ТАКСОНОМИЯ УЧЕБНЫХ ЗАДАЧ ПО Д. ТОЛЛИНГЕРОВОЙ
Алмаев Алексей Викторович
Аспирант 1-го года обучения кафедры полупроводниковой электроники радиофизического факультета
На основе материала презентации «Таксономия когнитивной сложности учебных задач Д. Толлингеровой» и учебного пособия «Диагностика и мониторинг инновационных изменений в образовании» автора Н. Абакумовой приведены примеры из собственных методических материалов и личного опыта по курсу «Полупроводниковая электроника». В качестве методических материалов была выбрана рабочая программа дисциплины. Под личным опытом понимается опыт преподавания лабораторных работ для студентов 4 курса, обучающихся по направлению бакалавриата «Радиофизика». Перед описанием примеров по таксономии учебных задач по Д. Толлингеровой, считаю нужным привести краткие сведения о рассматриваемой дисциплине. Дисциплина «Полупроводниковая электроника» входит в число базовых дисциплин профессионального цикла. Вместе с другими дисциплинами модуля «Электроника» она знакомит обучающихся с основными принципами построения и функционирования электронных систем, теоретическими и экспериментальными методами оценки параметров электронных приборов. В процессе освоения дисциплины обучающиеся приобретают навыки работы с современным экспериментальным оборудованием. Целью освоения дисциплины «Полупроводниковая электроника» является формирование современных представлений о физических принципах работы, характеристиках, функциональных возможностях и особенностях использования основных типов полупроводниковых приборов. Изучение дисциплины направлено на формирование у обучающегося общекультурных компетенций (ОК-8, ОК-10, ОК-12) и профессиональных компетенций (ПК-1 – ПК3, ПК-6).
Святая троица современной системы образования Знания-Умения-Навыки. В результате освоения дисциплины обучающийся должен: знать основные типы полупроводниковых приборов, их функциональные возможности и области применения; уметь качественно объяснить и математически описать физические процессы, лежащие в основе действия полупроводниковых приборов различного назначения; владеть навыками экспериментального определения и расчетов параметров и характеристик основных полупроводниковых приборов.
ТАКСОНОМИЯ УЧЕБНЫХ ЗАДАЧ ПО Д. ТОЛЛИНГЕРОВОЙ
1. Задачи, требующие мнемического воспроизведения данных:
1.1 задачи по узнаванию – Укажите название единиц измерений физических величин тока, напряжения, сопротивления, их обозначение, символьное обозначение физических величин, символы химических элементов и соединений, наиболее часто используемых в полупроводниковой технологии.
1.2 задачи по воспроизведению отдельных фактов, чисел, понятий - Напишите систему уравнений Максвелла, формулу Эйнштейна, Законы Ньютона. Проверка знания студентом элементарных констант: число Пи, экспонента, постоянная Больцмана.
1.3 задачи по воспроизведению дефиниций, норм, правил - Сформулируйте закон Ома и правила Кирхгофа. Напишите правила вычисления производной произведения функций одной переменной.
1.4 задачи по воспроизведению больших текстов, блоков, стихов, таблиц, и т.п. - При помощи периодической таблицы элементов Д.И. Менделеева определить введение каких элементов в монокристалл кремния способствует образованию электронного типа проводимости.
2. Задачи, требующие простых мыслительных операций с данными:
2.1 задачи по выявлению фактов (измерение, взвешивание, простые исчисления и т.п.) Имея возможность пользоваться амперметром и вольтметром определить величины тока и напряжения на определенном участке электрической цепи.
2.2 задачи по перечислению и описанию фактов (исчисление. перечень и т.п.) - Перечислить механизмы рекомбинации носителей заряда в полупроводниках.
2.3 задачи по перечислению и описанию процессов и способов действий – Опишите последовательность действий по подготовке измерительной аппаратуры к работе.
2.4 задачи по разбору и структуре (анализ и синтез) - На основе анализа температурной зависимости сопротивления кремния определить его ширину запрещенной зоны.
2.5 задачи по сопоставлению и различению (сравнение и разделение) На основе анализа температурной зависимости сопротивления неизвестных полупроводников определить их ширину запрещенной зоны, сопоставить с табличными значениями, установить из какого материала изготовлены образцы.
2.6 задачи по распределению (категоризация и классификация) - По виду энергетического спектра электронов и температурной зависимости сопротивления материалов, используемых в электронной промышленности, разделить их на следующие категории: проводник, диэлектрик, полупроводник.
2.7 задачи по выявлению взаимоотношений между фактами (причина, следствие, цель, средство, влияние, функция, полезность, инструмент, способ и т.п.) Выявить, при каких условиях полупроводники можно использовать для генерации и усиления СВЧ колебаний.
2.8 задачи по абстракции, конкретизации и обобщению - На основе представленных примеров смоделировать процесс переноса носителей заряда в поликристаллической структуре. Привести примеры использования контактных явлений в полупроводниковых приборах.
2.9 решение несложных примеров (с неизвестными величинами и т.п.) - При решении одномерного уравнения Пуассона получить распределение потенциала по координате.
3. Задачи, требующие сложных мыслительных операций с данными:
3.1 задачи по переносу (трансляция, трансформация) - Используя физику работы диодов Шоттки, предложить принцип работы диодов с p-n – переходом.
3.2 задачи по изложению (интерпретация, разъяснение смысла, значения, обоснование) - Объяснить изменение энергетического спектра электронов при приложении внешнего электрического поля.
3.3 задачи по индукции - Предложить полупроводниковые структуры в которых может реализоваться эффект Ганна, также как и в арсениде галлия.
3.4 задачи по дедукции - При помощи диодной теории выпрямления рассчитать вольт-амперную характеристику диодов Шоттки при заданных параметрах
3.5 задачи по доказыванию (аргументацией) и проверке (верификацией) - Обосновать выбор арсенида галлия как материала быстродействующих транзисторов и диодов.
3.6 задачи по оценке - Зная принцип работы полупроводниковых приборов, выявить устройство с наиболее высокой частотой отсечки.
4. Задачи, требующие сообщения данных:
4.1 задачи по разработке обзоров, конспектов, содержания и т.д. - Составить обзор предоставляемых преподавателем работ по теме «Современные методы измерений характеристик полупроводниковых структур»
4.2 задачи по разработке отчетов, трактатов, докладов и т.п. - Подготовка доклада по теме «Влияние ионизирующего излучения на параметры полупроводниковых материалов», доклад должен включать обзоры теоритической и экспериментальной частей.
4.3 самостоятельные письменные работы, чертежи, проекты и т.п. - Разработать последовательность технологических операций изготовления диодов Ганна.
5. Задачи, требующие творческого мышления:
5.1 задачи по практическому приложению - Усовершенствовать процесс расчета подвижности основных носителей заряда в структуре GaAs при помощи программного пакета Mathcad.
5.2 решение проблемных задач и ситуаций - Предложить способы понижения потребляемой мощности газовых полупроводниковых датчиков.
5.3 постановка вопросов и формулировка задач или заданий - На основе материальной базы, имеющиеся на кафедре полупроводниковой электроники разработать олимпиадное задание для студентов второго курса с учетом их уровня знаний.
5.4 задачи по обнаружению на основании собственных наблюдений (на сенсорной основе) - На основе собственного опыта при выполнении курсовых работ предложить способы оптимизации и автоматизации измерений характеристик полупроводниковых материалов.
5.5 задачи по обнаружению на основании собственных размышлений (на рациональной основе) - На основе анализа теории кинетических явлений в полупроводниках обосновать использование предлагаемой модели переноса носителей заряда в исследуемых структурах.
