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        《薄膜材料與技術(shù)》課程教學(xué)改革初探

        2020-05-18 02:43:35孟瑜暢庚榕李姝麗
        科技視界 2020年7期
        關(guān)鍵詞:薄膜材料課程

        孟瑜 暢庚榕 李姝麗

        摘 要

        《薄膜材料與技術(shù)》課程重點(diǎn)介紹薄膜材料相關(guān)概念及應(yīng)用現(xiàn)狀、真空基本知識(shí)、薄膜材料的制備方法、薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制、薄膜材料現(xiàn)代表征方法等內(nèi)容,是材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程目標(biāo)要求學(xué)生除掌握薄膜材料制備方法、薄膜生長(zhǎng)機(jī)制及薄膜的現(xiàn)代表征方法等基礎(chǔ)知識(shí)外,還應(yīng)具備較強(qiáng)的動(dòng)手能力和基本的科研能力。本文結(jié)合我院材料科學(xué)與工程專業(yè)高質(zhì)量、創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),從課程內(nèi)容、教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)方法以及課程測(cè)試與評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了一些嘗試和探索。

        關(guān)鍵詞

        薄膜材料與技術(shù);課程建設(shè);教學(xué)改革

        中圖分類號(hào): ?G642;TB383.2-4 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A

        DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.069

        0 引言

        材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異,新技術(shù)與新材料層出不窮,薄膜材料與薄膜技術(shù)已經(jīng)成為能源材料、微電子器件、機(jī)械模具、精密機(jī)床、納米科技以及軍工等領(lǐng)域的基本要素,是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展不可或缺的基礎(chǔ)科技,為廣大學(xué)子開辟了廣闊的就業(yè)領(lǐng)域[1]?!侗∧げ牧吓c技術(shù)》是一門專門介紹薄膜材料與薄膜技術(shù)的基礎(chǔ)課程,面向我院材料科學(xué)與工程專業(yè)三年級(jí)本科生,該課程重點(diǎn)介紹薄膜材料相關(guān)概念及應(yīng)用、真空的基本知識(shí)、薄膜材料的制備方法、薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制、薄膜材料現(xiàn)代表征方法等內(nèi)容。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生了解和掌握真空蒸鍍、濺射沉積、化學(xué)氣相沉積等薄膜物理和化學(xué)的基本制備技術(shù),薄膜材料的基本特點(diǎn)和主要的物性檢測(cè)方法,以及薄膜技術(shù)領(lǐng)域的一些前沿研究進(jìn)展和應(yīng)用,為日后學(xué)生從事功能薄膜材料制備及器件相關(guān)科學(xué)研究和就業(yè)奠定理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。本課程在《物理化學(xué)》、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《材料研究與測(cè)試方法》等課程之后開設(shè),學(xué)生應(yīng)了解和薄膜材料相關(guān)的物理基本概念并掌握材料常規(guī)測(cè)試方法的原理。

        通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生將具備以下幾個(gè)方面的能力:(1)能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)知識(shí)和薄膜材料及薄膜技術(shù)等基本知識(shí)解決工程問(wèn)題,將復(fù)雜工程問(wèn)題用專業(yè)的語(yǔ)言進(jìn)行正確描述;(2)能夠運(yùn)用薄膜制備技術(shù)與表征方法對(duì)薄膜材料及功能器件等工程問(wèn)題進(jìn)行性能評(píng)價(jià),培養(yǎng)和提高學(xué)生分析和解決具體工程問(wèn)題的能力;(3)能夠分析和解決薄膜材料制備及表征等復(fù)雜工程問(wèn)題,在實(shí)踐中學(xué)會(huì)獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果并得出有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力和創(chuàng)新意識(shí);(4)能參與小組討論,自主查閱相關(guān)文獻(xiàn),并進(jìn)行整理和歸納總結(jié),以PPT的形式在課堂進(jìn)行講解,提高學(xué)生的獨(dú)立思考以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力;(5)要有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí),不斷提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力,為后續(xù)從事薄膜制備行業(yè)或從事薄膜領(lǐng)域的科學(xué)研究工作打下良好的基礎(chǔ)。

        1 《薄膜材料與技術(shù)》課程教學(xué)改革

        1.1 課程內(nèi)容優(yōu)化及教學(xué)資源建設(shè)

        為實(shí)現(xiàn)該課程的教學(xué)目標(biāo),結(jié)合我院材料科學(xué)與工程專業(yè)高質(zhì)量、創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化并建設(shè)了符合材料專業(yè)特色的一套課程資源。學(xué)生通過(guò)對(duì)本課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí),系統(tǒng)掌握真空的基本知識(shí)、獲得方法和測(cè)量技術(shù);薄膜制備的化學(xué)方法原理、分類、制備工藝及應(yīng)用場(chǎng)合;薄膜制備的物理方法中真空蒸發(fā)、濺射、離子鍍、外延生長(zhǎng)等技術(shù)原理、工藝及適用領(lǐng)域;薄膜形核、生長(zhǎng)機(jī)制、形成理論;薄膜材料現(xiàn)代表征技術(shù)的分類、測(cè)試原理及適用范圍;常用薄膜材料的介紹,課程內(nèi)容的設(shè)置符合我校的定位和培養(yǎng)目標(biāo)。

        為充實(shí)教學(xué)內(nèi)容,將薄膜功能材料發(fā)展前沿與理論課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái),專任教師可以將自己的科研成果和目前最新的科研進(jìn)展融入課堂內(nèi)容中,如集成電路Cu互連線所用擴(kuò)散阻擋層薄膜材料,依據(jù)材料系學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)和就業(yè)需求,將基于薄膜材料的新能源、光電器件、納米材料等新興領(lǐng)域研究的最新成果引入課堂,如目前研究熱點(diǎn)中的二維材料(MoS2、石墨烯、黑鱗等)以及有機(jī)柔性顯示器等,凸顯了新材料的特色和薄膜技術(shù)的優(yōu)勢(shì),提高了學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣,拓寬了學(xué)生的視野,擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面,同時(shí)樹立了學(xué)生積極關(guān)注學(xué)科前沿的意識(shí)。同時(shí)面向國(guó)家重大需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng),針對(duì)精密機(jī)床,微電子器件和軍工等領(lǐng)域目前所面臨的卡脖子問(wèn)題,以薄膜材料新技術(shù)為基礎(chǔ),力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新新突破,凸顯薄膜技術(shù)的重要實(shí)用價(jià)值,提升學(xué)生對(duì)本課程的認(rèn)知高度,努力把素質(zhì)教育、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)貫穿到教育實(shí)踐中。

        專業(yè)課教學(xué)資源與公共課(如大學(xué)英語(yǔ)、高等數(shù)學(xué)等)相比相對(duì)有限,要求任課教師積極調(diào)研并探索出適合本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)改革思路,建立紙質(zhì)資源、網(wǎng)絡(luò)資源、師資資源一體化的教學(xué)資源體系,實(shí)現(xiàn)資源的共享和及時(shí)更新。如:合理選擇教材、修訂教學(xué)大綱、制定教學(xué)進(jìn)度表、建立作業(yè)題庫(kù)及考試題庫(kù)。在超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)站建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),并將建立的教學(xué)資源上傳至教學(xué)平臺(tái),如授課PPT、重難點(diǎn)內(nèi)容配置的圖片視頻、課后作業(yè)題、章節(jié)測(cè)試題及題解等,根據(jù)課程進(jìn)程對(duì)網(wǎng)站內(nèi)容進(jìn)行不定期更新,定期進(jìn)行課后問(wèn)卷調(diào)查,及時(shí)了解學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容掌握情況及授課方式接受程度,并在后續(xù)授課過(guò)程中改進(jìn)。

        1.2 教學(xué)方法的改革

        高等教育常用的教學(xué)方法主要有講授法、討論法、案例教學(xué)法和自學(xué)指導(dǎo)法。鑒于《薄膜材料與技術(shù)》課程具有很強(qiáng)的實(shí)用性和專業(yè)性的特點(diǎn),我們主要采用課堂講授、案例分析、啟發(fā)式、討論式等教學(xué)方法,運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段,結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)方法,以期達(dá)到良好的教學(xué)效果。在課堂講授方面,廣泛搜集國(guó)內(nèi)外最新的教學(xué)材料以及半導(dǎo)體新興產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革新,將現(xiàn)代薄膜制備工藝技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中,借助網(wǎng)絡(luò)媒體資源,用淺顯易懂的語(yǔ)言和形象生動(dòng)的圖片、動(dòng)畫來(lái)分析講授基本概念和過(guò)程,將抽象的概念形象化,有助于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容加深印象,如物理氣相沉積中的濺射鍍膜,采用視頻講解的方式形象生動(dòng)的展示濺射的工作原理及基本過(guò)程,學(xué)生更易于接受;用精美細(xì)致的課件和準(zhǔn)確清晰的語(yǔ)言來(lái)講解工作原理,增強(qiáng)學(xué)生的感觀認(rèn)識(shí),提高課堂效率;用教學(xué)小結(jié)來(lái)梳理課堂內(nèi)容,幫助學(xué)生明確本次課堂學(xué)習(xí)要求以及下節(jié)課教學(xué)安排,布置課后思考題。在教學(xué)過(guò)程中,教學(xué)內(nèi)容的組織,要遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,講課一定要深入淺出、生動(dòng)形象,教學(xué)內(nèi)容要與時(shí)俱進(jìn),特別是信息時(shí)代的飛速發(fā)展需要更新、更多的技術(shù)支持。通過(guò)課堂理論教學(xué)使學(xué)生全面掌握薄膜材料與薄膜制備技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),深入了解薄膜相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)前沿和國(guó)家重大需求動(dòng)態(tài),不僅加深了學(xué)生對(duì)薄膜制備技術(shù)的認(rèn)識(shí),同時(shí)激發(fā)了學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情、培養(yǎng)了學(xué)生的新工科理念和行業(yè)使命感、榮譽(yù)感、自豪感,有利于從根本上提高《薄膜材料與技術(shù)》課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。在授課方式上,穿插互動(dòng)式教學(xué),促進(jìn)學(xué)生思考。將學(xué)生進(jìn)行分成幾個(gè)小組,鼓勵(lì)學(xué)生自主查閱薄膜材料與技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)資料,通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作的方式,討論文獻(xiàn)內(nèi)容并整合成PPT或報(bào)告形式,在課堂上進(jìn)行總結(jié)匯報(bào),學(xué)生可以各抒己見,并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn),最后由專任教師評(píng)價(jià)給出成績(jī),計(jì)入平時(shí)成績(jī)。

        實(shí)踐教學(xué)不僅是對(duì)理論教學(xué)的補(bǔ)充,也是對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行擴(kuò)展的有效途徑。薄膜材料與技術(shù)是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課,應(yīng)考慮理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)踐動(dòng)手能力并重,培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)方面,應(yīng)構(gòu)建以專任教師科研與教學(xué)相結(jié)合的科研教學(xué)體系,設(shè)置薄膜材料與技術(shù)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),或指導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等方式,以教師的科研項(xiàng)目為導(dǎo)向,以學(xué)院現(xiàn)有的省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)平臺(tái)為依托,以教師的現(xiàn)有科研成果為基礎(chǔ),充分利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件,如磁控濺射、多弧離子鍍及等離子體化學(xué)氣相沉積等制膜設(shè)備,合理安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間,讓學(xué)生自主完成薄膜制備及表征測(cè)試實(shí)驗(yàn)。由于學(xué)生人數(shù)較多,可以將學(xué)生分成若干小組,以小組合作方式完成實(shí)驗(yàn)。如利用多弧離子鍍制備一些模具用硬質(zhì)涂層,利用磁控濺射制備金屬或陶瓷薄膜等。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐訓(xùn)練,可以更好地掌握各種薄膜制備方法及表征手段的工作原理及應(yīng)用,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,并提高了他們的動(dòng)手能力和基本科研能力。另外,聯(lián)系相關(guān)實(shí)習(xí)企業(yè),讓學(xué)生近距離接觸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)細(xì)節(jié),并就設(shè)備操作功能及生產(chǎn)注意事項(xiàng)與相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行溝通交流,增強(qiáng)切身體會(huì),更好地與理論知識(shí)進(jìn)行相互印證。

        1.3 課程測(cè)試與評(píng)價(jià)的改革

        教學(xué)評(píng)價(jià)是一種對(duì)教學(xué)活動(dòng)及教學(xué)質(zhì)量的判斷活動(dòng),高校學(xué)生成績(jī)考核方式通常有三種,即考查、考試與答辯?!侗∧げ牧吓c技術(shù)》屬于一門考試課程,傳統(tǒng)的考核機(jī)制僅憑單一的期末考試成績(jī)一錘定音,造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中積極性不高,寄希望于考試前的死記硬背,而這并非課程考核目的,考試是為了更好的激勵(lì)學(xué)生參與課程學(xué)習(xí),并通過(guò)教學(xué)效果進(jìn)行體現(xiàn)。我們?cè)诮虒W(xué)改革過(guò)程中,改變了傳統(tǒng)期末考試的單一性,課程總成績(jī)由教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生的平時(shí)成績(jī)和課程結(jié)束后的期末考試成績(jī)組成。平時(shí)成績(jī)更注重學(xué)習(xí)過(guò)程的積累,包括課后作業(yè)、章節(jié)測(cè)驗(yàn)、分組討論、考勤、課堂表現(xiàn)等,所占比例為30%,期末考試占70%。經(jīng)過(guò)課程評(píng)價(jià)改革,可以更加全面公正的反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情并提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

        2 總結(jié)

        隨著微電子及半導(dǎo)體器件、能源材料、機(jī)械模具、納米科技以及軍工等領(lǐng)域的迅速發(fā)展,新型的薄膜材料與技術(shù)也不斷涌現(xiàn),本文基于新工科背景下材料科學(xué)與工程專業(yè)對(duì)薄膜材料與技術(shù)課程的課程定位與人才培養(yǎng)目標(biāo),從課程內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)方法改革及課程評(píng)價(jià)改革等方面進(jìn)行了總結(jié)分析,并希望可以通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)培養(yǎng)材料專業(yè)學(xué)生對(duì)薄膜材料及薄膜技術(shù)領(lǐng)域的興趣,增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感和行業(yè)使命感。

        參考文獻(xiàn)

        [1]Ohring,Milton.Materials Science of Thin Films[M].2002:782.

        [2]宋淑梅,孫琿,辛艷青,等.《薄膜物理與技術(shù)》課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇,2019(35):139-140.

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