《微納加工技術(shù)導(dǎo)論》課程教學(xué)的探索與實踐

□袁光杰 張 勇 田應(yīng)仲

一、微納加工技術(shù)導(dǎo)論課程特點和目標(biāo)

微納加工技術(shù)導(dǎo)論是為機械電子工程和微電子等專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)課，課程重點講授各種微納加工工藝，如擴散、光刻、刻蝕、薄膜沉積和化學(xué)機械拋光等,如圖1所示。微納加工技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于微機電系統(tǒng)制造技術(shù)等領(lǐng)域，而微機電系統(tǒng)被稱為當(dāng)今十大科技之一，是機械電子工程領(lǐng)域重要的研究方向之一。其內(nèi)容涵蓋了機械、材料、電子等工程知識以及物理和化學(xué)等基礎(chǔ)理論，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科交叉創(chuàng)新意識。從納微米尺度到宏觀尺度制造，從前沿探索到實用產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，本課程構(gòu)成了循序漸進的知識體系，課程的目標(biāo)如下：第一，理論聯(lián)系實際，使得學(xué)生可以運用所學(xué)知識對微納加工技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的新問題、新現(xiàn)象進行具體研究，并且提出自己的解決方案，能夠創(chuàng)造性地解決實際應(yīng)用問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。第二，利用基本知識和理論的講述，使學(xué)生能夠掌握微納加工技術(shù)的基本概念和基本理論，通過“讀寫議”的教學(xué)方法提高學(xué)生嚴(yán)謹?shù)倪壿?、思考、發(fā)現(xiàn)問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力。第三，重視培養(yǎng)學(xué)生對微納加工技術(shù)的變化趨勢、發(fā)展新情況的把握和跟蹤能力，提升其國際視野。

通過這門課程的教學(xué)，為學(xué)生將來從事相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作打下堅實的基礎(chǔ)，從而為大學(xué)全方位的人才培養(yǎng)體系提供支撐。

二、課程教學(xué)的探索

微納加工技術(shù)導(dǎo)論課程的內(nèi)容極為豐富，并且還在不斷的發(fā)展和延伸，需要實現(xiàn)物理化學(xué)等理論基礎(chǔ)與技術(shù)應(yīng)用背景相結(jié)合，并把握好理論與應(yīng)用、傳統(tǒng)技術(shù)和最新技術(shù)的關(guān)系。以發(fā)展的觀點審視、組織和講解課程內(nèi)容，體現(xiàn)經(jīng)典理論講述與最新技術(shù)引入之間的融合，讓創(chuàng)新走進課堂，把思維還給學(xué)生，是本課程建設(shè)的核心和重點。例如，隨著微納加工技術(shù)的飛速發(fā)展，具有原子尺度加工能力的原子層沉積和原子層刻蝕技術(shù)變得越來越重要，甚至大有部分取代傳統(tǒng)物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積和連續(xù)等離子體刻蝕技術(shù)之勢。因此，如何把不同技術(shù)的區(qū)別與對偶關(guān)系展示給學(xué)生是至關(guān)重要的，這需要通過設(shè)計與微納加工技術(shù)相關(guān)實例和展現(xiàn)國際相關(guān)前沿研究來實現(xiàn)，搜集國內(nèi)外國際學(xué)術(shù)最新成果，積極開展微納加工技術(shù)前沿問題的研究，及時把教改教研成果和學(xué)科最新發(fā)展成果引入教學(xué)。此外，利用自身多年從事科學(xué)研究的經(jīng)驗和相應(yīng)的各種微納加工技術(shù)融合于實際課堂教學(xué)中，使學(xué)生獲得寓意于其中的思想和方法論方面的認識，培養(yǎng)其成為獨立思考的創(chuàng)造性人才。

三、課程教學(xué)的實踐

在實際課程教學(xué)時，充分發(fā)揮課堂教學(xué)主渠道作用，在“理論—技術(shù)—應(yīng)用”之間找到結(jié)合點，適當(dāng)講述物理和化學(xué)基本理論，從而讓學(xué)生理解各種微納加工技術(shù)的基本原理和可控方法。吸收國內(nèi)外微納加工技術(shù)的前沿發(fā)展，與時俱進地充實和完善教材內(nèi)容和體系，與此同時根據(jù)教材的變化及時調(diào)整相配套的內(nèi)容。此外，結(jié)合大量應(yīng)用實例，讓學(xué)生參觀或操作具體設(shè)備，明白不同微納加工技術(shù)的優(yōu)勢以及短板。在授課過程中采用啟發(fā)式和參與式的教學(xué)方法，通過課堂提問等方式激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)積極性。并在授課過程中采用分組討論方式，讓學(xué)生到講臺上進行學(xué)習(xí)總結(jié)發(fā)言，調(diào)動學(xué)生的積極性，提高學(xué)生綜合及表達能力，從而發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性。在涉及爭議較大的基礎(chǔ)理論和實踐問題時，采用課后作業(yè)方式，要求學(xué)生在課后查閱和搜集大量資料，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力，發(fā)表自己的觀點并給出相應(yīng)的依據(jù)。同時，廣泛介紹國內(nèi)外最新科研成果，給出多個研究熱點問題，要求學(xué)生完成相應(yīng)的小論文撰寫，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識，使其初步具備撰寫科技學(xué)術(shù)論文的基礎(chǔ)。在考核制度上也進行相應(yīng)的改革，課程考核成績由平時作業(yè)和課程小論文兩項組成，改變了傳統(tǒng)以閉卷考試為主的考核方式，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

充分利用信息技術(shù)手段和網(wǎng)上資源，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系、教學(xué)手段和教學(xué)方法等方面進行跨越性創(chuàng)新，在課堂教學(xué)中完全實現(xiàn)多媒體授課和教案電子化，使案例教學(xué)、多媒體教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等得到更為廣泛的應(yīng)用。通過視頻、動畫以及仿真器的演示充分展示微納加工技術(shù)基本概念與基本工作原理，使計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)變得直觀具體和生動形象，使得學(xué)生能夠全面和深刻理解教學(xué)內(nèi)容，并且上課教學(xué)材料全部上傳網(wǎng)絡(luò)，方便學(xué)生可以進行查閱和自主學(xué)習(xí)。同時，通過相關(guān)校內(nèi)論壇作為教與學(xué)的交流平臺，幫助與了解學(xué)生遇到的問題以及學(xué)生學(xué)習(xí)的狀況，并及時與學(xué)生溝通，也為學(xué)生網(wǎng)上預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和教師答疑提供了足夠的物質(zhì)和技術(shù)保證。

四、結(jié)語

微納加工技術(shù)導(dǎo)論課程以機械電子工程和微電子等學(xué)科人才培養(yǎng)目標(biāo)、現(xiàn)有課程體系存在問題為導(dǎo)向，分析本學(xué)科布局、人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)、國家和社會經(jīng)濟發(fā)展需求，闡明課程體系結(jié)構(gòu)設(shè)計與跨學(xué)科交叉課程的關(guān)系，建設(shè)富有學(xué)科人才培養(yǎng)特點的個性化教學(xué)方案。通過課程的教學(xué)，讓學(xué)生對微納加工技術(shù)有一定的了解，對以后進行相關(guān)工作或者進一步深造打下一定的基礎(chǔ)。