微納制造前沿應(yīng)用學(xué)科拓展課程的教學(xué)研究

郝秀清

【摘要】微納制造前沿應(yīng)用課程作為我校的學(xué)科拓展課程，針對(duì)工科、理科專業(yè)本科二年級(jí)以上學(xué)生開設(shè)，內(nèi)容多、課時(shí)短和專業(yè)性強(qiáng)是講授該課程必須解決的難題。本文在分析了課程和學(xué)生特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出科學(xué)梳理教學(xué)內(nèi)容，開展背景知識(shí)融合、技術(shù)分類和模塊化教學(xué)，堅(jiān)持案例導(dǎo)入，優(yōu)化教學(xué)方法，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，注重能力培養(yǎng)等教學(xué)方法，取得了良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】微納制造 ?前沿應(yīng)用 ?拓展課程 ?教學(xué)研究

【基金項(xiàng)目】本課程受到“江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項(xiàng)目”（項(xiàng)目號(hào)PPZY2015A021）資助，開展教學(xué)改革和方法探索研究。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）29-0001-01

1.引言

微納米制造技術(shù)已在航空、航天、能源裝備、汽車等行業(yè)廣泛應(yīng)用并占有極其重要的地位，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響，特別是隨著中美“芯片之戰(zhàn)”的開始，微納米制造技術(shù)變得愈發(fā)關(guān)鍵。微納制造前沿應(yīng)用課程主要講授各類微納制造技術(shù)及各技術(shù)的實(shí)際前沿應(yīng)用，課程教學(xué)時(shí)間為24學(xué)時(shí)。

本課程是銜接基礎(chǔ)課與專業(yè)課的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，主要面向機(jī)械工程專業(yè)、材料工程、航空宇航、自動(dòng)化、管理工程、理學(xué)院及相近專業(yè)本科二年級(jí)以上的學(xué)生。由于學(xué)生來自不同專業(yè)和不同年級(jí)，他們所具有專業(yè)差異性、興趣差異性和個(gè)體差異性，因此，能否通過課堂講解和討論突破學(xué)科的狹隘視線，開闊學(xué)生的視野，獲得思維的擴(kuò)展和科學(xué)的研究方法，是本課程教學(xué)成功與否的關(guān)鍵。

2.科學(xué)梳理教學(xué)內(nèi)容，開展背景知識(shí)融合、技術(shù)分類和模塊化教學(xué)

微納制造前沿應(yīng)用課程具有很強(qiáng)的學(xué)科交叉的特點(diǎn)，涉及機(jī)械制造、設(shè)計(jì)、材料等基礎(chǔ)課程，因此相關(guān)專業(yè)背景知識(shí)介紹非常必要。首先，專業(yè)背景知識(shí)介紹有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，建立新學(xué)知識(shí)和已有知識(shí)的感性聯(lián)系。其次，專業(yè)背景知識(shí)融合有助于鞏固已有基礎(chǔ)知識(shí)，為新學(xué)知識(shí)奠定專業(yè)基礎(chǔ)。同時(shí)，專業(yè)背景知識(shí)融合有助于提高學(xué)生的綜合專業(yè)能力，使學(xué)生成為具有跨專業(yè)工程能力的綜合人才。

本課程主要內(nèi)容包括先進(jìn)制造工藝產(chǎn)生的背景及發(fā)展趨勢，芯片、傳感器、光電子器件、微納流體器件等器件制造過程中涉及的光刻和刻蝕技術(shù)、3D打印技術(shù)、納米壓印技術(shù)、精密超精密加工技術(shù)、微細(xì)加工方法等各項(xiàng)技術(shù)，以及各項(xiàng)技術(shù)在航空、航天、武器裝備、智能裝備、海洋探測、汽車、軌道交通等方面的前沿應(yīng)用。在科學(xué)梳理教學(xué)內(nèi)容之后，本課程安排以技術(shù)分類為主線，采用模塊化教學(xué)方法，學(xué)生可在短時(shí)間內(nèi)（一般為兩節(jié)課時(shí)間）快速了解一種技術(shù)的特點(diǎn)、分類、具體過程、主要應(yīng)用，以及發(fā)展趨勢等方面，有利于學(xué)生在腦海中形成完整的技術(shù)系統(tǒng)。

3.堅(jiān)持案例導(dǎo)入，優(yōu)化教學(xué)方法

針對(duì)該課程內(nèi)容繁多、學(xué)生跨專業(yè)和多年級(jí)特點(diǎn)，為增強(qiáng)課堂授課效果，主要采取了以下措施：

（1）案例導(dǎo)入，激發(fā)興趣，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。

以熱門事件、周圍事物或高端裝備等作為各章的案例，由案例開始分析其中的關(guān)鍵問題和涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，學(xué)生積極性會(huì)大大提高。比如，在講解光刻和刻蝕技術(shù)之前，先從中美芯片之戰(zhàn)開始講起，讓學(xué)生了解為什么芯片這么重要，再來講述芯片是如何制造出來的，這其中的主要關(guān)鍵技術(shù)是什么，由此明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。這樣一是增加了學(xué)生在事件中的參與感，增強(qiáng)學(xué)生愛國熱情;二是引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)尋找問題的根源，在心中埋下一粒種子，為后續(xù)研究生學(xué)習(xí)或工作奠定鋪墊。

（2）課程內(nèi)容聯(lián)系學(xué)生的專業(yè)背景，提高其學(xué)習(xí)興趣。

由于學(xué)生來自各個(gè)不同專業(yè)，興趣點(diǎn)差異性大，故如何尋求平衡點(diǎn)和興趣激發(fā)措施也是本課程的重要環(huán)節(jié)。本課程在內(nèi)容安排上會(huì)對(duì)各個(gè)技術(shù)進(jìn)行分解，哪些涉及機(jī)械專業(yè)，哪些涉及材料專業(yè)，哪些涉及物理和化學(xué)專業(yè)等，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)榮譽(yù)感。例如，微細(xì)電化學(xué)加工技術(shù)，其中包含了機(jī)械（加工裝置）、材料（被加工件的不同）、化學(xué)（電解液）、流體力學(xué)（電解液需要流動(dòng)帶走電解產(chǎn)物）等各方面的知識(shí)，只有綜合掌握好各方面的知識(shí)和技術(shù)，才能形成高精和尖端技術(shù)。

（3）利用多種展示途徑，增強(qiáng)課程內(nèi)容的直觀性。

課程講述過程中，若只是通過單一講述方式，學(xué)生很快會(huì)注意力不集中。如何提高上課的“抬頭率”和知識(shí)的“掌握程度”，也是該課程教師授課過程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。本課程在科學(xué)梳理內(nèi)容時(shí)，綜合利用PPT、視頻、實(shí)物等進(jìn)行現(xiàn)場講解和演示，給學(xué)生直觀印象，同時(shí)吸引學(xué)生的注意力，有利于提高上課效果。

（4）設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的討論話題，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與。

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，一直是教師主講，學(xué)生主聽。隨著目前社會(huì)形勢的迅速發(fā)展，對(duì)人才的分析問題、解決問題和講述能力等方面的要求越來越高，教學(xué)模式也必須隨之更新。本課程在教學(xué)過程中，設(shè)計(jì)了很多具有挑戰(zhàn)性的討論話題，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，由此開展小組討論、小組講述、小組作品展示，以及班級(jí)辯論賽等不同的學(xué)習(xí)方式，不僅提高了學(xué)生的課堂參與度，而且鍛煉了學(xué)生的綜合能力，形成了合作、競爭、互動(dòng)的課程氛圍。

（5）利用數(shù)據(jù)庫讓學(xué)生主動(dòng)查閱最新文獻(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)術(shù)能力。

課程中涉及很多前沿知識(shí)，必須依靠學(xué)生的自主性去完成。因此，本課程首先會(huì)讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何利用學(xué)校的各種數(shù)據(jù)庫去查閱文獻(xiàn)。然后，會(huì)給學(xué)生一個(gè)主題，讓學(xué)生圍繞這個(gè)主題去查閱這方面的最新進(jìn)展，并結(jié)合PPT制作、講述等方式，讓學(xué)生主動(dòng)探究該技術(shù)的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)其中的問題，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)術(shù)能力和專業(yè)技能。

4.加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，注重能力培養(yǎng)

由于課程涉及的很多技術(shù)分類復(fù)雜且不夠直觀，學(xué)生只憑借聽課很難形成直觀認(rèn)識(shí)。因此本課程充分挖掘課程資源，有效利用學(xué)院不同方向的實(shí)驗(yàn)室，對(duì)課程技術(shù)涉及的3D打印實(shí)驗(yàn)室、光刻實(shí)驗(yàn)室、電化學(xué)加工實(shí)驗(yàn)室以及精密機(jī)械加工實(shí)驗(yàn)室等實(shí)地參觀學(xué)習(xí)，拓展學(xué)科課程內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)學(xué)科間的整合，真正提升學(xué)生的操作技能和綜合素養(yǎng)。

5.結(jié)論

微納制造前沿應(yīng)用課程內(nèi)容專業(yè)性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大。因此本文探究了該課程的教學(xué)方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)各專業(yè)之間的內(nèi)在關(guān)系，突破學(xué)科的狹隘視線，獲得思維的擴(kuò)展和科學(xué)的研究方法。當(dāng)然，我國工科教育發(fā)展正在經(jīng)歷變革和轉(zhuǎn)型，“新工科”建設(shè)已成為我國工科教育發(fā)展的新風(fēng)向、新模式和新思路。如何在新工科環(huán)境下，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、合作能力、溝通能力和問題解決能力，為國家培養(yǎng)具有高職業(yè)技能和綜合素質(zhì)的人才，有待于我們?cè)诮窈蠼虒W(xué)中進(jìn)一步探索研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]時(shí)玉華.拓展課程資源以提升學(xué)生核心素養(yǎng)[J].課堂教學(xué)與研究（新課程導(dǎo)學(xué)），2018（3）.

[2]張海生.“新工科”的內(nèi)涵、主要特征與發(fā)展思路[J].山東高等教育，2018（1）.

[3]施程翔.怎樣開發(fā)“小巧精致”的拓展性課程——以《百草園》課程為例[J]. 科學(xué)課，2018（5-6）.

[4]周圣軍.《微納制造技術(shù)》教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與感受淺談[J].教育教學(xué)論壇，2016（21）.