以科研相融合的《薄膜技術(shù)與薄膜材料》課程實(shí)踐教學(xué)改革初探

朱歸勝　顏東亮　陳彩明

摘要：薄膜技術(shù)與薄膜材料已成為構(gòu)筑當(dāng)今高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本要素，薄膜技術(shù)與薄膜材料課程是材料科學(xué)與工程、應(yīng)用物理等專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。本文分析了該課程現(xiàn)行實(shí)踐教學(xué)中的不足，對科研與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式進(jìn)行了闡述和討論。

關(guān)鍵詞：薄膜技術(shù)與薄膜材料；科研與教學(xué)；人才培養(yǎng)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）07-0091-02

近年來，薄膜技術(shù)與薄膜材料得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，各類新型薄膜材料大量涌現(xiàn)，薄膜制作和微細(xì)加工工藝不斷創(chuàng)新，各種薄膜在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用更加普及，并形成了以平板顯示器件、LED芯片制造、太陽能光伏和大規(guī)模集成電路等為代表的新興戰(zhàn)略高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，并對人類現(xiàn)代的生產(chǎn)生活方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，可以說薄膜技術(shù)和薄膜材料已成為構(gòu)筑高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基本要素，是當(dāng)代材料科學(xué)、物理科學(xué)、微電子制造技術(shù)最前沿和最活躍的研究領(lǐng)域之一[1-3]。隨著電子信息產(chǎn)業(yè)和人類信息社會的縱深發(fā)展，電子元器件向低維化、小型化發(fā)展，薄膜材料，特別是半導(dǎo)體薄膜，在微電子、光電子、能源開發(fā)與存儲等高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

隨著薄膜技術(shù)與材料科學(xué)研究的不斷發(fā)展，新材料、新方法、新技術(shù)、新工藝、新成果層出不窮，這些新的科研成果一方面不斷豐富課程內(nèi)容，另一方面又不斷推動著課程實(shí)踐教學(xué)的改革，可以說，《薄膜技術(shù)與材料》課程就是建立在近代科學(xué)研究不斷積累和發(fā)展的基礎(chǔ)之上而形成的一門專業(yè)課程，它與科學(xué)研究有著與生俱來的淵源，這就決定了課程教學(xué)必須緊跟科研成果發(fā)展。因此，本文將基于筆者在《薄膜技術(shù)與薄膜材料》課程中的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以及通過自身在薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)研究與教學(xué)相結(jié)合的心得與體會，對《薄膜技術(shù)與薄膜材料》課程的實(shí)踐教學(xué)改革進(jìn)行了相應(yīng)的分析與討論。

一、課程傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)存在的問題

《薄膜技術(shù)與薄膜材料》課程一般包括真空技術(shù)基礎(chǔ)、薄膜制備與分析、微細(xì)加工技術(shù)、薄膜材料及應(yīng)用四大主要內(nèi)容，涉及的知識面寬廣，課程的實(shí)踐應(yīng)用性強(qiáng)，現(xiàn)有傳統(tǒng)的講授教學(xué)方法難以適應(yīng)課程發(fā)展的需要，就我校該課程的理論和實(shí)踐教學(xué)來說，主要存在以下幾個(gè)問題。

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視不足

《薄膜技術(shù)與薄膜材料》課程本身就是實(shí)踐性、專業(yè)性和綜合性很強(qiáng)的一門專業(yè)課程，相關(guān)實(shí)驗(yàn)的開展需要強(qiáng)大的硬件設(shè)備支持，而大多數(shù)的硬件投入都很昂貴，如一套磁控濺射設(shè)備一般均要幾十萬元。因此很多高校由于硬件投入的嚴(yán)重不足，相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn)根本就無法開展。而能夠開展起來的也都是利用科研的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，但又因設(shè)備的昂貴，往往又不能放手讓本科生去直接操作，因此，課程的實(shí)踐教學(xué)很大程度上還是停留在認(rèn)知過程上，學(xué)生也只是看看新鮮，對技術(shù)和設(shè)備原理并沒有做到真正的深入理解，更談不上獨(dú)立操作，這對于實(shí)踐教學(xué)來說，無疑是一個(gè)短板，也在很大程度上影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。如在筆者早期教學(xué)過程中，一位畢業(yè)的學(xué)生找到一家LED薄膜太陽能電池制造的企業(yè)從事研發(fā)工作，可剛學(xué)完《薄膜技術(shù)與薄膜材料》課程的他給我電話來詢問磁控濺射法制備薄膜的工藝控制問題。這事讓我感觸頗深，一方面我慶幸學(xué)生能主動打電話來問，另一方面也需要反思我們的教學(xué)過程，特別是實(shí)踐教學(xué)的問題。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和層次較單一，難以滿足學(xué)生深入理解和掌握的需要

《薄膜技術(shù)與薄膜材料》課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一般以開設(shè)磁控濺射金屬或氧化物薄膜為主，而對于其他的如溶膠凝膠技術(shù)、真空蒸發(fā)、CVD氣相沉積等方法的實(shí)驗(yàn)相對較少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對較單一，實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目也較少。一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)過程涉及到基片清洗、靶材準(zhǔn)備安裝、抽真空、鍍膜、退火處理以及理化性能的分析檢測等一系列內(nèi)容，工序和耗時(shí)較長，另一方面又由于實(shí)驗(yàn)的課時(shí)一般在4～6課時(shí)，因此要在這么短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的效果可想而知。由此帶來的后果是只能將實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行壓縮，且實(shí)驗(yàn)的層次也一般定位于認(rèn)知型，因此在現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)過程中，尚無法滿足學(xué)生深入理解和實(shí)際掌握各種薄膜制備技術(shù)的要求。

（三）將科研引入教學(xué)的意識薄弱，教學(xué)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用相分離

由于傳統(tǒng)教學(xué)模式以及受限于教學(xué)大綱和學(xué)校相關(guān)教學(xué)管理制度的原因，《薄膜技術(shù)與材料》課程的教學(xué)基本還是以教材知識和案例為主導(dǎo)，而將科研成果引入到教學(xué)過程的意識尚需加強(qiáng)，特別是在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，一些科學(xué)的思維、方法、研究成果難以在實(shí)踐教學(xué)過程中得以體現(xiàn)。另外薄膜技術(shù)與材料在當(dāng)前LED產(chǎn)業(yè)、平板顯示器產(chǎn)業(yè)、太陽能光伏產(chǎn)業(yè)、膜式電子元器件等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中均得到了大規(guī)模的應(yīng)用，而教師在校由于與市場、企業(yè)、行業(yè)接觸機(jī)會較少，因此教師對薄膜技術(shù)與材料在產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用關(guān)注不夠，難以真正理解技術(shù)在產(chǎn)業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用情況，教學(xué)與產(chǎn)業(yè)的實(shí)際應(yīng)用相分離，在實(shí)際教學(xué)過程中就容易造成錯位或脫節(jié)的現(xiàn)象。

二、構(gòu)建以教師科研與教學(xué)相融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)是國家卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的一個(gè)重要組成部分，也是當(dāng)前本科教學(xué)應(yīng)著重解決的一個(gè)重要問題[4-5]?！侗∧ぜ夹g(shù)與材料》作為一門應(yīng)用和實(shí)踐性十分鮮明的課程，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐對課程教學(xué)顯得尤其重要。

（一）修訂并完善實(shí)驗(yàn)教程，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)教程是學(xué)生開展課程實(shí)驗(yàn)的作業(yè)指導(dǎo)書，在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中具有十分重要的地位。正是基于此認(rèn)識，筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)即針對我院材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)要求，組織編寫并出版了《功能材料制備與性能實(shí)驗(yàn)教程》（2012年，化學(xué)工業(yè)出版社），并將《薄膜技術(shù)與薄膜材料》課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)按一般性、提高性常規(guī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和以提高學(xué)生科研素養(yǎng)、培養(yǎng)研究能力、創(chuàng)新能力為主的“三性”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行編排，并注重考慮教程的適用性、針對性、科學(xué)性和系統(tǒng)性，并對相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化，取得了良好的效果。

（二）強(qiáng)化基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合教師科研項(xiàng)目逐步拓展技能型實(shí)驗(yàn)endprint

在充分利用學(xué)院專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室條件的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和開放實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，在滿足課程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的前提下，利用課題組先進(jìn)的薄膜制備設(shè)備如三靶磁控濺射儀、真空熱蒸發(fā)等，并結(jié)合教師科研項(xiàng)目開展了如平板顯示器電極材料氧化銦錫（ITO）薄膜、白光LED用熒光薄膜材料的制備和表征分析，通過課程實(shí)驗(yàn)與科研項(xiàng)目的結(jié)合，極大地激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，并使學(xué)生的動力能力、基本科研能力得到大幅提高。通過該措施，有多名大四學(xué)生強(qiáng)烈要求進(jìn)入課題組開展實(shí)驗(yàn)研究或進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，并在畢業(yè)后成功進(jìn)入國內(nèi)著名LED制造企業(yè)、太陽能光伏企業(yè)從事相關(guān)薄膜技術(shù)研發(fā)工作。

（三）從教師科研項(xiàng)目中設(shè)立子課題，并吸納在課程實(shí)驗(yàn)過程中表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生組成研究小組參與教師科研

在教師的指導(dǎo)下開展實(shí)驗(yàn)研究，并允許學(xué)生利用項(xiàng)目資源參加大學(xué)生競賽活動。通過該途徑，一方面給學(xué)生提供了參與科研的機(jī)會，另一方面利用本科生敢想敢做的有利條件嘗試新的思路并為教師分擔(dān)部分科研工作。通過前期實(shí)踐，就引導(dǎo)學(xué)生在薄膜制備領(lǐng)域獲得了國家級大學(xué)生創(chuàng)新性試驗(yàn)項(xiàng)目和國家級創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目各一項(xiàng)，指導(dǎo)學(xué)生獲得了第五屆“挑戰(zhàn)杯”廣西大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽一等獎和2014年“創(chuàng)青春”廣西大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽金獎的好成績。實(shí)踐證明通過積極吸納本科生進(jìn)入教師科研項(xiàng)目的措施對促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和思維的培養(yǎng)以及強(qiáng)化學(xué)生參與科研的能力和信心起到了十分積極的作用，是一種創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的有效方式。

（四）通過科研項(xiàng)目引導(dǎo)，從教師本身出發(fā)，積極開展走出去的戰(zhàn)略

如通過到企業(yè)進(jìn)行實(shí)地考察、并與企業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行溝通交流，并積極參加國內(nèi)的一些行業(yè)展會如LED展、太陽能光伏展、鋰電池展等，了解技術(shù)、設(shè)備、應(yīng)用現(xiàn)狀，增強(qiáng)教師的切身體會，再將這些所見所聞引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，也有效地增進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

三、結(jié)束語

教學(xué)改革的方向是科學(xué)技術(shù)，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，又推動了教學(xué)改革的加速，教學(xué)要適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)又促進(jìn)著科研的發(fā)展。《薄膜技術(shù)與材料》課程作為一門具有綜合性的交叉課程，是材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生拓寬就業(yè)面、切入電子信息等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一門重要專業(yè)課程，尤其是隨著近幾年薄膜技術(shù)與材料的飛速發(fā)展，創(chuàng)新性成果的大量涌現(xiàn)，其成為當(dāng)前技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)重要領(lǐng)域，也是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新思維并鼓勵其參加創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的重要陣地。時(shí)代發(fā)展和創(chuàng)新工程技術(shù)人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求高校和教師堅(jiān)持實(shí)施“學(xué)科、專業(yè)、課程、實(shí)驗(yàn)室”四位一體的建設(shè)方針，教學(xué)科研相長，理論實(shí)踐相融。在注重培養(yǎng)學(xué)生高尚的道德品質(zhì)、扎實(shí)的知識、精湛的技能、求真的科學(xué)精神的同時(shí)，還需要將知識、素質(zhì)、能力協(xié)調(diào)發(fā)展，學(xué)習(xí)、實(shí)踐、創(chuàng)新相互促進(jìn)的先進(jìn)的教學(xué)思想和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路融入到課程教學(xué)過程中去，為培養(yǎng)高素質(zhì)的工程應(yīng)用型人才而努力。

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