论文部分内容阅读
摘要：“半导体器件基础”是电子科学与技术专业的重要专业必修课。针对课程难学难教的现状，分析了传统教学中存在的问题，提出了课程理论教学的改革措施，引入多媒体PPT、FLASH软件结合板书的教学方法。主要从多媒体技术与板书组合的教学方式对课程重难点的突破、教学信息量传递、理论公式推导传统板书对多媒体技术形成的有益补充等几个方面阐述了“半导体器件基础”课程进行教学改革的具体措施。实践结果表明，多媒体技术教学与传统板书教学有机结合使枯燥抽象的物理机制形象化、生动化和趣味化，取得了良好的教学效果，培养了学生的学习兴趣与创新能力，达到了提高教学质量的目的。
关键词：多媒体技术；半导体器件；教学改革
作者简介：崔昊杨（1978-），男，吉林四平人，上海电力学院电子与信息工程学院，副教授。（上海 200090）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0049-02
一、课程特点概述
“半导体器件基础”是高等学校电子科学与技术专业的一门重要的专业必修课。对于半导体器件课程的学习而言，任何一种半导体器件的物理原理、器件结构及其制造工艺流程都是相互融合不可分割的。虽然有“半导体物理”等先行课程的铺垫，但在“半导体器件基础”的教学过程中，由于传统教学方法表述方式有限，对于半导体器件种类繁多、形貌各异、物理概念抽象、机制复杂繁琐等问题不能很好地解决，因此学生对器件工作原理、性状特征的讲解并不容易接受。
随着素质教育改革的全面展开，现代教学媒体特别是以计算机技术为核心内容的多媒体正逐步引入到日常的课堂教学中。相对于传统教学一张嘴、一本书、一个黑板的教学方法，多媒体教学能够把富有趣味的动画、清晰的文字注解、极富逻辑的公式推导和大量图画呈现出来，使课程的学习不再枯燥乏味，而变得直观形象、生动有趣，在短时间内调动学生多感官参与课堂互动，从而提高了教学信息的传递效率。[1]与此同时，多媒体技术本身固有的过于形象化的表述方式使得课程理论推导显得困难，这就有必要在多媒体技术与传统板书的使用过程中寻求平衡。本文仅就多媒体辅助教学技术在”半导体器件基础”课程中的应用以及与传统板书结合教学方式的实践做文浅析。
二、多媒体教学概述
多媒体技术代表了现代教育技术的发展趋势，必将对学校教育、远程教育产生深远影响。多媒体技术教学的应用在经历了计算机辅助教学与辅助学习阶段后，进入了多媒体技术与课程整合阶段。在该阶段，将多媒体技术应用到辅助教和辅助学上，强调利用多媒体技术创建理想学习环境、全新学习方式与教学方式，充分调动学生的主动性、积极性，使课堂教学结构发生根本变革，落实学生的创新精神与实践能力，改变传统教学结构和模式，实现学校素质教育，培养创新人才的目的。[2]
多媒体教学在广义上有两种含义，一种为运用多媒体组合教学，如幻灯、投影、电影、电视、录音等电教设备的组合，另一种以计算机技术为核心教学模式，也是人们通常所理解的多媒体教学。本文所论述的多媒体教学为后一种含义。
三、多媒体技术与板书融合的教学模式
目前，课堂教学仍然是教学中主要采用的模式。由于课内授课时间极为有限，为达到教学目的，在课堂教学中，教师必须向学生提供更多的信息和资料以及更多额外的半导体器件相关知识点，以扩大学生知识面。而在传统教学方式中，普遍采用板书方式大段书写文字、画器件原理示意图并推导公式，无论是学生还是教师大部分时间得花在板书上。例如，在“半导体器件”课程教学中，如果采用纯板书教学模式，无论是pn结、双极性晶体管还是场效应晶体管，其剖面图都比较复杂，仅是画出这些图就要占用大量的课堂时间，而且板书容量有限，反复擦除及板书画图都使效率降低，从而导致教学内容讲解的时间被大量压缩，教师和学生都会很疲惫且效果有限。[3]
以计算机技术为核心内容的多媒体教学技术能够在较短时间内将各种内容呈现出来，教师和学生因此可以将更多的时间放在知识点的讲解和学习上，学生也得到了较多的时间当堂复习巩固；同时教师提供给学生的信息量大大增加，教学的难点和重点就更容易突破了。
1.以双极性晶体管的相关知识点为例
双极性晶体管是半导体器件中非常重要的一个知识点。传统教学一般采用板书方式讲解，首先要在黑板上画出晶体管电流及载流子流向的示意图，如图1所示：
其次，要向学生说明载流子在集电区、基区、发射区中的运动规律。空穴从发射极注入到发射区，由于发射极正偏，空穴可以无损耗到达基区，由于基区是n型半导体，电子浓度高于空穴浓度，因此在基区由发射结注入的空穴被部分损耗。在放大模式下，集电极反偏，剩余的空穴被反向外加电场和pn结内间电场拉入集电区，形成空穴电流。同时，在发射结和集电结分别存在电子电流，并与空穴电流共同形成发射极、基极、集电极电流。像这些内容都属于物理模型范畴，电子和空穴无法被肉眼看到，不能用实验来直观演示，因此学生很难理解载流子是如何在该器件中运动的。
在分析双极性晶体管特点的基础上，笔者改用多媒体技术模拟载流子在晶体管中流动，采用动画的方式形象地将知识点呈现在学生面前，使枯燥乏味的教学活动充满了魅力。例如Flash动画将载流子在晶体管中的运动做出了形象化的表述，如图2（a）、图2（b）所示：首先，电子从发射极注入到发射区，再扩散到基区，由于基区很薄，电子基本无损耗。其次，基区中的电子在集电结反偏的作用下被拉入集电区，从而形成电流。由于在Flash的播放中，无论是电子、空穴，还是电流，都是在画面上动态移动，因此，学生很容易理解这一过程，从而突破了板书抽象讲解这一难点。
在放映flash动画之后，学生对载流子的宏观运动规律有了深刻理解。在此基础上，再采用PPT分步讲解双极性晶体管中载流子在其中的运动，以及载流子在各区中的特性，如图3所示。 通过Flash连续动画和PPT分步讲解后，学生既能够掌握载流子和电流的宏观运动规律，又能够掌握其在微观区的运动规律，因而更容易理解晶体管的工作原理。在此基础上，运用板书推导各电极中的电流方程进行如下定量推导：
由于有了Flash和PPT讲解电流的运动及形成原因，在板书推导电极电流公式的过程中，学生很容易理解这些抽象理论。无论是听课教师还是学生对这种方法的反馈都很好。
2.以MOSFET晶体管相关知识点为例
该晶体管与之前的双极性晶体管在机制上是不同的，这就需要对该类晶体管的原理进行详细讲解。传统单一板书讲解该知识点时也面临着载流子动态化的难题，学生不容易理解载流子在晶体管中到底是如何运动的。采用多媒体动画技术演示可以使载流子运动起来，从而达到形象生动的目的，如图4为该动画的截图。
采用此动画课间讲解时，其中的电子是动态运动的，这样学生就很容易理解在MOSFET器件中，载流子只能在栅极下半导体表面很窄的通道内运动，这个通道的宽窄程度可通过栅极电压、漏源电压进行控制。这样就将静态的教学内容转化为图像、声音，激发了学生的兴趣，加深了对概念的理解，提高了课堂的教学质量。
尽管采用多媒体动画技术将抽象的知识点形象化了，但多媒体动画只是教学过程中的第一步，学生所需要掌握的不只是器件的工作原理，还需要掌握定量的公式推导。但多媒体技术却不宜整版播放公式，这是因为理论公式是人类逻辑思维的表述，而多媒体技术却是形象思维的有效表达，若以形象思维的表达方式教授逻辑思维的推导，必然会适得其反。这时更适合采用板书的教学方法。在定性表述内容上采用多媒体演示，而在定量表述内容上采用板书推导，两者有机结合，将极大提高教学信息量的传递，增强了课堂教学效果。多媒体技术与板书实现了优势互补，课程的讲解丰富而有实效，从而实现课堂教学效果的最优化。
四、结论
“半导体器件基础”是一门相对抽象复杂的课程，传统单一板书教学模式存在讲解不生动、不透彻、信息量小等劣势。教师在课程讲解过程中，采用了多媒体技术与板书结合的教学模式，将抽象的知识点形象化、立体化，充分调动了学生听、视觉和大脑思维能力，激发了学生的学习兴趣和研究热情，取得了事半功倍的教学效果。
参考文献：
[1]贾志城.多媒体技术与电子线路课程的整合实践[J].陕西广播电视大学学报，2005，7（4）：18-20.
[2]彭丽萍.多媒体计算机在物理教学中的作用[J].科技信息（学术研究），2007，19（1）：205.
[3]张万锋.浅谈多媒体在教学中的应用[J].时代文学，2006，4（1）：191-192.
（责任编辑：王意琴）
关键词：多媒体技术；半导体器件；教学改革
作者简介：崔昊杨（1978-），男，吉林四平人，上海电力学院电子与信息工程学院，副教授。（上海 200090）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0049-02
一、课程特点概述
“半导体器件基础”是高等学校电子科学与技术专业的一门重要的专业必修课。对于半导体器件课程的学习而言，任何一种半导体器件的物理原理、器件结构及其制造工艺流程都是相互融合不可分割的。虽然有“半导体物理”等先行课程的铺垫，但在“半导体器件基础”的教学过程中，由于传统教学方法表述方式有限，对于半导体器件种类繁多、形貌各异、物理概念抽象、机制复杂繁琐等问题不能很好地解决，因此学生对器件工作原理、性状特征的讲解并不容易接受。
随着素质教育改革的全面展开，现代教学媒体特别是以计算机技术为核心内容的多媒体正逐步引入到日常的课堂教学中。相对于传统教学一张嘴、一本书、一个黑板的教学方法，多媒体教学能够把富有趣味的动画、清晰的文字注解、极富逻辑的公式推导和大量图画呈现出来，使课程的学习不再枯燥乏味，而变得直观形象、生动有趣，在短时间内调动学生多感官参与课堂互动，从而提高了教学信息的传递效率。[1]与此同时，多媒体技术本身固有的过于形象化的表述方式使得课程理论推导显得困难，这就有必要在多媒体技术与传统板书的使用过程中寻求平衡。本文仅就多媒体辅助教学技术在”半导体器件基础”课程中的应用以及与传统板书结合教学方式的实践做文浅析。
二、多媒体教学概述
多媒体技术代表了现代教育技术的发展趋势，必将对学校教育、远程教育产生深远影响。多媒体技术教学的应用在经历了计算机辅助教学与辅助学习阶段后，进入了多媒体技术与课程整合阶段。在该阶段，将多媒体技术应用到辅助教和辅助学上，强调利用多媒体技术创建理想学习环境、全新学习方式与教学方式，充分调动学生的主动性、积极性，使课堂教学结构发生根本变革，落实学生的创新精神与实践能力，改变传统教学结构和模式，实现学校素质教育，培养创新人才的目的。[2]
多媒体教学在广义上有两种含义，一种为运用多媒体组合教学，如幻灯、投影、电影、电视、录音等电教设备的组合，另一种以计算机技术为核心教学模式，也是人们通常所理解的多媒体教学。本文所论述的多媒体教学为后一种含义。
三、多媒体技术与板书融合的教学模式
目前，课堂教学仍然是教学中主要采用的模式。由于课内授课时间极为有限，为达到教学目的，在课堂教学中，教师必须向学生提供更多的信息和资料以及更多额外的半导体器件相关知识点，以扩大学生知识面。而在传统教学方式中，普遍采用板书方式大段书写文字、画器件原理示意图并推导公式，无论是学生还是教师大部分时间得花在板书上。例如，在“半导体器件”课程教学中，如果采用纯板书教学模式，无论是pn结、双极性晶体管还是场效应晶体管，其剖面图都比较复杂，仅是画出这些图就要占用大量的课堂时间，而且板书容量有限，反复擦除及板书画图都使效率降低，从而导致教学内容讲解的时间被大量压缩，教师和学生都会很疲惫且效果有限。[3]
以计算机技术为核心内容的多媒体教学技术能够在较短时间内将各种内容呈现出来，教师和学生因此可以将更多的时间放在知识点的讲解和学习上，学生也得到了较多的时间当堂复习巩固；同时教师提供给学生的信息量大大增加，教学的难点和重点就更容易突破了。
1.以双极性晶体管的相关知识点为例
双极性晶体管是半导体器件中非常重要的一个知识点。传统教学一般采用板书方式讲解，首先要在黑板上画出晶体管电流及载流子流向的示意图，如图1所示：
其次，要向学生说明载流子在集电区、基区、发射区中的运动规律。空穴从发射极注入到发射区，由于发射极正偏，空穴可以无损耗到达基区，由于基区是n型半导体，电子浓度高于空穴浓度，因此在基区由发射结注入的空穴被部分损耗。在放大模式下，集电极反偏，剩余的空穴被反向外加电场和pn结内间电场拉入集电区，形成空穴电流。同时，在发射结和集电结分别存在电子电流，并与空穴电流共同形成发射极、基极、集电极电流。像这些内容都属于物理模型范畴，电子和空穴无法被肉眼看到，不能用实验来直观演示，因此学生很难理解载流子是如何在该器件中运动的。
在分析双极性晶体管特点的基础上，笔者改用多媒体技术模拟载流子在晶体管中流动，采用动画的方式形象地将知识点呈现在学生面前，使枯燥乏味的教学活动充满了魅力。例如Flash动画将载流子在晶体管中的运动做出了形象化的表述，如图2（a）、图2（b）所示：首先，电子从发射极注入到发射区，再扩散到基区，由于基区很薄，电子基本无损耗。其次，基区中的电子在集电结反偏的作用下被拉入集电区，从而形成电流。由于在Flash的播放中，无论是电子、空穴，还是电流，都是在画面上动态移动，因此，学生很容易理解这一过程，从而突破了板书抽象讲解这一难点。
在放映flash动画之后，学生对载流子的宏观运动规律有了深刻理解。在此基础上，再采用PPT分步讲解双极性晶体管中载流子在其中的运动，以及载流子在各区中的特性，如图3所示。 通过Flash连续动画和PPT分步讲解后，学生既能够掌握载流子和电流的宏观运动规律，又能够掌握其在微观区的运动规律，因而更容易理解晶体管的工作原理。在此基础上，运用板书推导各电极中的电流方程进行如下定量推导：
由于有了Flash和PPT讲解电流的运动及形成原因，在板书推导电极电流公式的过程中，学生很容易理解这些抽象理论。无论是听课教师还是学生对这种方法的反馈都很好。
2.以MOSFET晶体管相关知识点为例
该晶体管与之前的双极性晶体管在机制上是不同的，这就需要对该类晶体管的原理进行详细讲解。传统单一板书讲解该知识点时也面临着载流子动态化的难题，学生不容易理解载流子在晶体管中到底是如何运动的。采用多媒体动画技术演示可以使载流子运动起来，从而达到形象生动的目的，如图4为该动画的截图。
采用此动画课间讲解时，其中的电子是动态运动的，这样学生就很容易理解在MOSFET器件中，载流子只能在栅极下半导体表面很窄的通道内运动，这个通道的宽窄程度可通过栅极电压、漏源电压进行控制。这样就将静态的教学内容转化为图像、声音，激发了学生的兴趣，加深了对概念的理解，提高了课堂的教学质量。
尽管采用多媒体动画技术将抽象的知识点形象化了，但多媒体动画只是教学过程中的第一步，学生所需要掌握的不只是器件的工作原理，还需要掌握定量的公式推导。但多媒体技术却不宜整版播放公式，这是因为理论公式是人类逻辑思维的表述，而多媒体技术却是形象思维的有效表达，若以形象思维的表达方式教授逻辑思维的推导，必然会适得其反。这时更适合采用板书的教学方法。在定性表述内容上采用多媒体演示，而在定量表述内容上采用板书推导，两者有机结合，将极大提高教学信息量的传递，增强了课堂教学效果。多媒体技术与板书实现了优势互补，课程的讲解丰富而有实效，从而实现课堂教学效果的最优化。
四、结论
“半导体器件基础”是一门相对抽象复杂的课程，传统单一板书教学模式存在讲解不生动、不透彻、信息量小等劣势。教师在课程讲解过程中，采用了多媒体技术与板书结合的教学模式，将抽象的知识点形象化、立体化，充分调动了学生听、视觉和大脑思维能力，激发了学生的学习兴趣和研究热情，取得了事半功倍的教学效果。
参考文献：
[1]贾志城.多媒体技术与电子线路课程的整合实践[J].陕西广播电视大学学报，2005，7（4）：18-20.
[2]彭丽萍.多媒体计算机在物理教学中的作用[J].科技信息（学术研究），2007，19（1）：205.
[3]张万锋.浅谈多媒体在教学中的应用[J].时代文学，2006，4（1）：191-192.
（责任编辑：王意琴）