微電子工藝課/實(shí)驗/生產(chǎn)實(shí)習的整合研究論文
20世紀80年代初，J. M. 德克特勒首次提出了“最終的整合目標”這一概念，它成為整合學(xué)業(yè)理論的基礎[1]。最初，這一理論被應用在歐洲大學(xué)為適應教學(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動(dòng)所學(xué)知識、技能，以及其他資源來(lái)完成目標。近年來(lái)，整合教學(xué)受到普遍關(guān)注，整合教學(xué)法已被應用于各層次的教學(xué)實(shí)踐，在國內高校中也開(kāi)始出現應用整合教學(xué)法進(jìn)行專(zhuān)業(yè)課教學(xué)的報道[3，4]。
“微電子工藝”“微電子系列實(shí)驗”“生產(chǎn)實(shí)習”是微電子課程群中教學(xué)內容相近，教學(xué)形式不同的3門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，我校對其進(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)內容的教材，設計了教學(xué)方案，并進(jìn)行了初步實(shí)施及評價(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”和“生產(chǎn)實(shí)習”是與“微電子工藝”課程內容關(guān)聯(lián)性很強的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節�！拔㈦娮酉盗袑�(shí)驗”是獨立設置的實(shí)驗課程，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、檢測技術(shù)和常用儀器的使用方法�！吧a(chǎn)實(shí)習”則是通過(guò)組織學(xué)生到現代化企業(yè)參觀(guān)學(xué)習，在工藝線(xiàn)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)內容相近的一個(gè)課程模塊。在當前的教學(xué)大綱中，這3門(mén)課程都是獨立開(kāi)設的，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)驗和4周的生產(chǎn)實(shí)習。因此，“微電子工藝”課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結合的較為松散，總學(xué)時(shí)數也偏多。
1.2 教學(xué)現狀分析
“微電子工藝”具有涉及知識面寬，綜合性強，理論與實(shí)踐結合緊密的'特點(diǎn)。若只采取課堂教學(xué)，對毫無(wú)實(shí)踐經(jīng)驗的學(xué)生而言，課程涉及的技術(shù)性?xún)热莘彪s，知識點(diǎn)多且分散，全面理解學(xué)習內容的難度大。在為2009級學(xué)生開(kāi)出本課程之后進(jìn)行了問(wèn)卷調查。其中“對工藝課知識的理解程度”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”“集成電路設計”等課程主講教師進(jìn)行的調研中，普遍認為若將各自獨立開(kāi)設的“微電子工藝”“微電子系列實(shí)驗”和“生產(chǎn)實(shí)習”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。
2 課程整合研究
2.1 課程整合
首先在培養計劃上將“微電子工藝”“微電子系列實(shí)驗”和“生產(chǎn)實(shí)習”整合為課堂/實(shí)驗/實(shí)習一個(gè)微電子工藝課程模塊，該課程模塊的教學(xué)目標為：培養熟知國內外先進(jìn)微電子關(guān)鍵工藝，并具有一定工藝設計、分析，以及解決實(shí)際工藝問(wèn)題能力的人才。
通過(guò)對原課程內容分析，將微電子工藝課程模塊中3部分內容都進(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)期連續穿插教學(xué)，以避免教學(xué)內容的重復。因此，可以在不壓縮教學(xué)內容、不降低教學(xué)效果的前提下，將授課學(xué)時(shí)數定為：講課40學(xué)時(shí)/實(shí)驗16學(xué)時(shí)/生產(chǎn)實(shí)習3周，與原課時(shí)數相比有了較大縮減。課程組在原微電子工藝課程講義基礎上，結合微電子工藝學(xué)發(fā)展現狀，編寫(xiě)了涵蓋3種教學(xué)形式、內容的教材：《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
課程組設計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(guān)微電子生產(chǎn)線(xiàn)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節。教師講授教材各單元、章節中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，課堂上設置問(wèn)答等少量的“教”“學(xué)”互動(dòng)形式。其他內容采�。航處熓紫忍岢鰡�(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。這既調動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習積極性，又能提高學(xué)習效率。為避免出現只有部分學(xué)習積極性高的學(xué)生參與課堂討論的現象，教師隨機抽取學(xué)生回答問(wèn)題，并作為平時(shí)成績(jì)記錄。在課堂學(xué)習階段，組織學(xué)生參觀(guān)微電子生產(chǎn)工藝線(xiàn)，讓他們在實(shí)際生產(chǎn)情景中理解課堂講授的相關(guān)內容。
課堂教學(xué)之后進(jìn)入實(shí)驗和晶體管制作實(shí)踐教學(xué)階段。實(shí)驗項目是針對關(guān)鍵工藝參數進(jìn)行測試，以及有關(guān)芯片性能測量設置的實(shí)驗，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)施及評價(jià)
受原教學(xué)計劃限制，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，其他內容在2012年春季學(xué)期初開(kāi)出。
3.1 對教材的評價(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)。課程結束后進(jìn)行的問(wèn)卷調查表明，學(xué)生對新編教材和課件的滿(mǎn)意度較高(如圖4所示)。
另外，從電子工業(yè)出版社的統計結果來(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，被國內數十家高校選作微電子工藝或集成電路工藝基礎等課程的教材使用。由此可以說(shuō)該教材得到了同行的普遍認可。
3.2 課堂教學(xué)方法及評價(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)生在課后復習，并引出本次課教學(xué)內容;課堂上講授了基本單項工藝的原理、模型、物理基礎，以及基本方法等重要內容;而對于大量工藝技術(shù)與設備等內容，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;對學(xué)生回答問(wèn)題和討論發(fā)言都作為平時(shí)成績(jì)進(jìn)行記錄。在課堂教學(xué)期間，組織學(xué)生參觀(guān)了哈工大微電子平面工藝線(xiàn)，以利于他們對基本工藝方法與設備等內容的理解。
從課程結束后所作的問(wèn)卷調查可知，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)生對本課程的評教結果為“A+”。而且，微電子課程群后續課程主講教師也反映：這屆學(xué)生的微電子工藝基礎知識較扎實(shí)。
3.3 實(shí)踐教學(xué)及評價(jià)
微電子工藝的實(shí)驗和實(shí)習是在我校微電子實(shí)驗室進(jìn)行的。首先開(kāi)設了“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;最后，組織學(xué)生參觀(guān)了哈爾濱晶體管有限公司的器件生產(chǎn)工藝線(xiàn)。
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)組負責一個(gè)關(guān)鍵工序：確定工藝條件、進(jìn)行工藝操作、解決出現的問(wèn)題、記錄工藝現象、條件、參數等。這樣盡管學(xué)生人數較多(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)生遞交的總結報告來(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，更重要的是培養了團隊意識和團隊合作能力。對今后的學(xué)習與工作都有較大幫助。
4 結束語(yǔ)
我校對“微電子工藝”“微電子系列實(shí)驗”和“生產(chǎn)實(shí)習”這3門(mén)教學(xué)形式不同，內容相近課程進(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，建立統一的課程體系，編寫(xiě)涵蓋理論與實(shí)踐2方面內容的教材，由一個(gè)課程組進(jìn)行連續穿插授課，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。
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