲解时间。取消概念题的选择前讨论也节省了不上课堂时间，从而可以分配足够的时间讲解物理概念的应用，提高学生对实际问题的解决能力。本文选取“狭义相对论基本原理与时空的相对性”一节为例，进行具体讲解。该节内容分为两大部分，一是狭义相对论基本原理，二是时空的相对性，所以阅读测试题为：1.下列几种说法：（1）所有惯性系对一切物理规律都是等价的。（2）真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关。（3）在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同。其中正确的是。A.只有（1）（2）是正确的；B.只有（1）（3）是正确的；C.只有（2）（3）是正确的；D.三种说法都正确。选项D是正确的。答案统计：A.0%，B.8.1%，C.40.8%，D.51.0%。该题是依据毛骏健主编的《大学物理学》自编的阅读题。学生学习牛顿的绝对时空观、伽利略变换和迈克尔孙-莫雷实验之后，对绝对时空观产生困惑，引出相对时空观的探索。该题检测学生对狭义相对论的预习情况。狭义相对论认为：物体所具有的一些物理量可以因所选参考系的不同而不同，但它们在不同的参考系中所遵从的物理规律却是相同的，即（1）（2）都是正确的。光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，真空中的光速是相同的。即光在真空中沿任何方向的传播速度也是相同的，故（3）也正确。统计数据表明，学生对（1）这个选项困惑较大，讲解知识点时，应在狭义相对论这个知识点上给以充分解释。（3）选项是所有学生都认可的，说明学生已经掌握光速不变原理，讲课时，为了知识的完整性，不能完全忽略，但也无须多花时间。2.下列哪种现象不属于狭义相对论效应。（）A.时间延缓；B.同时相对性；C.长度的伸长；D.长度的收缩。选项D不属于狭义相对论。答案统计：B.4%，C.96%。该题主要是对时空相对性基本概念的考查，数据表明学生对时空相对性的了解不仅限于它可分为时间、空间两大类，还自学了时间延缓和长度收缩的现象，但是该题无法检测时间延缓和长度收缩的原因理解，所以上课时可直接从其公式推导开始讲解。

二、课堂互动，合作学习

在知识点讲解之后，我们要进行概念题测试，根据教本内容编排概念题，主要针对阅读测试题易错概念，不依靠公式即可解，难度适中，题意明确，并且有适当多项选择的答案。我们在实施EricMazur的同伴教学法时，根据前人研究[4]，讨论后的答案正确率比讨论前明显提高，为了节省课堂时间，我们省略了讨论前选择，只需要提交讨论后的答案。例如在狭义相对论一节中，根据阅读测试题数据表明，学生对“狭义相对论基本原理”这一知识点掌握牢固，所以无须在概念题中重复测试，“时空相对性”知识点中缺少时间延缓和长度收缩理解的考查，教师就此知识点进行大概10分钟的基础讲解后，出示概念测试题如下。静止参考系S中有一尺子沿x方向放置不动，运动参考系S＇沿x轴运动，S、S＇的`坐标轴平行。在不同参考系测量尺子的长度时必须注意（）。A.S＇与S中的观察者可以不同时地去测量尺子两端的坐标；B.S＇中的观察者可以不同时，但S中的观察者必须同时去测量尺子两端的坐标；C.S＇中的观察者必须同时，但S中的观察者可以不同时去测量尺子两端的坐标；D.S＇与S中的观察者都必须同时去测量尺子两端的坐。该题选自历年大学物理习题册，可以算是老题新做。正确答案为C，正确率81.6%，剩下18.4%都是选了B，表明学生在“同时的相对性”这一知识点上存在错误概念，即使这题的讨论后正确率已经大于70%，按照Eric的同伴教学法，原则上是不用教师讲解，直接进入下一个课题，但是在实践中，我们发现学生讨论后，有些同学仍然会坚持自己的错误概念，两个惯性系完全理解颠倒，说明学生没有完全掌握这个知识点，还是需要教师讲解，我们针对每组学生讨论时的错误观点逐个击破，让学生更好、更牢固地掌握物理概念。该例说明教师运用PI教学时，不能只看数据结果，而是要参与到学生讨论中，师生互动，更容易把握学生学习动态，有助于教学相长。

三、PI教学法在学习能力培养方面的作用