【研究生精品课程】小班研究型教学模式引领学生学深悟透

——刘爽教授在《半导体光电子学》课程上的教改探索

文:罗莎 苟灵 图:本人提供 / 来源:新闻中心 / 2021-05-26 / 点击量:1016

  编者按:为充分发挥精品课程的标杆示范作用,促进研究生课程质量进一步提升,研究生院自2018年启动了研究生精品课程建设工作,以公共基础课和各一级学科(类别)专业课为重点,充分结合国务院学位委员会学科评议组和全国专业学位研究生教育指导委员会编写的《研究生核心课程指南》,整体规划、分步实施,至2020年,经学院推荐、学校专家评审、研教指委审议通过,学校已立项了三批“精品课程”。新闻中心特开设【研究生精品课程】栏目,分享这些“精品课程”基于“价值塑造、能力培养、知识传授”三位一体的教育理念,从课程目标与定位、课程内容、教学和考核方式、课程特色和成效等方面总结梳理其经验心得,与师生读者共享。本期介绍光电科学与工程学院副院长刘爽教授在《半导体光电子学》课程中的教改探索。

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  “10余年来,我一直在探寻如何上好这门课,承担一门课程的教学,我认为备课甚至比讲课还重要。就好比打仗,如果没有充分的准备,这个仗打起来肯定是无序的,更谈不上获胜。”谈到自己热爱的教学工作,光电科学与工程学院副院长、《半导体光电子学》课程负责人刘爽爽朗地表达了个人的观点。

  作为我校研究生“光学工程”专业的学位基础课,刘爽领衔的《半导体光电子学》课程致力于为研究生开展科学研究、工程应用等创新提供宽广扎实的基础理论知识,帮助学生了解光学与光电子学发展的新技术、新方法和相关物理概念,掌握基本理论的应用实例,使研究生具备基本的科研、工程创新能力,为后续创造性地研究、开发和制备各种半导体光电子器件打下专业的物理基础。

把握关键一步:“备”学生与“调”内容

  “备课不仅要‘备内容’,更要‘备学生’”。刚开始上这门课的前两年,刘爽用“有点手忙脚乱”来形容当时的情境。

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  “备学生”就是要充分了解自己教授对象的具体情况并掌握他们的特征,为此,当研究生院启动探究式小班教学课题之初,刘爽就积极申报了该课题,并全情投入到这一教学改革的探索中。

  在刘爽看来,主要有两个方面需要认识并关注:一方面,“光学工程”专业的研究生来自不同的本科院校,具有领域广、基础层次不均的特点; 另一方面,研究生选择这一研究方向,一定是基于兴趣考量后的结果,同时他们也对未来三年后的走向抱有热切期待。因而不仅对教师如何开展教学提出了更高的要求,更需要教师做好教学中的“穿针引线”工作。

  认清教学对象的特点后,刘爽又把目光聚焦到了对课程教学内容的调整上。

  《半导体光电子学》课程本身是一门专业基础课,介绍光和物质相互作用的基本理论、典型的半导体光电子器件的工作原理、器件结构、器件特性及其基本工艺,研讨主要半导体器件的新发展与应用。

  “概念多、公式多”是课程给人的直观印象,特别是涉及的主要是微观粒子的运动规律,不直观、难想象,这让部分没有相关前序课程学习经历或学习效果不太好的同学望而却步。

  如何解决这一矛盾?在课程内容的架构上,刘爽善于化繁就简,把握重点。

  经过梳理,明确了光和物质相互作用的基本理论、典型的半导体光电子器件的工作原理是课程学习的重点;半导体物理基础、半导体中的结理论等内容是课程的难点所在。

  半导体物理基础章节的设置,主要就是引导基础薄弱同学快速补齐,也让基础较好的同学回忆整理形成衔接;在四大典型半导体光电器件学习中,着重引入新成果、新进展;基础部分以老师讲明主线为主,学生表达理解情况;器件部分老师快速介绍结构、原理,重点阐明理论该如何进行应用;器件的研究发展及应用则主要由学生查阅资料、展开讨论。

  开课初期,课程在内容上主要参考华中科大、中国科学院大学,形式上以教师讲解为主;随着教学研究的不断深入,刘爽分别借鉴了美国亚利桑那大学光科学中心、英国帝国理工等同类课程的教学内容,作出大胆调整,从追求知识体系“大而全”转而讲究“小而精”, 致力于“讲透”一个知识点。

  如在双异质结激光器原理中,先铺垫电子能带中各关键能量点的特点,以及电子和空穴的运动行为,再给出能带图,引导学生讨论后自行分析电子和空穴产生、输运和复合的过程,既帮助学生有效掌握相关基础知识,又启发学生在实际应用分析中加强对知识的运用。

  “万变不离其宗”,刘爽说把基础的东西交到学生手上,帮助学生学会最核心的分析方法,就能真正理解到知识的源头,对后续的光电子的所有现象做到举一反三,为未来做光通信类、光显示类、光探测类的器件打下坚实的科研基础。

变革教学模式:小班研究型课程教学获高赞

  传统的《半导体光电子学》教学模式强调课本知识的灌输、重视理论分析和应试技能,往往忽略了对学生技能实践、应用和创新等综合能力的培养。

  “同心共振、跟上节奏”是刘爽希望达到的教学效果,她以做科研的态度,探究出小班研究型教学模式,逐步形成重点知识教师讲解、应用知识由学生讨论的研究型课程教学模式,充分体现了我校光学工程学科的内涵与特点。

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  如何让研究生的学习“研”起来?刘爽的做法是给学生参与的空间:

  放弃老师满堂灌的模式,设计环节让学生参与;给学生参与的思路:研讨内容结合课程知识、体现最新发展,让学生都有话可说;给学生参与的评价:将过程表现纳入最终的成绩,保障研讨的效果。

  学生是讨论的主体,教师只是在重要方向及疑难问题上给予指引和解答,教师可以从学生的讨论过程中检测学生学习相关知识的基础情况、深度以及广度,并及时给予补充和纠正。学生之间激烈的讨论不但营造了良好的教学环境,且在很大程度上激发了学生的学习兴趣。

  刘爽说,这种教学模式有效解决了“研”起来的问题,有三层重要的内涵:

  一是探索和研究是核心;二是小班化不但为营造探讨的交流环境和学术氛围奠定了可操作的方式,且利于突出学生的自我个性、激发灵感;三是最终目的是让学生学以致用,能够独立解决实际问题,提高学生通过发现问题、解决问题、反思问题,进而获得触类旁通的研究学习能力。

  小班研究型教学的授课团队分为授课组和助教组,教学的实施过程中由授课组老师负责课程基础的构建,给出知识构架,学生按知识图谱去扩展再深入。

  在传授完基本知识点后,就进入分析讨论的关键阶段。课程采用分组讨论的方式,将整个班级分为5至6个小组,每一组4、5名同学。教师会在每章课程开始时给学生一个讨论的主题,要求学生在课下搜集整理并分析相关资料,形成自己的观点与方案,并制作PPT,然后由授课组老师带领学生开展研究讨论。

  课后延伸方面,助教组建立了课程QQ群,在课余协助解决学生的疑问,让研讨在课后得以延续。

  考核环节将过程以及学生评价纳入其中,由研讨表现+期末考试等环节组成。学生的学业评价组成为“探究”教学过程考核占50%,期末考试只占50%。

  这样的方式充分调动了学生的自主性,让学生深度参与到互动中,潜移默化提升了研究生的创新能力。

  “我们对过程考核更加看重学生上课参与互动研究的程度”,刘爽表示,观点陈述、理解能力、语言表达和精神状态等都会是老师随堂现场考核的打分点, 而学生互评在考评分数中占比达一半之多。

  小组在课外组织调研、内部讨论、形成观点、制作 PPT,课堂陈述,并接受其他小组质询并辩论,考核时将过程表现纳入成绩中,通过学生互评,很好地培养起了思辨等能力。

  “同学们很难从网上获取有关考试的内容,期末试题中分析、设计类题目都超过一半,想偷懒都困难”,刘爽笑着说。

用心用情:充分调动学生的研究热情

  虽没有特别的要求,《半导体光电子学》课程在教学中,一直都注重把课程思政的内容,自觉融合到专业知识的讲解当中,真正做到“润物无声”。

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  在课程组看来,课程思政通过深化课程目标、内容、结构、模式等方面的改革,把政治认同、国家意识、文化自信、人格养成等思想政治教育导向与各类课程固有的知识、技能传授有机融合,实现显性与隐性教育的有机结合,促进学生的自由全面发展,充分发挥教育教书育人的作用。

  讲解半导体器件重要性时,刘爽就适时引入“中兴事件”,给学生传递青年的使命与担当;在讲授分子束外延设备的功能时,说明工匠精神的重要性;在讲授半导体激光器时,引入对重点核心领域“卡脖子”技术的相关介绍,激发同学们科技报国的信心与决心。

  “课堂灵动,学生心动”,用心用情的投入后,刘爽的课堂给学生留下了深刻的印象:

  20级硕士研究生石宏帅说,“上了刘老师这门课后,特别是学习过前面的第一、二章内容后,发现能够提纲挈领地抓住知识主线,为后面的自主学习赢得时间。”

  “老师的授课方式,很好地培养了我们听、说、读、写、辩(辨)等能力,我感到创新能力的基本素养都有所提高”, 20级硕士研究生周至新开心地表示。

  “研讨题目紧扣课程内容,起到了及时反馈知识点的作用,也让我们清楚了对知识的应用,能跟进相关器件的最新发展,而且有同学介绍的器件就是本人所在课题组做过的,相信对今后的科研会有很大的帮助”,20级硕士研究生陈青晨认为。

  “提出问题-讨论问题-得出结论-老师讲解-解决问题的过程,课堂参与度更高了,也更能透彻理解知识;查找论文、制作 PPT、课堂展示对不少同学来说都是很宝贵的经历。”则是大多数同学的共识。

  近几年的课程改革后,看到同学们从刚开始的拘谨到后来的热情投入,其个人胆量、表达欲望、专业知识、工程视野等都得到显著提升,刘爽感到特别满足。

  她建议学子重视基础知识的学习和融合贯通,加强自主学习能力提升,为以后进一步学习激光物理、光电探测原理与技术、液晶光电子学、敏感材料与传感器等课程打下了良好的基础。

  “作为一名教师,我们对课程效果的期望是要用心对待每一堂课、用情对待每一位学生,始终以成为学生心中的好老师为追求”,刘爽如是分享。


编辑:罗莎  / 审核:罗莎  / 发布者:陈伟