优秀课程思政案例示范——半导体物理

为贯彻实施教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》，推进华北理 工大学课程思政建设，提高教师课程思政建设能力，学校将于即日起通过教师教学发展中心公众号推送课程思政系列优秀案例。

小编将从课程思政教学目标、课程思政案例内容、思政目标的实现和教学设计四方面介绍每门课程思政优秀案例，文末还将展示该优秀案例的教学视频。希望通过系列优秀案例分享，提升教师课程思政教学能力，优化课程教学设计、创新课程教学载体，提高课程思政建设水平，实现思政元素润物无声的育人效果。

 硅、锗晶体中的杂质能级 

教师简介✦

熊伟，男，副教授。电气工程学院电子科学与技术专业教师。主讲《半导体物理》《半导体器件》等课程。主持和参研六项省级科研项目和教改项目。

课程简介✦

《半导体物理》是电子科学与技术专业本科生的学科基础课。课程遵循OBE理念，针对专业的培养目标和毕业要求，制定课程目标，旨在培养学生综合分析和解决半导体物理实际问题的能力，帮助学生树立正确的价值观，养成科学精神、创新精神、爱国奋斗精神和梦想精神，具有全球化的国际视野和生态环境保护意识，厚植爱国主义，坚定中国立场，勇挑时代担当，激励学生不忘初心和使命，以中国集成电路人的职业担当为己任，实现自己的职业理想和人生价值。通过系统学习，使学生掌握半导体的晶格结构和电子状态，杂质和缺陷能级，载流子的统计分布，载流子的散射及电导问题，非平衡载流子的产生、复合及其运动规律等基本理论知识，为学习后续课程打下基础，也为将来从事微电子学、光电子学以及固体电子学的研究打下坚实的理论基础。

一、

教学目标

（一）本讲的课程思政教学目标

通过使学生掌握施主杂质、受主杂质、n型半导体和p型半导体的相关理论，用施主杂质和受主杂质对半导体导电性的改变让学生思考利用这一特性制作晶体管和集成电路的问题（教学目标），进而引出时下讨论火热的华为“卡脖子”事件，了解针对这些事件的中国立场，制造集成电路的主要工艺和我国集成电路产业的短板以及应对政策，激发学生弘扬民族精神，养成创新精神、爱国奋斗精神和梦想精神，增加国家认同和政治认同，坚定中国立场，勇挑时代担当。进一步使学生树立起牢固的创新信念和职业信心，激发学生持久健康的学习动力，坚守初心，激励学生在今后的学业过程中克服学习困难，实现自己的职业理想和人生价值（思政目标）。

（二）案例如何体现课程思政教学目标

通过美国对华为采取“卡脖子”行为的报道，展示出国家在集成电路突围中对先进技术的追求，帮助学生养成创新精神、爱国奋斗精神和梦想精神，增加国家认同和政治认同，坚定中国立场，勇挑时代担当，能够让学生自然将爱国主义情怀倾注到自己的专业中去，激励学生不忘初心，以中国集成电路人的职业担当为己任，坚固自己的信念和学习信心。

二、

课程思政案例内容

（一）案例的引出（2分钟）

课堂活动：

1.有多少同学知道半导体材料与集成电路的关联？

2.有多少同学了解我国集成电路产业的短板？

引出掺入施主或受主杂质的半导体与集成电路的关联，了解到半导体物理对集成电路发展的重要性。

（二）案例内容（6分钟）

1.案例形式：PPT讲授+新闻资讯视频播放

2.新闻资讯名称：《科技霸权！美国对华“数字炮舰”加大火力》、《坚决反对美方蓄意打压华为等中国企业》

新闻资讯访问来源：央视网

访问地址：

https://tv.cctv.com/2020/09/08/VIDEEaANbdCLK0wR91Da2azW200908.shtml

https://tv.cctv.com/2020/08/18/VIDEn3LBUt5yu3ce5IO7OaJH200818.shtml

3.让我们来看看半导体材料和集成电路的关联

根据刚才的讲解，我们已经知道通过掺入施主杂质可以制成主要依靠电子导电的n型半导体；通过掺入受主杂质可以制成主要依靠空穴导电的p型半导体。n型半导体和p型半导体的结合可制造出同学们在模拟电路中学过的pn结；利用pn结可以制造出三极管和MOS场效应晶体管，再搭配上电阻、电容和电感，就可以组建成同学们学过的模拟电路和数字电路了。在本讲内容中，我们学到可以通过改变杂质的掺杂浓度来控制半导体的电导率和阻值。在下学期的半导体器件课程中，我们会学到半导体材料同样可以制成电容和电感。这样，就可以采用特定的制造工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及元件间的连线，集成制作在一小块半导体晶片上并封装在一个腔壳内，成为具有所需电路功能的微型器件。这个器件就是同学们熟知的集成电路，也称为芯片。通过半导体材料和集成电路的关联，我们可以看出，只有深入地理解半导体材料中电子和空穴的运动规律，才能应用这些规律完成集成电路的设计、生产和测试，这也是为什么《半导体物理》是集成电路方向最重要的考研专业课的原因。集成电路已成为时下我国经常提到的热词，集成电路人才被教育部定为国家未来战略必争领域的紧缺人才。这主要是因为美国对华为等公司的一系列“卡脖子”事件，已经使得我国集全力发展集成电路产业刻不容缓。下面让我们通过一段视频来看看华为“卡脖子”事件和针对这些事件的中国立场。

4.让我们来看看华为“卡脖子”事件和中国立场

新闻资讯：自2019年以来，美国针对华为的打压措施不断升级。当年5月，美国商务部将其列入实体清单，要求美国企业向华为提供产品和技术前必须获得特别许可。华为一方面提高自主设计芯片的比例，另一方面启动了备胎计划，力推独立于安卓的鸿蒙操作系统。2020年5月，美国商务部对实体清单的相关规定做出修改，严格限制芯片生产商为华为生产其自主设计的芯片。2020年8月，特朗普政府再度收紧出口管制规则，规定只要华为参与交易的任何阶段，世界各地的任何公司都不得在没有许可证的情况下出售使用美国软件或设备制造的半导体组件。这意味着即使不是由华为海思设计的芯片，也很难再出售给华为。有分析师表示，新规则相当于全面禁止向华为出售任何芯片，将打击其通信设备和手机业务。

外交部发言人赵立坚表示：“美方所作所为彻底戳破了美方一贯标榜的市场经济和公平竞争原则的遮羞布，违反国际贸易规则，破坏全球产业链、供应链、价值链。这也必将损坏美国国家利益和自身形象。美方对华为等中国企业的打压越歇斯底里就越证明这些企业的成功，也越证明美方的虚伪和霸道。美方指责华为威胁美国的国家安全，但事实证明，在过去的30年里华为没有发生过一起类似‘斯诺登事件’、‘维基解密’的网络安全事件。我们敦促美方立即纠正错误，停止污蔑抹黑中国，停止打压中国企业。中国政府将继续采取必要措施维护中国企业正当合法权益。”

根据视频可以看出，美国在拿不出任何真凭实据的情况下，泛化国家安全概念，滥用国家力量，对华为等中国企业采取了各种限制措施。面对美国赤裸裸的的霸权行径，难道我们就不能不依赖美国，自主完成集成电路的制造吗？下面我们就来看看制造集成电路的主要工艺和我国集成电路产业的短板。

5.让我们来看看制造集成电路的主要工艺和我国集成电路产业的短板

集成电路生产是一个点沙成金的过程，从沙子到晶圆再到集成电路，价值密度直线飙升。经过拉出晶圆、切片、光刻、刻蚀、离子注入、镀铜、切割和封测等复杂工艺，才可以生产出在指甲盖大小的空间中集成了数公里长的导线和数以亿计晶体管器件的集成电路。

我国集成电路需求极为旺盛，但是整个集成电路产业却还没有进入世界第一梯队，绝大多数芯片依赖进口，进口额超过原油这一战略物资。中国集成电路产业正处于高速、蓬勃发展时期，但是在许多领域存在“短板”，导致了中国制造“全而不强”和供应链的“断链”风险。在供应链方面，高端半导体材料主要被欧美、日韩等国垄断。12英寸的大尺寸晶片严重依赖进口。从核心技术来看，中国在芯片设计、制造等环节中的关键设备、软件、技术等受制于人，严重制约了高质量发展。国内所使用的EDA工具由美国公司垄断。此外，芯片生产所需要的关键设备由美国、日本和荷兰垄断。华为等国内企业被“卡脖子”的根本原因就是过分依赖国外技术与产品。

6.弘扬民族精神，养成创新精神、爱国奋斗精神和梦想精神

集成电路产业是我国战略性新兴产业，从18号文件、4号文件、促进纲要到新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策，这些国家政策的推进支持和业界的努力，使得集成电路产业取得了长足发展。但是，我们也要看到我国在集成电路方面，不管是在产业规模、技术水平、人才储备、研发投入等方面，跟国外都存在很大差距。深刻体会这些“卡脖子”事件和差距，能够帮助各位同学更好的理解自己身上的历史使命和职业担当。同学们要弘扬民族精神，养成创新精神、爱国奋斗精神和梦想精神，增加国家认同和政治认同，坚定中国立场，勇挑时代担当，按照中央、国务院的要求，从初心和使命方面去学习。集成电路人的初心和使命就是实现我国集成电路产业的跨越式发展。同学们，集成电路人才是国家未来战略必争领域的紧缺人才，如果你已经立志从事集成电路行业，准备为实现中华民族伟大复兴的中国梦而奋斗，那么就先从学好《半导体物理》开始吧！

三、

分析讲解

（一）重点分析：案例与本讲内容的关联度

本讲课的内容是“硅、锗晶体中的杂质能级”，知识性的教学目标是使学生掌握替位式杂质、间隙式杂质、施主杂质、n型半导体、受主杂质和p型半导体。课程思政的案例和本讲课的施主杂质、n型半导体、受主杂质和p型半导体是有关联的。用施主杂质和受主杂质对半导体导电性的改变让学生思考利用这一特性制作集成电路的问题，进而引出时下讨论火热的华为“卡脖子”事件，通过讲解讨论让学生真正理解弘扬民族精神、养成创新精神、爱国奋斗精神和梦想精神、增加国家认同和政治认同、坚守中国立场、勇挑时代担当的内在含义。课程思政案例同时也是课程专业知识的典型案例，专业知识和价值分析同步同向同过程完成。案例最后进行总结和升华，也同时提升了本讲课“施主杂质和受主杂质”专业知识的站位和理论层次，即：其一，更好的理解半导体物理与集成电路内在关联，才能更好的理解和掌握半导体物理在集成电路产业中能起到什么作用和为什么起到这样的作用；其二，更好的了解我国集成电路产业的短板，才能更好的理解集成电路人的责任担当，能够更牢固的树立信念。二者在教学内容和教学目标上彼此契合，共同促进。

（二）如何达成课程思政预期目标：采取适宜的教学方法和教学模式。

1.案例导入使用参与式课堂活动的方法，将学生带入亲身的经历体验中，使学生主动对华为“卡脖子”等重大事件进行思考，加深学生对集成电路发展的必要性与半导体物理这门课的认识，将本讲课的内容与重大事件结合在一起，不露痕迹的将学生带入价值思考中，为后面课程思政的开展做好思想准备。2.使用新闻资讯对华为“卡脖子”事件进行简单介绍，快速将学生带入课堂与社会问题的双重视野中，对集成电路发展的重要性，国家的价值立场进行勾勒。新闻资讯有助于提升学生的学习兴趣，强化学生对集成电路发展的直观认知，更好的理解集成电路发展体现了国家和社会怎样的价值期许，使学生获得一种强烈的对半导体物理的学习动力与从事集成电路相关职业的期待愿望。3.使用讲授法，通过对制造集成电路的主要工艺和我国集成电路产业的短板以及应对政策的讲解，展示出的是国家对中国芯片的重视程度，表现出的是党和国家政府在依法有序的为集成电路的发展做出努力，体现出的是集成电路人在美国商务部全面限制华为购买采用美国软件和技术生产的半导体事件中的职业使命和贡献。在最后的总结性讲授中，在宏观背景下将本案例提升到弘扬民族精神、养成创新精神、爱国奋斗精神和梦想精神、增加国家认同和政治认同、坚守中国立场、勇挑时代担当的高度，进一步使学生树立起牢固的信念和职业信心，激发学生持久健康的学习动力，坚守初心，激励学生在今后的学业过程中克服学习困难，实现职业理想和人生价值。

四、

教学设计

五、

案例视频

感谢电气工程学院

熊伟老师供稿

教师教学发展中心

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