一、引言
近年来，半导体相关产业已经成为我国发展的重点领域。然而，受限于半导体芯片行业起步较晚，核心关键技术不足，使得我国在高端硬件设计和制造方面与国际顶尖水平相比仍然存在差距。《半导体物理学》作为半导体领域理论知识的重要来源，是推动半导体行业发展的基石。
传统的半导体物理教学以课本为基础，采用教师灌输式的被动教学方法，主要讲解基本概念、基本规律以及基本的计算方法。这种教师为主导的教学方法可以最大程度的进行知识的传授，却不利于学生逻辑思维的锻炼和创新能力的培养。因此，教师致力于教学改革，以获得更好的教学效果，其中大多是从教学内容出发，如以科技前沿为导向选择重点授课内容，使用Flash等手段制作半导体内部机制动画演示课件[1]。然而，作为学习主体的学生，仍然是被忽略的。
因此，为了突出学生为主体的课堂教学，在半导体物理学课程中实施“以问促教”的教学模式，培养学生解决问题以及锻炼学生的逻辑思维能力。通过在授课前期、授课中期和授课后期合理设置问题，激发学生的学习兴趣，引导学生主动学习。进一步加深学生对课堂知识的理解，以达到可以运用所学知识解决实际问题的程度。
二、《半导体物理学》教学过程中的改革
半导体物理学主要内容可以分为半导体材料部分和半导体电子器件部分，其中半导体材料部分，包括半导体中的电子状态、杂质和缺陷能级、热平衡载流子的统计分布、导电性和非平衡载流子，是半导体物理学的基础，也是最难理解的理论部分。半导体电子器件部分包括p-n结、金属与半导体的接触特性、半导体表面特性和金属-绝缘层-半导体结构等，是半导体物理学与工程应用联系最为紧密的部分[2]。为了更好的进行授课，课堂教学将采用总分总的形式。首先，从太阳能电池、发光二极管、传感器等实际电子器件出发，强调半导体物理学在实际生活中的重要角色；其次，从材料特性出发，解释为何半导体材料为何有如此大的特性；最后，回归到半导体器件中，根据理论知识，分析器件工作原理以及电子特性。具体知识点的学习，将采用三段式进行授课：
1、授课前期，设置问题引导学生
本科生需要培养的一大特质就是要开始学会自主学习，即给定一个问题，让学生自己去找答案。面对一个新的知识点，完全让学生自主学习显然比较耗时，因此，在课堂教学之前，通过合理设置问题，让学生对问题进行探讨，从而得出可能的几种答案。之后再进行课堂教学，给出正确答案，这样就可以让学生知其然，知其所以然。比如，在讲解半导体电子状态的时候，设置问题：半导体材料核外电子是怎么排布的？首先，学生在此之前已经学习过固体物理，知道晶体结构的相关知识。其次，学生在此之前也已经学过原子物理，知道原子核外电子是如何排布的。将孤立的原子周期性排布，核外电子的特点将会具有什么特点？学生可以根据已有知识进行推测的，无论正确与否，都没有关系。这个问题的设置，仅仅是希望可以最大程度的调动学生学习主动性，锻炼学生对知识合理应用的能力。
2、授课中期，学生研讨问题
简单理论知识的教授是枯燥的，一个知识点讲解完，如何让学生理解透彻、灵活应用所学更是关键。因此，在课堂教学中期，合理设置问题，将主导权教到学生手里，通过研讨得出结论，将有利于学生对知识点的理解。比如，在讲解完发光二极管工作原理是由于导带底的电子跃迁到价带顶，从而辐射出光子，设置问题：发光二极管的颜色取决于半导体的什么特性？首先，学生已经掌握半导体的能带结构，也知道颜色取决于光波长，即光频率。知道光子能量与频率的关系，也知道了辐射出什么能量的光子，取决于禁带宽度。因此，本问题仅仅是课堂知识点的延伸。通过对问题的探讨，学生不仅可以加深本课堂的知识点的理解，还可以将与之相关的知识点融会贯通。
3、授课后期，问题主导学生
理论知识是工具，如何利用理论知识去创造更多的价值才是我们最终的目的。因此，在课堂授课后期，合理设置问题，以问题为主导，让学生运用所学知识解决问题，从而锻炼学生理论联系实际的能力。比如，讲解完半导体中杂质和缺陷能级之后，设置问题：如何利用半导体掺杂技术，获得N-P-N三极管？这个问题很好的将理论与实际联系起来，让学生知道，课堂学习并非仅仅是纸上谈兵，利用所学知识，完全可以制备出实际的电子元器件。尽管学生对半导体器件制造领域中所需的加工技术还不了解，但是根据所学理论知识设计实验思路是足够的。学生讨论完毕后，播放三极管的实际制备视频，让学生更加深入的将理论与实际相结合，从而做到学以致用。
4、授课效果
“以问促教”教学模式具有以下优势：（1） 提高学生学习主观能动性。课堂教学中，通过问题设置，将课堂的主动权部分交到学生手里。可以将枯燥的理论知识传递转化成学生的主动获取，从而提高学生对光学的学习兴趣，锻炼学生的逻辑思维能力。（2） 提高学生的创新能力和解决实际问题的能力。通过将工程应用转化为课堂问题，让学生学习如何处理实际问题以及如何理论联系实际。（3）提高教师的教学水平和专业素养。“以问促教”的教学模式要求授课教师合理设置问题，会迫使授课教师不断接受继续教育，提高自身专业素养、教学能力和教学研究水平。
根据“以问促教”教学模式进行授课，明显体会到学生的参与度得到大大提高，更加主动的进行思考并给出许多创新性想法。使用学习通设置问卷，对71位学生关于教学满意度进行调查，如表1。结果显示，半数以上学生都认为问题导向的教学模式效果好，有利于提高主动性、创新能力、理论联系实际能力以及逻辑思维能力。
表1 学生满意度调查(%)
三、总结
《半导体物理学》课程中“以问促教”教学模式的开展，不仅可以提高学生的学习热情，还可以激发学生的创新能力。通过问题引导，学生研讨和问题主导三部分提升学生的学习主动性，加深学生对理论知识的理解。问题的设置可以进一步拓展半导体物理学课程的教学内容，将书本知识扩充到实际应用，从而在教学过程中提高学生解决实际问题的能力。
参考文献
[1] 刘秋香，王银海，赵伟人，罗俊丰，“半导体物理学”课程教学实践与探索 [J].广东工业大学学报，2010，（10）：87
[2] 刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学（第七版）[M].北京:国防工业出版社，2017.
作者简介：陈雪（1992-），女，安徽淮南人，讲师（博士学位），从事半导体薄膜电子器件。吴宏伟（1987-），男，安徽定远人，教授（博士学位），从事声、光人工微结构与超构材料研究。
