趙小燕，張朝暉，侯慶文

(北京科技大學自動化學院，北京100083)

微機電系統(tǒng)MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)是21世紀一項前沿技術，近年來得到迅猛發(fā)展并廣泛應用于汽車、信息、航空、生物、醫(yī)藥等領域［1］。國內多個高校相繼在本科和研究生階段開設了“微機電系統(tǒng)”課程。不同專業(yè)對本課程教學的側重點也不同：有的側重材料科學領域針對MEMS傳感器的制作工藝方向進行研究，有的側重機械領域進行MEMS傳感器的設計和應用，有的側重檢測技術和消費類電子進行MEMS傳感器電子設計和應用。由于該學科是新興學科，傳統(tǒng)的單一教學方式難以適應當前社會對人才知識結構的要求，本文以儀器科學與技術專業(yè)本科生教學為背景，探討了該課程的多元化教學方法。如何采用多元化手段從深度和廣度等方面提高教學效果是本文的研究重點。

1 多元化教學模式

1.1 現代多元化教學手段和方法

現代多元化的教學主要包括：理論知識傳授與學生自主實踐相結合，教學實踐與組織學生參加科學研究相結合，課堂教學與課外創(chuàng)新實踐活動相結合，強調啟發(fā)式教學和研究型教學［2，3］，注重學生自學能力的培養(yǎng)?，F代多元化教學模式與傳統(tǒng)教學方式的對比如表1所示。

1.2 課程的特點及教學策略

“微機電系統(tǒng)”作為一門專業(yè)課，既具有較深的理論性，又有很強的應用實踐性;其高度的學科交叉性對于教師專業(yè)素質提出了更高的要求。教師本身不僅要掌握微電子學、機械學、材料學和電子學等方面的知識，同時還要具備生物醫(yī)學、半導體和自動化等方面的背景。教師在講課時要充分考慮學生的知識基礎、理解能力和接受能力，以及MEMS技術發(fā)展與當前技術的應用，因此該課程的傳授一定是理論聯系實際的多元化教學模式。

表1 現代教學與傳統(tǒng)教學對比表

2 教學內容安排

“微機電系統(tǒng)”是電子與機械結合的系統(tǒng)，涉及微電子、微細加工、微機械、材料學、信息與控制等技術科學，并緊密依靠數學、物理、化學、力學、生物等基礎學科，課程架構和具體教學內容如圖1所示。

圖1 裝置總體框圖

按照教學計劃，該課程的教學時間是32學時，課程的主要內容包括：MEMS概念和設計方法，集成電路和MEMS的基本制造技術，MEMS微傳感器和執(zhí)行器的工作原理及應用，當前MEMS發(fā)展現狀及未來發(fā)展趨勢。

為了使學生對本門課程有全局的了解，在第一節(jié)課從MEMS系統(tǒng)的制造和應用等方面進行介紹，重點介紹MEMS系統(tǒng)在各領域應用，使學生對該課程獲得感性認識，在后期授課中也采用了從設計、制造和應用等方面結合實際案例進行教學。

MEMS傳感器的設計和制作是本課程的重點章節(jié)，通過生活中應用的大量實例進行講解和演示，學生通過掌握典型的MEMS傳感器與執(zhí)行器的相關知識，可以運用微機電系統(tǒng)的基本原理和技術方法解決實際問題的能力。

3 多元化教學方式

3.1 多媒體教學

由于微機電系統(tǒng)涉及材料和機械加工等方面的知識，利用多媒體課件、動畫及視頻等方式，有助于提高學生的學習效果。如在硅晶片制作章節(jié)，采用美國硅谷的短片介紹，將半導體加工的主要流程展示給學生;醫(yī)用內窺鏡膠囊和電子耳蝸作為醫(yī)學應用的典型MEMS傳感器，單憑口授無法將問題闡述清楚，因此課堂上將其工作原理、制作過程通過多媒體視頻展示，將專業(yè)知識與生活實踐相結合。

3.2 案例教學

MEMS應用范圍極為廣泛，因此理論教學必須要結合實踐。在傳感器和執(zhí)行器章節(jié)中穿插著許多應用案例，如表2所示。

表2 MEMS技術應用案例

隨著消費類電子產品的快速更新換代，大量MEMS傳感器已在手機、電視、投影儀和汽車等方面得到應用。我們在課堂上以汽車用MEMS傳感器為例，全面介紹了汽車發(fā)展與MEMS傳感器之間的聯系，不但生動傳授了MEMS產品如何制造的知識，而且結合實際應用讓學生感受到該學科與日常生活密不可分，培養(yǎng)他們的觀察能力和市場意識。

3.3 學生為主體的教學模式

為了體現課堂上學生是主體，通過讓學生在課堂上展示自己予先準備的工程案例，引導學生主動學習獲取新知識。例如，在課程的MEMS傳感器和執(zhí)行器章節(jié)，我們每節(jié)課都抽出一些時間供學生展示他們準備的案例內容，建立以學生為中心的交流授課模式，活躍課堂氣氛。

學生分別從消費電子、動漫文化產業(yè)、航空航天、軍事和醫(yī)學等領域進行案例展示。這些領域是教師一個人的視野所不能進行的，這樣可以豐富課堂教學內容，增強學生主動學習和參與教學的意識。

3.4 結合項目的科研訓練

由于我校目前暫時不具備本課程的實驗條件，只能利用國內微電子工藝多媒體教學軟件進行工藝原理和實驗的計算機輔助教學，以此加深學生的感性認識，彌補實驗暫無條件開出的不足。另外，我們提出一些適合于本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的科研小課題，讓學有余力的學生參與到科研訓練項目中，訓練他們的動手能力和創(chuàng)新能力。

3.5 多環(huán)節(jié)考核綜合評判

我們針對MEMS多元化教學進行了考核改革，通過平時成績、專題報告、工程作業(yè)和考試等多個環(huán)節(jié)綜合評判，同時調動學生平時學習的積極主動性，力爭使考核更加公平公正，以考核促進教學。

［1］Chang Liu.Foundations of MEMS［M］，北京：機械工業(yè)出版社，2011.09

［2］蒲曉蓉.研究型互動式教學淺析［R］，北京：高校課堂教學方法的改革與創(chuàng)新培訓.2011.6

［3］鄭潔.“數字電子技術”課程實施研究性教學的探索［J］，南京：電氣電子教學學報，2007，29(6)：94-96.

［4］劉曉明，劉民岷，徐尚龍等.微機電系統(tǒng)課程的實踐教學與方法研究［J］，成都：實驗科學與技術，2008，6(1)：89-91.

［5］俞必強.微機電系統(tǒng)多學科設計優(yōu)化［J］.北京：機械工程學報，2006(5)：65-68.