《微納加工技術(shù)》教學(xué)改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)淺談

王晨曦 安榮 鄭振 田艷紅

摘? ?要：微納制造的發(fā)展對(duì)我國產(chǎn)業(yè)升級(jí)具有重要的戰(zhàn)略意義，創(chuàng)新在技術(shù)變革中的作用不斷凸顯。我校電子封裝技術(shù)專業(yè)開設(shè)的《微納加工技術(shù)》課程教學(xué)過程中存在學(xué)生缺乏獨(dú)立思考、學(xué)習(xí)主動(dòng)性不足和創(chuàng)新思維受限等問題。本文為此提出了建立“以學(xué)為中心”課堂教學(xué)模式，由案例教學(xué)啟發(fā)創(chuàng)新思維，增設(shè)開放性考題等一系列教學(xué)與考試方法改革建議，從注重知識(shí)傳授向創(chuàng)新能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，全方位提高學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)成效。

關(guān)鍵詞：電子封裝? 微納加工? 技術(shù)教學(xué)改革? 創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）06（c）-0183-02

隨著人們認(rèn)識(shí)和改造自然的能力由宏觀延伸至微觀，微納米科技在生活中不斷發(fā)揮著重要的作用。微納加工技術(shù)是微納米科技的基礎(chǔ)，各類集成電路芯片、光電子與通訊元件、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）及微納流控器件等無不是通過微納米尺度加工的手段制造出來的，與傳統(tǒng)加工方法相結(jié)合制造出的工業(yè)產(chǎn)品（如計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通訊、人工智能、醫(yī)療健康、航空航天等）無處不在。同時(shí)，微納加工也是一個(gè)新興交叉領(lǐng)域，涉及到物理、化學(xué)、材料、機(jī)械、電子、生物等多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，加工技術(shù)發(fā)展日新月異[1]。目前我國已成為世界制造大國，到2030年要成為制造強(qiáng)國，需要在微納制造領(lǐng)域有更多創(chuàng)新型、國際化的專業(yè)人才。

2007年哈爾濱工業(yè)大學(xué)由工信部及教育部批準(zhǔn)首批開設(shè)了電子封裝技術(shù)專業(yè)，在本科層次培養(yǎng)電子制造的緊缺人才[2]?！段⒓{加工技術(shù)》是電子封裝技術(shù)專業(yè)的一門重要的必修課。同時(shí)近年來國家十分重視大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)[3]。為了貫徹落實(shí)“以學(xué)生為中心，學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展成效驅(qū)動(dòng)”教育理念，深化創(chuàng)新教育改革，本文結(jié)合筆者在哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子封裝技術(shù)專業(yè)講授《微納加工技術(shù)》課程的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該課程的教學(xué)方法與考試方法改革進(jìn)行探索和實(shí)踐，旨在提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新能力，培養(yǎng)國際化視野。

1? 《微納加工技術(shù)》課程內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前國內(nèi)眾多高校開設(shè)了《半導(dǎo)體制造技術(shù)》和《微納制造技術(shù)》等課程，重點(diǎn)講授半導(dǎo)體芯片的微納制造技術(shù)，如光刻、氧化、離子注入、金屬化、刻蝕、化學(xué)機(jī)械平坦化等工藝。而我校的《微納加工技術(shù)》課程不以半導(dǎo)體芯片的制造工藝為重點(diǎn)，主要講授各種微納米尺度加工方法，包括光學(xué)曝光技術(shù)、電子束曝光技術(shù)、聚焦離子束加工技術(shù)、激光加工技術(shù)、掃描探針加工技術(shù)、納米壓印技術(shù)、薄膜與刻蝕技術(shù)、間接加工技術(shù)、自組裝納米加工技術(shù)等。課堂教學(xué)采用傳統(tǒng)板書和多媒體演示相結(jié)合的方式，使學(xué)生理解和掌握各種典型微納加工方法的原理與技術(shù)特點(diǎn)，指導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的微納加工技術(shù)應(yīng)用于電子、光學(xué)、機(jī)械、生物等領(lǐng)域。筆者經(jīng)過多年講授，發(fā)現(xiàn)該課程在教學(xué)方法和考試模式等方面仍存在如下幾個(gè)問題。

1.1 重視知識(shí)講授，缺乏獨(dú)立思考

微納加工方法種類繁多，該課程涵蓋了9大類數(shù)十種加工技術(shù)。教師通過充分的備課，在課堂上詳細(xì)講授各種方法的原理和特點(diǎn)。學(xué)生能夠理解掌握，但學(xué)習(xí)方式較為被動(dòng)，在教學(xué)環(huán)節(jié)中與學(xué)生互動(dòng)不足，尚缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的系統(tǒng)性引導(dǎo)。課后思考題也多基于對(duì)課堂講授內(nèi)容的歸納和總結(jié)，學(xué)生從教材中即可找到標(biāo)準(zhǔn)答案，結(jié)果往往千篇一律，很少能通過獨(dú)立思考給出較具個(gè)性的回答。

1.2 學(xué)習(xí)主動(dòng)性不足，獲取知識(shí)能力弱

由于每一類加工方法都在不斷發(fā)展進(jìn)步，新的加工方法層出不窮，相關(guān)教材和講授內(nèi)容不可能做到全面涵蓋和實(shí)時(shí)更新。這就需要引導(dǎo)學(xué)生課后閱讀前沿科技領(lǐng)域中的微納加工技術(shù)最新進(jìn)展，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)，提高學(xué)習(xí)熱情。另外，本課程的各項(xiàng)微納加工技術(shù)中涉及大量英文專業(yè)詞匯，而學(xué)生普遍在科技英文閱讀方面較為薄弱，對(duì)部分專業(yè)詞匯的發(fā)音與英文表達(dá)方式更為陌生，能夠通過查閱最新高水平學(xué)術(shù)期刊獲取相關(guān)知識(shí)的學(xué)生數(shù)量甚少。

1.3 考試題目刻板，創(chuàng)新思維受限

該課程的考核采用累加式評(píng)價(jià)手段，其中期末考試成績(jī)?nèi)哉加邢喈?dāng)大的權(quán)重，包含概念題、簡(jiǎn)答題和問答題等題目，主要考察學(xué)生對(duì)各種微納加工方法的掌握情況。傳統(tǒng)題目往往都拘泥于課堂講授內(nèi)容，學(xué)生通過課后鞏固復(fù)習(xí)，依靠記憶能夠在考試中順利完成問題的解答，但對(duì)個(gè)人創(chuàng)新性思維發(fā)揮的空間十分有限。同時(shí)筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生雖然當(dāng)時(shí)記住各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，但一旦考試結(jié)束較容易在短時(shí)間內(nèi)忘記，學(xué)生很難在后續(xù)學(xué)習(xí)和工作中獲益。

2? 教學(xué)方法與考試方法改革實(shí)踐

針對(duì)上述問題，筆者近年來開始摸索對(duì)《微納加工技術(shù)》課程教學(xué)方法和考試方法的改革，主要包括以下幾個(gè)方面的嘗試。

2.1 “以學(xué)為中心”課堂教學(xué)模式改革

借鑒國際一流高校微納加工課程的教學(xué)設(shè)計(jì)（如麻省理工學(xué)院的在線開放課程，MIT OpenCourseWare），該課程定期會(huì)給學(xué)生布置一定量的作業(yè)。課程作業(yè)不單純采用查閱資料歸納總結(jié)撰寫報(bào)告的形式，往往涉及較多設(shè)計(jì)類和計(jì)算類問題。學(xué)生不僅需要主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，而且還需要運(yùn)用工具軟件（如繪圖軟件和數(shù)據(jù)處理軟件）方能完成作業(yè)。另外，開展“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，讓學(xué)生利用課堂所學(xué)知識(shí)和課后查閱資料，掌握微納加工技術(shù)在前沿領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，激發(fā)學(xué)生的新想法新思路。針對(duì)微納加工課程部分內(nèi)容重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，讓學(xué)生能夠更專注于主動(dòng)的基于相關(guān)內(nèi)容項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，再通過課堂討論共同研究各種微納加工方法的最新案例，從而獲得對(duì)微納加工技術(shù)更深層次的理解，讓學(xué)習(xí)更加靈活、主動(dòng)。

2.2 雙語教學(xué)對(duì)全課程的改革與實(shí)踐

結(jié)合國外高校微納加工課程資料和英文參考書，制作中英文雙語教案。在課堂上采用雙語教學(xué)，不僅教授各類加工方法，而且有意識(shí)地講解英文專業(yè)術(shù)語及其表達(dá)方式。雙語教學(xué)既能提高學(xué)生把握專業(yè)英語的學(xué)習(xí)能力，也有助于中英文表達(dá)的連貫性。微納制造與當(dāng)今信息科技的發(fā)展息息相關(guān)，為了更好地吸收和學(xué)習(xí)微納加工的最新進(jìn)展，教師從國際高水平期刊（如Nature、Science及其子刊）遴選出若干篇與微納加工技術(shù)相關(guān)的代表性科技論文讓學(xué)生閱讀，提高學(xué)生們的主動(dòng)學(xué)習(xí)熱情。對(duì)英文基礎(chǔ)好的學(xué)生，鼓勵(lì)在課堂上做英文報(bào)告，要求利用5張幻燈片在5min內(nèi)講解論文中最新加工方法的基本原理和創(chuàng)新點(diǎn)，并在課堂上討論交流。

2.3 由微納加工案例啟發(fā)創(chuàng)新思維

針對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)中與學(xué)生的互動(dòng)不足，采用微納加工案例教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。開展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是我國建設(shè)創(chuàng)建新型國家、人才資源強(qiáng)國的重要舉措，但當(dāng)前創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目主要基于“互聯(lián)網(wǎng)+”為平臺(tái)，并沒有充分利用到自身所學(xué)的專業(yè)。為將微納加工技術(shù)與創(chuàng)新教育兩者結(jié)合，筆者近年來多次參加電子封裝專業(yè)的教學(xué)研討會(huì)，與國內(nèi)高校、企業(yè)、研究所專家，緊密聯(lián)系應(yīng)用領(lǐng)域積累各種加工技術(shù)中的創(chuàng)新案例，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，初步建立創(chuàng)新思維的引導(dǎo)體系。除此之外，還從教師主持的科研項(xiàng)目中凝練出一些與微納制造相關(guān)的小課題，留給學(xué)生們課后思考和設(shè)計(jì)，啟發(fā)創(chuàng)新思維，同時(shí)體會(huì)到科研中的樂趣。

2.4 開放性題目與考試方法改革

對(duì)課程的考核仍采用累加式評(píng)價(jià)手段，但期末考試所占的權(quán)重有所減少，加大了平時(shí)作業(yè)和課堂報(bào)告占總成績(jī)的份量。期末考試試卷中有標(biāo)準(zhǔn)答案的傳統(tǒng)概念題和問答題所占比例減少，取而代之的是新型開放性題目。比如，讓學(xué)生在闡述某種加工技術(shù)的原理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步預(yù)測(cè)該項(xiàng)技術(shù)的理論加工極限與未來發(fā)展前景。此外，筆者嘗試從Nature或Science等國際知名學(xué)術(shù)期刊中挑選出問題，每年形成一道期末考試題目，讓學(xué)生在解答的過程中思考理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。例如，在特定條件下采用何種方法如何加工出納米級(jí)尺寸的珠穆朗瑪峰？經(jīng)筆者調(diào)查顯示多名學(xué)生認(rèn)為該類題目很有技術(shù)含量，即使考完試1～2年后仍能回憶出相關(guān)考題。

3? 結(jié)語

通過開展教學(xué)方法和考試方法的改革，《微納加工技術(shù)》課程現(xiàn)階段已取得了較為良好的教學(xué)效果，學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)熱情明顯提高，課堂活躍度也大幅提升。微納加工技術(shù)當(dāng)前仍在不斷發(fā)展進(jìn)步，該課程涉及到的微納加工技術(shù)的種類繁多，如何引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)最新相關(guān)文獻(xiàn)且不感到枯燥，避免消極對(duì)待，需要采用得當(dāng)?shù)姆绞胶头椒?。學(xué)生的英文基礎(chǔ)個(gè)體上有所差異，雙語教學(xué)過程中要注意觀察學(xué)生的接受能力，利用中英文兩方面交互式講授，如何能夠讓全體學(xué)生對(duì)講授內(nèi)容透徹理解，積極主動(dòng)地參與互動(dòng)也是本課程與其他電子封裝技術(shù)專業(yè)課程未來需要解決的問題。

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