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摘 要:教育的改革与创新是对每所大学的内在要求,是提高高等教育质量的重要方面,是所有高校的重大任务。我国传统的教育模式以单一的传授式为主,致使所培养的人才缺乏思考和创新能力。本文对“电子技术基础”课程采用讨论式教学方法进行了探讨,通过讨论引发学生的积极性,开扩思路,培养学生的思考和创新能力。
关键词:电子技术基础;讨论式教学;创新教育
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1009-0118(2012)-02-0-01
“模拟电子技术基础”课程是电气类学科的专业基础课,是基础课程与专业课程的桥梁。这门课程中的理论相对抽象和复杂,而此类课程的教学中,大多采用课堂讲授结合实验的方法加以理解和巩固,很少设立讨论课,因此学生难以真正的理解和掌握[1-6]。
一、讨论题目
某半导体材料的结构如图1所示。
假设在某一理想状态下,经本征激发后P区的少子(电子)数目与N区的多子(电子)数目相同,其分布情况也对称,问:在该情况下能否形成PN结?
二、展开讨论
(一)观点一——由于浓度差而产生PN结
1、在P区和N區,只有空穴存在浓度差,而电子没有浓度差,会产生扩散运动吗?空穴是当电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后,在共价键中留下的一个空位,因此空穴本身是不能移动的。我们所说的空穴的运动,是为了分析方便,用空穴的运动来描述电子移走后留下的空位的相对位置的变化。那么,在这种只有空穴存在浓度差,而电子没有浓度差情况下,空穴会产生移动吗?
2、如果假设空穴能够产生移动,在P区和N区的交界处就会仅仅留下带负电的离子芯,只有负离子芯形成的薄层能被称为PN结吗?如图2所示。
3、假定问题(2)的结论成立,那么产生的PN结是否能被称为单边PN结?如果有单边PN结,是不是于此对应的还有双边PN结?
(二)观点二——没有复合作用不能产生PN结
1、将P区和N区分开来看,在其各自的内部会因为浓度差的原因,先进行扩散和复合吗?如图3所示。
2、如果假设1成立,在各自内部扩散复合后,P区和N区的电子数目可能产生浓度差,最终会形成PN结吗?
3、又有同学提出,P区和N区电子没有浓度差,所以两种载流子不扩散,且原子本身不带电,那么本征激发产生的电子和空穴会不会因为带电而产生相互吸引,由引力作用而引发载流子的运动?这个观点,被其他同学立即否定。因为没有外加电场,因此带电粒子不会受到引力作用,它们只能做随机运动。
4、随机运动会不会引起部分空穴和电子复合,而导致P区和N区的电子浓度差,因而产生扩散形成PN结?
三、讨论结果总结
在整个讨论中,会使学生对多数载流子、少数载流子、本征激发、空穴电子对、扩散运动的形成、空穴的运动、半导体本身呈电中性、耗尽层、PN结的形成等基本概念和原理,有更进一步的掌握、理解和巩固。最后由老师做总结,陈述观点,分析原因。
在该题目的讨论过程中,几乎所有同学都忽略了P区和N区的形成,这是揭开问题面纱的关键。在半导体两个不同的区域分别掺入三价和五价的杂质元素,便在半导体的两边形成P型区和N型区。对于纯净的半导体,空穴和电子的数目是相同的。因此,在一块纯净的半导体的两个不同区域掺杂而形成的P区和N区,它们的电子数目一定是不相等的。因此,题目中假想的理想状态是不存在的。
四、讨论式教学法小结
通过上述讨论式教学法的教学实例表明,在讨论的过程中,可大大引发学生思考问题的积极性,并且学会用所学的知识去分析问题和解决问题,最终对教科书中所学的基本概念和原理能够有进一步的理解、掌握、巩固和提高。在讨论中一改平时枯燥乏味的理论知识,活跃课堂气氛,帮助学生理清思路,开阔视野,同时可引发学生的创新思考,带来新的发明和新的创新成果。由于受到课时的限制,在开展讨论式教学法时,可根据课时安排,尽量做到各重点和难点章节,每一章内容讲授完开展一次讨论课。
参考文献:
[1]王彩君,黄智进.模拟电子技术基础课程教学方法的探讨[J].实验科学与技术,2010,8(5):89-92.
[2]吴青萍,张慧敏.对模拟电子技术课程行动导向教学的探讨[J].全国高等学校电子技术研究会论文集,2010,(30):53-55.
关键词:电子技术基础;讨论式教学;创新教育
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1009-0118(2012)-02-0-01
“模拟电子技术基础”课程是电气类学科的专业基础课,是基础课程与专业课程的桥梁。这门课程中的理论相对抽象和复杂,而此类课程的教学中,大多采用课堂讲授结合实验的方法加以理解和巩固,很少设立讨论课,因此学生难以真正的理解和掌握[1-6]。
一、讨论题目
某半导体材料的结构如图1所示。
假设在某一理想状态下,经本征激发后P区的少子(电子)数目与N区的多子(电子)数目相同,其分布情况也对称,问:在该情况下能否形成PN结?
二、展开讨论
(一)观点一——由于浓度差而产生PN结
1、在P区和N區,只有空穴存在浓度差,而电子没有浓度差,会产生扩散运动吗?空穴是当电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后,在共价键中留下的一个空位,因此空穴本身是不能移动的。我们所说的空穴的运动,是为了分析方便,用空穴的运动来描述电子移走后留下的空位的相对位置的变化。那么,在这种只有空穴存在浓度差,而电子没有浓度差情况下,空穴会产生移动吗?
2、如果假设空穴能够产生移动,在P区和N区的交界处就会仅仅留下带负电的离子芯,只有负离子芯形成的薄层能被称为PN结吗?如图2所示。
3、假定问题(2)的结论成立,那么产生的PN结是否能被称为单边PN结?如果有单边PN结,是不是于此对应的还有双边PN结?
(二)观点二——没有复合作用不能产生PN结
1、将P区和N区分开来看,在其各自的内部会因为浓度差的原因,先进行扩散和复合吗?如图3所示。
2、如果假设1成立,在各自内部扩散复合后,P区和N区的电子数目可能产生浓度差,最终会形成PN结吗?
3、又有同学提出,P区和N区电子没有浓度差,所以两种载流子不扩散,且原子本身不带电,那么本征激发产生的电子和空穴会不会因为带电而产生相互吸引,由引力作用而引发载流子的运动?这个观点,被其他同学立即否定。因为没有外加电场,因此带电粒子不会受到引力作用,它们只能做随机运动。
4、随机运动会不会引起部分空穴和电子复合,而导致P区和N区的电子浓度差,因而产生扩散形成PN结?
三、讨论结果总结
在整个讨论中,会使学生对多数载流子、少数载流子、本征激发、空穴电子对、扩散运动的形成、空穴的运动、半导体本身呈电中性、耗尽层、PN结的形成等基本概念和原理,有更进一步的掌握、理解和巩固。最后由老师做总结,陈述观点,分析原因。
在该题目的讨论过程中,几乎所有同学都忽略了P区和N区的形成,这是揭开问题面纱的关键。在半导体两个不同的区域分别掺入三价和五价的杂质元素,便在半导体的两边形成P型区和N型区。对于纯净的半导体,空穴和电子的数目是相同的。因此,在一块纯净的半导体的两个不同区域掺杂而形成的P区和N区,它们的电子数目一定是不相等的。因此,题目中假想的理想状态是不存在的。
四、讨论式教学法小结
通过上述讨论式教学法的教学实例表明,在讨论的过程中,可大大引发学生思考问题的积极性,并且学会用所学的知识去分析问题和解决问题,最终对教科书中所学的基本概念和原理能够有进一步的理解、掌握、巩固和提高。在讨论中一改平时枯燥乏味的理论知识,活跃课堂气氛,帮助学生理清思路,开阔视野,同时可引发学生的创新思考,带来新的发明和新的创新成果。由于受到课时的限制,在开展讨论式教学法时,可根据课时安排,尽量做到各重点和难点章节,每一章内容讲授完开展一次讨论课。
参考文献:
[1]王彩君,黄智进.模拟电子技术基础课程教学方法的探讨[J].实验科学与技术,2010,8(5):89-92.
[2]吴青萍,张慧敏.对模拟电子技术课程行动导向教学的探讨[J].全国高等学校电子技术研究会论文集,2010,(30):53-55.