摘要:专业课程思政是高校落实立德树人根本任务的重要举措，是培养思想政治觉悟高、专业素养强的青年学生的重要抓手。该文以半导体物理课程为例，从四个方面分别剖析课程思政与专业课的深度融合方法。课程思政与专业课的有机结合可以为培养思想政治表现良好、道德品质高尚的中国特色社会主义建设高水平人才打下坚实的基础。
关键词:课程思政；半导体物理；实践方法
2016年，在全国高校思想政治会议上提出“使各类课程与思想政治理论课同向同行”[1]。自此，课程思政的重要性逐渐凸显，围绕课程思政的教学研究犹如雨后春笋般不断涌现。各高校围绕课程思政加快改革步伐，不断创新工作举措。具体的举措包括课程思政教学工作坊的建设、课程思政示范专业建设、课程思政建设项目的开展。这些举措实施的着力点就是将课程思政与高校的专业课有机融合[2]。关键是既要保证课程思政教学的有序开展，又要确保专业知识教学的通畅性、连贯性。本论文以半导体物理这门课程为例，探索半导体物理与课程思政的有机结合。半导体物理是工科类专业的一门基础课程，通过本课程的学习，学生能够掌握半导体的基本概念和基础理论。主要包括掌握半导体晶格结构的分类及其价键的结合性质，半导体的电子状态及其能带结构，半导体中载流子的分布、迁移、复合特性，pn结的物理特性，金属和半导体的接触特性。显然，这门课程专业性非常强，如果机械地将其与思政元素结合，那么思政教学与专业课教学就会格格不入。因此，我们有必要采用多种方法，多维度地将课程思政元素融入课程，实现二者的无缝对接。围绕立德树人的主线，采用的思政教学方法由浅入深、循序渐进，使学生将专业知识和思政理论融会贯通。第一种方法是在半导体物理课程的知识点中发掘思政元素，多个知识点协同开发，达到以点带面的效果。第二种方法是从我国目前亟待解决的难题出发，在本课程的教学内容中寻找突破口，从而将本门课程从单一的理论性课程发展为理论与国家发展的现实性相结合的课程。第三种方法是将哲学问题引入课堂，鼓励学生积极发言探讨，激发学生的学习兴趣。第四种方法是介绍我国半导体行业的发展简史以及半导体领域大师的成长经历。那么，我们就从这四个方面阐述半导体物理中的课程思政教学：
1半导体物理知识点中的课程思政元素
在“原子的能级”这一小节中，从“电子的共有化运动”这个知识点可以挖掘出思政元素。电子的共有化运动的物理意义是某一原子的核外电子不仅可以在原有的轨道上运动，而且可以迁移到相邻原子的电子壳层上运动，那么电子可以在晶体内运动[3]。从中我们可以看出，原子的电子壳层不仅可以容纳本身的电子，还可以容纳相邻原子的电子。这与我国开放共享发展的理念是契合的，中国未来会更加开放包容地与其他国家共同参与世界经济的发展。同样，在生产生活中要学会共享、敢于共享，打破行业壁垒，实现信息的互联互通。载流子的俄歇复合本质上反映的是两个电子（或空穴）之间能量的传递，其物理意义是当一对电子-空穴发生复合的同时，另一个电子（或空穴）会被激发至能量更高的能级，这个电子（或空穴）往低能级跃迁的同时释放出声子。我们传授这个知识点的时候，可以引入中国一句古语“近朱者赤，近墨者黑”。那么这句古语和俄歇复合的关联在哪里呢？空穴传递能量给相邻的空穴，能量往更正的方向传递，这使我们联想到国家大力弘扬正能量，与“近朱者赤”是关联的。正能量可以使人们积极乐观地工作、生活，社会的风气变得更好，人们互帮互助、传递美德、弘扬正义。电子传递能量给相邻的电子，能量往更负的方向传递，这与“近墨者黑”是相关联的。如果一个人自己的负能量太多，整天浑浑噩噩、不思进取、怨天尤人，那么他传递给身边人的也是负能量，这样对他人、对社会都是不利的。pn结是半导体物理中非常重要的一个章节，这种结构是晶体二极管必备的结构[4]。pn结具有单向导电性，当pn结的两端加上正向电压时，pn结呈导通状态，而且正向电流的密度随着正向电压的增大呈指数级增长。当pn结的两端加上反向电压时，pn结呈截止的状态，反向电流密度非常小，且随着反向电压的增大电流密度变化非常小。针对pn结加上正向电压引起的电流密度的变化，我们可以类比政策对生产力的影响，只要选择好正确的发展政策，那么国民经济与社会就会得到跨越式发展。我国坚持社会主义制度，改革开放的决策落地之后，我国经济迅速发展，人民生活水平不断改善。我国社会现阶段的主要矛盾已经不再是人民日益增长的物质文化需要同落后的社会生产之间的矛盾，而转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。这说明我国的改革开放发展政策取得了举世瞩目的成就，其重要性不言而喻。然而，当我们制定了错误的发展政策时，社会经济的发展必然受到制约，甚至会停滞不前，这正好与pn结加上反向电压后呈截止状态的道理类似。以半导体物理中电子的共有化运动、俄歇复合和pn结的单向导电性三个知识点为例，我们分析了如何在已有的知识点中挖掘思政元素，找出知识点和思政元素之间的内在关联性，使二者形成一个有机的整体。
2半导体物理与国家经济社会发展中的问题相结合
将我国经济社会发展亟待解决的问题引入课程，鼓励青年学生积极从事相关行业，为国家的发展积累人才。目前，我国天然气探明的储量不到全球总量的1%，人均天然气资源远低于世界平均水平，排名在100位以后；我国石油资源约为1040亿吨，虽然总量排在世界第6位，但是我国大多数石油开采难度极大，可勘探的石油储量并不高，人均石油资源只占世界平均水平的五分之一；我国煤炭资源排在世界第3位，但是人均煤炭占有量还不及世界平均水平。显然，我国的三大资源相较于其他资源大国还是非常匮乏的，这严重影响了我国的能源安全。因此，有必要开发新型可再生能源来替代传统的化石能源。太阳能是全球储量巨大、分布广泛的可再生能源。目前，能够有效利用太阳能的途径主要是光热转换和光电转换。其中，光电转换的研究方向主要有太阳能电池、光电化学分解水制氢等。光电转换所用到的材料就是半导体，半导体吸收光子产生光生载流子（电子和空穴），这些载流子驱动了光电反应，产生光电流。因此，学习半导体的相关理论基础是非常必要的。半导体物理这门课程详细介绍了半导体的电子状态、能带理论、非平衡载流子等理论，学生掌握这些理论就能对光电转换的机理有深刻的理解，只有真正理解掌握才能突破创新。目前，芯片产业几乎被日本和欧美等发达国家瓜分，我国每年需要进口3000多亿美元的芯片，芯片的自产能力不足使我国的经济发展难以得到坚实的保障。我国急需相关的仪器设备和技术，最紧缺的就是芯片相关产业的人才。硅基半导体是生产芯片的必备材料，而硅是一种非常重要的半导体，是半导体物理必须要教学的内容，半导体物理正是芯片人才必须要掌握的一门课程[5]。本课程解析了硅的能带结构，给出了硅导带等能面示意图、硅中导带底电子的有效质量和价带顶空穴的有效质量，使学生从基本结构上对硅有深刻的理解。通过本征半导体的载流子浓度和杂质半导体的载流子浓度这两部分内容的学习，学生可以掌握本征硅和掺杂硅的载流子浓度与温度之间的关系。在硅基芯片的生产和使用过程中，可以应用温度和载流子浓度的关系筛选出芯片高效运行的温度区间，使器件稳定工作。
3半导体物理中的哲学问题
课程中的部分教学内容涉及一些哲学思想，通过这些哲学思想引导学生充分思考，使学生的思想得到熏陶和升华。例如，硅在砷化镓中既可以作为施主杂质取代镓，又可以作为受主杂质取代砷，表现出双性行为。这里面反映的哲学思想是事物是有两面性的，所有的事物并不是非黑即白的，我们要善于观察、清晰判断。对于中华传统文化，我们要取其精华、去其糟粕。再比如，pn结的击穿中就可以发掘一定的哲学思想。pn结的击穿是指当反向偏压增大到一定数值时，反向电流密度突然迅速增大的物理现象。我们知道，当pn结外加反向偏压时，pn结是截止状态的，但是当外加偏压突破了极限，pn结就会被击穿，瞬间形成非常大的反向电流。这个概念蕴含的哲学思想是“月满则亏，水满则溢”，其哲学意义是当事物发展到极端之后，就会产生溢出效应，甚至往相反的方向发展。
4我国半导体行业发展简史以及半导体物理领域的著名科学家
教师应在课程中增加对中国半导体的发展和领域内大师级科学家的介绍。1953年，京东方的前身———北京电子管厂建成，为中国的晶体管生产提供了保障。1956年，黄坤、谢希德联合撰写了经典著作《半导体物理学》，为中国半导体的研究提供了理论支撑。1958年，谢希德从麻省理工学院毕业归国并入职复旦大学，自此开启了中国半导体物理学科的发展进程。1960年，中科院半导体所和河北半导体所正式成立。1985年，中兴半导体有限公司在深圳成立，后来发展为中兴通讯。1987年，华为公司成立，并筹备了集成电路设计中心（海思半导体的前身）。随后，中芯国际成立，开启了国产半导体晶圆代工之路。2016年，武汉长江存储成立，开启了我国自主生产存储芯片的道路。紧接着，合肥长鑫存储成立，壮大了存储芯片的生产队伍。2018年，强调，要提高半导体等关键核心技术创新能力。我国半导体领域著名科学家罗晋生教授一生致力于半导体学科的发展，他在半导体表、界面，半导体材料合成，半导体器件、导体的椭偏光分析等研究方向上都取得了突破性的进展。他为了半导体学科的发展奉献了毕生的精力，即使在年近古稀时依然坚守在一线，为半导体学科做出了巨大的贡献。
5结语
高校是培养人才的摇篮，承担着重要的历史使命。专业课程是高校课程体系的核心，其教学的方法尤为重要。笔者以半导体物理这门课程为例，提出了教学改革的思路，即将课程思政与半导体物理相融合。本文分别从半导体物理课程中的知识点、国家发展的瓶颈问题、哲学问题、半导体发展简史及行业大师的介绍四个方面展开论述。在多方面的工作同时开展之后，半导体物理这门课程的思政色彩更加浓厚，教学的引领示范作用将得到加强。
作者:胡颖飞 单位:金陵科技学院材料工程学院
