林圳旭

（韓山師范學院 材料科學與工程學院，廣東 潮州 521041）

隨著國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略綱要、“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“一帶一路”等重大戰(zhàn)略的提出和不斷深入實施，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心的新型經濟產業(yè)正在蓬勃發(fā)展，未來新興產業(yè)的發(fā)展需要一大批實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才，因此，新型工程技術人才的培養(yǎng)顯得尤為重要。從2011年起，教育部已同意將國內高校新增140個新專業(yè)（如新能源材料與器件、功能材料、納米材料與技術等）確定為國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關本科專業(yè)，著手為國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展培養(yǎng)所需高素質專門人才。材料科學與工程專業(yè)作為材料學科的重要組成部分，與新能源材料與器件、功能材料、納米材料與技術等新工科專業(yè)有著密切的聯(lián)系，擔負著培養(yǎng)材料工程科技人才的重要任務。地方院校作為培養(yǎng)區(qū)域性材料工程科技人才的主陣地，對促進地方經濟發(fā)展和產業(yè)轉型升級有重要的支撐作用，因此，深化材料工程教育模式改革創(chuàng)新具有重要的研究意義。本文以等離子體增強化學氣相沉積設備教學設計為例，探討改革等離子體增強化學氣相沉積設備實驗教學模式和方法，積極尋求和實踐創(chuàng)新型材料工程科技人才綜合能力培養(yǎng)的新路徑和新方法。

等離子體增強化學氣相沉積鍍膜機是硅基太陽能光伏產業(yè)、微電子產業(yè)等領域的關鍵設備，也是目前國內高校在光電功能材料專業(yè)方向開設的功能薄膜生長實驗的必備儀器，廣泛應用于大專院校、科研院所的薄膜材料的科研與小批量薄膜制備。等離子體增強化學氣相沉積技術是利用等離子體激活反應前驅氣體，采用平板電容式結構，下極板連接溫控加熱電源用以控制襯底溫度，上極板連接射頻電源，上下極板之間加有射頻電壓，使得兩極之間產生輝光放電，促使反應氣體電離，促進在基體表面或近表面空間進行化學反應，所形成的等離子體在襯底表面沉積形成薄膜，其設備結構如圖1所示。等離子體增強化學氣相沉積鍍膜機主要由三個模塊組成：進氣系統(tǒng)、薄膜沉積系統(tǒng)和真空抽氣系統(tǒng)。其中，進氣系統(tǒng)一般由多個氣源和相應的氣體流量控制系統(tǒng)組成，針對不同的薄膜材料制備而選擇相應的反應氣源，例如制備硅基PN結太陽能電池一般選擇硼烷/磷烷、硅烷和氫氣等作為反應氣源，而生長石墨烯材料一般選擇甲烷和氫氣作為反應氣源；薄膜沉積系統(tǒng)一般由反應腔、平板電容式極板、加熱系統(tǒng)和射頻電源構成；真空抽氣系統(tǒng)一般由機械泵和二級真空泵（如羅茲泵，分子泵等）構成。

圖1 等離子體增強化學氣相沉積設備結構圖

由于等離子體增強化學氣相沉積鍍膜機的設備結構較為復雜，其昂貴的設備價格決定實驗室的設備數(shù)量必然有限，指導教師人數(shù)不多，在教學中，大部分學生只能觀察設備，甚至沒有機會動手操作儀器，導致學生在該門課程的學習中重理論輕操作，在該門課程中發(fā)現(xiàn)大部分學生對儀器的基本結構不熟悉，對操作步驟較為生疏，甚至部分學生只知設備可以干什么卻對設備的結構和操作一竅不通，該門課程的教學效果較不理想，此種情況也存在于其他結構復雜大型、數(shù)量少的科研實驗儀器的教學中，因此，合理安排教學內容和設計實驗教學新模式，有助于讓學生真正地了解大型科研儀器的基本結構，熟練掌握操作步驟，從而提高其綜合專業(yè)素養(yǎng)。

針對上述問題，在實際的實驗教學中，首先應采用分組教學模式，通過增加實驗教學分組減少每次教學人數(shù)，讓學生能夠有充分時間接觸鍍膜機，能夠深入地研究和掌握儀器的構造和操作，避免由于設備數(shù)量少造成學生無法動手操作儀器的尷尬情景。由于等離子體增強化學氣相沉積鍍膜機復雜的設備構造，學生很難在短時間掌握鍍膜機的相關知識，為了進一步提高教學的效果和增強教學的專業(yè)性，視頻教學模式也是一種不錯的方法。通過視頻拍攝錄制教師講解和操作等離子體增強化學氣相沉積鍍膜機的整個過程，在課前讓學生觀看教學視頻進行預習或者課后進行復習總結，有助于學生提高對鍍膜機原理構造和操作的理解和掌握，進而改善實驗訓練的效果，同時，該方法也能夠減少教師的教學工作量。

此外，由于等離子體增強化學氣相沉積系統(tǒng)的真空抽氣系統(tǒng)的各個零部件較為精密，對工作環(huán)境有嚴格要求，操作不當容易造成設備損壞；其進氣系統(tǒng)存在多組氣路，且涉及的氣路氣體存在易燃易爆的危險性，貿然安排學生操作鍍膜機也存在較大的安全隱患。隨著計算機教育的普及，虛擬仿真實驗教學被廣泛地應用于涉及高?；虼笮涂蒲性O備實驗教學領域中，虛擬仿真實驗教學能夠提高學生學習的效率和對學習內容的掌握。在鍍膜機的實驗教學中引入鍍膜機真空實驗虛擬仿真系統(tǒng)，虛擬實驗環(huán)境的各個操作單元，學生登錄系統(tǒng)可以獨立的操作每個單位并記錄實驗進程，實時監(jiān)測記錄學生的每一個操作，假如學生出現(xiàn)操作不規(guī)范能夠及時提醒警示學生進行改正，讓學生掌握鍍膜機的操作流程和如何通過監(jiān)測鍍膜機的各個儀表及時發(fā)現(xiàn)錯誤操作，線下教學與線上教學相結合，可以避免因為學生操作不當而不及時糾正導致鍍膜機的部件損壞，也能夠動態(tài)地記錄分析學生在學習過程遇到的困難，做到因材施教，讓學生真正地了解儀器的基本結構和熟練掌握鍍膜機的操作步驟。

在此基礎上，可以進一步改革該門課程的期末考核方案，改變傳統(tǒng)以筆試加實驗報告的考試模式，傳統(tǒng)的考核模式并不能準確地把握學生對儀器的熟悉掌握程度；結合鍍膜機真空實驗虛擬仿真系統(tǒng)實時的檢測記錄學生學習效果，可采用多元化考核評價模式，包括線上學習、實驗報告、平時學習成績和期末上機操作考核，全方位地考核學生對該門課程的掌握程度。通過改革期末考核方案促使學生重視實驗課的整個學習過程，做到課前預習、課中思考和課后復習的好習慣，從而提高學生的學習興趣和積極性。