劉親壯，陳 三，張永興，李 兵

（淮北師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，安徽 淮北 235000）

《薄膜物理與技術(shù)》課程教學(xué)改革探析

劉親壯，陳 三，張永興，李 兵

（淮北師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，安徽 淮北 235000）

隨著微電子器件及制造技術(shù)的快速發(fā)展，薄膜物理與相關(guān)制備技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代理工科大學(xué)生必須掌握的一門(mén)重要知識(shí).本文分析《薄膜物理與技術(shù)》課程教學(xué)的內(nèi)容、特點(diǎn)，以及存在的不足，探討該課程的教學(xué)改革方法，從更新教學(xué)內(nèi)容、更新教學(xué)方法、課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合等方面給出課程教學(xué)改革的建議.

薄膜物理與技術(shù)；教學(xué)改革；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

《薄膜物理與技術(shù)》是材料物理專業(yè)一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是電子器件材料與元器件專業(yè)本科專業(yè)基礎(chǔ)課程.通過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以初步掌握真空及薄膜的物理基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)真空蒸鍍、濺射、化學(xué)氣相沉積等基本工藝技術(shù)有全面的了解，同時(shí)還可以對(duì)各種類型薄膜材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí).本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法提出一些看法，并進(jìn)行一些創(chuàng)新嘗試和探索.

1 課程教學(xué)內(nèi)容、特點(diǎn)及不足

1.1 課程教學(xué)內(nèi)容

《薄膜物理與技術(shù)》主要涉及各種成膜技術(shù)和薄膜物理的內(nèi)容，包括蒸鍍、濺射、離子鍍、化學(xué)氣相沉積、溶液鍍膜等各種制備薄膜的技術(shù)，以及薄膜形成的過(guò)程、薄膜的結(jié)構(gòu)和缺陷，薄膜的電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)和半導(dǎo)體性質(zhì)等.學(xué)生通過(guò)對(duì)本課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，能夠了解新穎的半導(dǎo)體材料和微電子、光電子高科技的迅速發(fā)展，熟悉低維、薄膜材料技術(shù)與器件相關(guān)工藝等微電子、光電子關(guān)鍵技術(shù)，能夠掌握常用薄膜材料的制備技術(shù)及相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，使得他們以后在高科技領(lǐng)域?qū)W習(xí)或工作中發(fā)揮重要作用.通過(guò)這門(mén)課程的教學(xué)，不僅要求學(xué)生初步掌握真空及薄膜的物理基礎(chǔ)，對(duì)真空獲得、真空測(cè)量、氣體放電、等離子體物理，離子濺射、薄膜生長(zhǎng)等有較深入的了解.對(duì)各種類型薄膜材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用有系統(tǒng)的了解，掌握真空蒸鍍、濺射、化學(xué)氣相沉積等基本工藝.而且還要求對(duì)迅速發(fā)展的薄膜技術(shù)有全面的了解，能夠使用多種類型薄膜材料的設(shè)備、分析多種類型的薄膜的性能，并初步具備開(kāi)發(fā)新設(shè)備、制備新材料的創(chuàng)新能力.

1.2 課程教學(xué)特點(diǎn)

本課程是一門(mén)實(shí)用型很強(qiáng)的課程，除要求學(xué)生掌握基本的理論知識(shí)之外，更重要的是要求學(xué)生掌握各種制備薄膜的技術(shù)，具備一定的動(dòng)手操作能力.而傳統(tǒng)的課堂教學(xué)忽略了對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練.在課堂上講述每種制備薄膜技術(shù)時(shí)，以濺射鍍膜為例，通常是先講述濺射鍍膜的原理，濺射鍍膜的特點(diǎn)，濺射鍍膜的類型，以及濺射鍍膜的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn).由于這種講述是依靠課堂上直白的說(shuō)教，學(xué)生無(wú)法產(chǎn)生較直觀的認(rèn)識(shí)，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，出現(xiàn)上課注意力不集中、聽(tīng)課不認(rèn)真的現(xiàn)象，很難收到較好的教學(xué)效果.而且學(xué)生的動(dòng)手操作能力也得不到鍛煉，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生研發(fā)新設(shè)備、新材料的創(chuàng)新研發(fā)能力.因此，為取得更好的教學(xué)效果，本課程要做到理論課程和實(shí)驗(yàn)課程的同步，把實(shí)驗(yàn)操作方法、儀器、設(shè)備、構(gòu)造等與課堂理論結(jié)合起來(lái)，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué).

1.3 課程教學(xué)不足

目前，《薄膜物理與技術(shù)》方面的教材國(guó)內(nèi)比較缺乏，很難找到一本較新的優(yōu)秀教材.國(guó)內(nèi)很多高校使用的教材大多為楊邦朝、王文生1994年編著的《薄膜物理與技術(shù)》.薄膜物理與薄膜技術(shù)均是正在發(fā)展的學(xué)科與技術(shù)，有關(guān)薄膜的性質(zhì)、薄膜的形成機(jī)理的某些內(nèi)容仍處在探討之中，薄膜技術(shù)也在不斷發(fā)展與完善之中.如今距此教材的出版已20年，這期間新型材料不斷被合成和制備，新的薄膜物理研究成果不斷出現(xiàn)，新的薄膜制備技術(shù)不斷產(chǎn)生.若在教學(xué)過(guò)程中仍按照老教材照本宣科的講授，就會(huì)出現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容缺乏先進(jìn)性和前沿性，缺乏具有實(shí)用性的新技術(shù).例如脈沖激光沉積（PLD）技術(shù)，它是各種制備薄膜技術(shù)當(dāng)中使用范圍廣泛，制膜方法簡(jiǎn)單、沉積速率較高的一種制備方法.PLD方法由于在1987年成功制備出高質(zhì)量的高溫超導(dǎo)薄膜而引起人們的廣泛關(guān)注，此后薄膜制備方法得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用.然而在教材中對(duì)此種制備方法的介紹卻一筆帶過(guò)，這樣就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)的內(nèi)容和現(xiàn)實(shí)很難結(jié)合起來(lái).

2 教學(xué)改革的建議

2.1 更新教學(xué)內(nèi)容

對(duì)于《薄膜物理與技術(shù)》這門(mén)課程，若在講解過(guò)程中采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，僅僅對(duì)各種制備薄膜技術(shù)系統(tǒng)性介紹，就會(huì)出現(xiàn)講解內(nèi)容比較籠統(tǒng)，重點(diǎn)不突出.因此在課程講授的過(guò)程中，一方面增加目前正在發(fā)展中的薄膜技術(shù)，對(duì)薄膜技術(shù)的最新發(fā)展前沿加以介紹.另一方面，對(duì)當(dāng)前應(yīng)用廣泛的幾種薄膜制備加以重點(diǎn)講解.例如在教學(xué)過(guò)程中增加PLD、磁控濺射、分子束外延等制備方法和課時(shí)，對(duì)最新發(fā)展動(dòng)態(tài)、制備技術(shù)作重點(diǎn)詳細(xì)地講解.同時(shí)把最新發(fā)現(xiàn)的新型薄膜材料的性質(zhì)，如新型鐵基超導(dǎo)材料、多鐵性材料、石墨烯等薄膜材料的性質(zhì)引入到課堂教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，把薄膜形成機(jī)理的最新研究成果增加到教學(xué)內(nèi)容中，從而極大地豐富薄膜物理與技術(shù)的課堂教學(xué)內(nèi)容.

2.2 更新教學(xué)方法，豐富教學(xué)模式

目前被廣泛使用的教學(xué)模式為黑板板書(shū)或者PPT進(jìn)行授課，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的思考積極性，無(wú)法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.因而可以利用計(jì)算機(jī)、多媒體進(jìn)行形象化、可視化教學(xué)，采用不同的顏色、立體的視圖，結(jié)合大量的圖片、視頻和動(dòng)畫(huà)等資料，把各種復(fù)雜的制備薄膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及工作原理，更加生動(dòng)、形象、逼真地展示在學(xué)生面前，可以將抽象的內(nèi)容形象化，極大地增加學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)所學(xué)相關(guān)知識(shí)的理解和記憶，極大地提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量［1］.同時(shí)，充分利用我們擁有的優(yōu)秀教師資源和科研資源，邀請(qǐng)教師通過(guò)專題報(bào)告的形式把他們的最新研究課題、最新研究成果講授給學(xué)生，使得學(xué)生能夠接觸到薄膜材料科學(xué)的前沿理論、最新成果以及最新薄膜制備技術(shù)和工藝，拓寬學(xué)生的視野，擴(kuò)大知識(shí)面.由于薄膜材料和薄膜制備技術(shù)的發(fā)展日新月異，除在課堂上講授新知識(shí)外，可以給學(xué)生布置一些課外作業(yè)，讓他們?nèi)ゲ殚唶?guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)資料，調(diào)研一些新材料的薄膜制備方法，去調(diào)研新近發(fā)展起來(lái)的薄膜制備技術(shù)，去分析比較它們的特點(diǎn)，以及制備薄膜材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的差異.這樣不僅鍛煉學(xué)生的查閱文獻(xiàn)的自學(xué)能力和思考能力，而且調(diào)動(dòng)學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性.

2.3 課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

實(shí)驗(yàn)是教學(xué)的重要組成部分，對(duì)于《薄膜物理與技術(shù)》這門(mén)課程，在教學(xué)講解的過(guò)程中所涉及到的真空蒸鍍、磁控濺射、脈沖激光沉積、溶膠凝膠等制備薄膜技術(shù)，一方面通過(guò)開(kāi)放鍍膜實(shí)驗(yàn)室，把學(xué)生帶到實(shí)驗(yàn)室，去實(shí)地講解設(shè)備的構(gòu)造，各個(gè)部件的功能，并觀看薄膜的整個(gè)制備過(guò)程，可以增加學(xué)生的感性認(rèn)知.另一方面，還可以通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)課題、本科生科研項(xiàng)目、課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐的形式讓學(xué)生參與到使用薄膜技術(shù)制備薄膜的過(guò)程當(dāng)中來(lái).學(xué)生通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，了解國(guó)內(nèi)外薄膜材料的研究發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，制定出可行的研究方案，并動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，對(duì)薄膜材料及制備技術(shù)產(chǎn)生更深刻的認(rèn)識(shí)［2］.例如，每學(xué)期在本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，推行開(kāi)放性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在教師的指導(dǎo)下，讓學(xué)生進(jìn)行資料收集和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并獨(dú)立完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)課題.還對(duì)學(xué)生開(kāi)設(shè)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)課，開(kāi)設(shè)了“磁控濺射制備半導(dǎo)體材料”和“脈沖激光沉積法制備功能氧化物薄膜”實(shí)驗(yàn)課，通過(guò)實(shí)驗(yàn)課中鍍膜設(shè)備的操作，對(duì)薄膜的制備過(guò)程有了全面的了解，并且對(duì)真空設(shè)備具有感觀的認(rèn)識(shí)，加深對(duì)課堂上所學(xué)的薄膜技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的理解；對(duì)于開(kāi)設(shè)的“X射線衍射儀原理與應(yīng)用”和“掃描電子顯微鏡的原理及應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)課，通過(guò)對(duì)外延薄膜樣品的線性掃面、搖擺曲線和Φ掃描，以及表面形貌等操作，學(xué)生不僅能夠掌握所制備薄膜的結(jié)構(gòu)表征，還可以加深薄膜生長(zhǎng)機(jī)理以及薄膜結(jié)構(gòu)缺陷的理解；對(duì)于所開(kāi)設(shè)的“穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熒光光譜儀原理與使用”和“材料低溫輸運(yùn)性質(zhì)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)造與測(cè)試”實(shí)驗(yàn)課，通過(guò)對(duì)所制備薄膜的物性測(cè)試，可以加深學(xué)生對(duì)薄膜材料光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等物理性質(zhì)的理解.課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合不僅可以幫助學(xué)生鞏固課堂上所學(xué)的理論知識(shí)，熟悉各種制模技術(shù)，而且培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和科研創(chuàng)新能力.

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是微電子器件及制造技術(shù)的發(fā)展，薄膜材料和薄膜制備技術(shù)在當(dāng)今材料及器件領(lǐng)域占據(jù)越來(lái)越重要的地位和作用.《薄膜物理與技術(shù)》是材料學(xué)、物理電子學(xué)本科專業(yè)一門(mén)重要的基礎(chǔ)課程，通過(guò)對(duì)薄膜物理與技術(shù)課程多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累，結(jié)合課程的內(nèi)容、特點(diǎn)和性質(zhì)，從教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法和模式，教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合等方面進(jìn)行分析研究和嘗試，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和科研創(chuàng)新能力.

［1］武紅磊，郭媛.“薄膜物理與技術(shù)”課程教學(xué)改革的思考［A］.第5屆教育教學(xué)改革與管理工程學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2012.

［2］葉志鎮(zhèn)，張銀珠，黃靖云，等.以科研促進(jìn)《薄膜材料物理與技術(shù)》專業(yè)課程的教學(xué)改革［J］.材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010（3）：474-476.

Exploration of Teaching Reform in Physics and Technology of Thin Films

LIU Qin-zhuang，CHEN San，ZHANG Yong-xing，LI Bing
（School of Physics and Electronic Information，Huaibei Normal University，235000，Huaibei，Anhui，China）

With the rapid development of microelectronic devices and manufacturing techniques，thin film physics and the preparation techniques are gradually becoming an important course for college students of science and engineering.In this article，the teaching contents，teaching characteristics，and deficiencies of the course of the physics and technology of thin films were analyzed.The teaching reform of this course was ex?plored.The suggestions of updating the teaching content，renewing teaching method，and combination of class?room teaching and experiment teaching were given.

physics and technology of thin films；teaching reform；teaching contents；teaching methods

G 642.0

C

2095-0691（2015）01-0090-03

2014-09-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（11004071）；安徽省教育廳教學(xué)研究項(xiàng)目（2012jyxm261）；淮北師范大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（jy14139）

劉親壯（1981- ），男，安徽蕭縣人，副教授，主要從事氧化物薄膜材料的教學(xué)與科研工作.