电子学课程新型模式教学论文范文

摘要：本文对半导体光电子学课程教学模式进行了深入的分析和探讨，提出了基于理论教学、实践教学与翻转课堂相结合的新模式进行半导体光电子学知识的传授。通过对南京航空航天大学半导体光电子学课程的实践探索，验证了这种新模式的优势和有效性。

关键词：半导体光电子学；教学改革；实践

一引言

随着信息技术的迅猛发展，传统的基于电学的信息产生、传输、控制与处理手段在硬件系统上已越来越难满足实际的需求，而光信号相比于电信号具有更高的频率、更宽的宽带和更宽的频谱范围，光传输介质相比电传输介质具有更低的传输损耗和更宽的传输带宽，光器件相比电器件具有更宽的带宽、更小的尺寸以及更好的并行处理能力，因此光电信息技术已成为国民经济和国防领域的核心关键技术。半导体光电子学是一门教授半导体材料和结构中光子与电子相互作用、光电相互转换的一门课程，涉及多领域与多学科的交叉融合，涵盖了量子力学、电磁场理论、半导体物理以及光学等一些基础知识[1]，是光电信息技术领域的核心课程之一,已广泛应用于前沿科学研究、国防及实际生活领域。

二基于实践教学与翻转课堂相结合的半导体光电子学教学改革研究

（一）半导体光电子学课程特点与存在的问题半导体光电子学这门课程主要介绍光电子基础理论、半导体材料或者结构中光电子相互作用等基础知识以及基于半导体材料的激光器、光纤、波导、电光调制器、光电探测器、太阳能电池、半导体光放大器等器件及其应用。无论是光电子基础理论中的麦克斯韦方程、群速度、群折射率、Snell定律、光学偏振理论、光学相干理论还是半导体材料中的电子密度和半导体器件中的性能推导，都涉及了大量的公式和基础的物理知识。如果教学形式仅限于纯粹的课堂理论教学，学生在理解相关物理效应或者知识点时会存在较大的困难，也无法识别目前常用的半导体光电子材料和相关器件，不利于学生将课堂学习到的知识应用于光学设计与实验等相关实用环节。另外本门课程还涉及了多学科的交叉，包括材料、光学和电学，对学生的知识面和理论基础提出了非常高的要求，在很多情况下，学生并不能完全具备学习半导体光电子学课程所必须的所有知识铺垫和积累，因此在知识的接受、感知和消化层面会面临着巨大的挑战。

（二）实践教学与翻转课堂相结合的新模式为学生在本科阶段提供接触世界前沿的科学研究、了解目前光电领域先进技术的新渠道，不仅有利于学生开拓眼界、掌握新的知识点，还将锻炼学生提取融合已有知识、分析解决复杂问题的能力，为其未来从事科学研究或先进技术研制奠定基础，进而培养出有利于国家建设需要的高级专门人才。而这些都是传统半导体光电子技术的教学模式难以满足和实现的目标。本论文提出改变纯理论教学的模式，结合理论联系实际的原则,实行实践教学模式[2,3]，将课程的学生从教室带进相关的前沿研究实验室，实际演示课堂教学中讲授的理论知识、介绍半导体光电子学前沿的科学研究并为学生们提供亲手进行基础实验的机会。通过具体实验操作与基本实验设计的训练，加深对半导体光电子学理论知识及其应用系统的理解和认识，另外结合翻转课堂[4,5]的方式，由学生讲授实验设计方案和实验结果，形成实践教学与翻转课堂相结合的新型教学模式。结合南京航空航天大学的实际条件及半导体光电子学的课程特点，在完成14学时的基础理论课堂教学后，学生将会离开课堂进入南京航空航天大学微波光子学实验室完成6学时的实践教学活动，包括2学时南航微波光子学实验室与半导体光电子学相关的学术前沿研究的介绍和4学时的动手实验活动。在学术前沿研究介绍方面，指导教师将结合实验室最前沿的学术研究分专题进行介绍，使学生加深对半导体光电子实际用途的理解，同时针对接下来的实验活动，着重介绍实验室中各半导体器件和系统，使得学生对理论教学环节学习的器件知识能与实物相联系，形成感官意识。在动手实验环节，课程设计了半导体光电子学中的最基本的微波光子传输链路系统，系统结构如图1所示，包含窄线宽激光器、电光调制器、光放大器以及光电探测器。激光器输出的窄线宽激光入射进电光调制器中，携带信息的外部电信号经电光调制器调制到光载波上，携带了信息的光信号经过光纤传输后入射到光电探测器中，重新转换成电信号。在实验环节，学生们分组进行图1所示的微波光子链路实验，通过学习每一个半导体光电器件的使用方法，构建实验系统，并测量记录每一个器件的输入和输出数据，从而加深对理论课堂时学习的各个器件基本原理的认识，学以致用，将半导体光电子学课程中的理论知识与实际应用相联系。结束实践教学活动后，剩下的4个学时学生将再次回到课堂，分组介绍实践环节中进行的实验的具体方案、原理和实验结果，并讲述实验的实际意义和应用前景，指导教师和其他学生全程参与讨论，最后由指导教师进行总结点评，实现翻转课堂。通过翻转课堂的训练，一方面提高学生组织信息和材料的能力，另一方面提升学生们语言表达能力，再者进一步加深对半导体光电子理论和实践知识的理解。

三结束语

本文通过对半导体光电子学的课程特点和目前教学模式所存在的问题，提出了基于理论教学-实践教学-翻转课堂相结合的新型教学模式。通过试行新型教学模式，达到锻炼学生提取和融合现有知识、解决复杂工程问题的能力，以及提升学生动手能力的目的，从而为培养出高级应用型专门人才奠定基础。

参考文献

[1]黄德修.半导体光电子学[M].北京:电子工业出版社,2013.

[2]徐振邦.《半导体器件物理》课程改革探索与实践[J].教育教学论坛,2014,(4):222-224.

[3]钟铁钢，蒋芳，赵旺.电子材料与元器件课程的教学改革探讨[J].教育教学论坛,2016,(41):90-91.

[4]张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志,2012,30(4):46-51.

[5]王慧君，王海丽.多模态视域下翻转课堂教学模式研究[J].电化教育研究,2015,(12):70-76.

[6]李培丽,施伟华,邹建华,蒋建.工程教育专业认证背景下“光电子学”课程教学改革初探[J].教育现代化,2016,3(31):47-49.

作者：王祥传 单位：南京航空航天大学