光學(xué)鍍膜技術(shù)課程融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素的探索

楊文宇

（寧德師范學(xué)院數(shù)理學(xué)院，福建 寧德 352100）

0 引言

光學(xué)鍍膜技術(shù)作為工科課程在物理師范類教育中對(duì)于增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能以及提升學(xué)術(shù)視野有著重要的作用[1]。光學(xué)鍍膜技術(shù)內(nèi)容囊括有實(shí)驗(yàn)操作和理論學(xué)習(xí)兩大模塊。實(shí)驗(yàn)操作涉及熱蒸發(fā)技術(shù)以及磁控濺射技術(shù)的使用。理論學(xué)習(xí)主要圍繞真空技術(shù)、鍍膜方法、薄膜表征技術(shù)等內(nèi)容展開講授。在教學(xué)過程中出現(xiàn)學(xué)生并不重視該門課程的學(xué)習(xí)，認(rèn)為此課程可有可無(wú)，在理論學(xué)習(xí)以及實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)渾水摸魚。歸根結(jié)底在于光學(xué)鍍膜技術(shù)沒有讓學(xué)生切身感受到所學(xué)習(xí)內(nèi)容的實(shí)用性，更多的是內(nèi)容的枯燥無(wú)味。

在新時(shí)代的背景下，要賦予光學(xué)鍍膜技術(shù)課程更多深層內(nèi)涵，在進(jìn)一步增加學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的同時(shí)，也讓學(xué)生深刻感受到光學(xué)鍍膜技術(shù)課程學(xué)習(xí)的意義。鑒于光學(xué)鍍膜技術(shù)的實(shí)用性，在萬(wàn)眾創(chuàng)業(yè)的熱潮下[2-4]，探索出融入有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素的全新的不同于以往的光學(xué)鍍膜技術(shù)課程迫在眉睫，使得學(xué)生真真切切地感受到學(xué)習(xí)該門課程的樂趣。這份嘗試既充滿了挑戰(zhàn)，又蘊(yùn)含著許多值得我們待深挖的寶藏。

為了培養(yǎng)復(fù)合型人才，滿足當(dāng)下社會(huì)發(fā)展對(duì)多樣式人才的需求，我們將在光學(xué)鍍膜技術(shù)中融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育環(huán)節(jié)，借助專業(yè)知識(shí)講授，有意識(shí)地讓學(xué)生參與光學(xué)鍍膜技術(shù)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，在潛移默化當(dāng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)提高了其學(xué)習(xí)效率。最為重要的是通過有別于偏重理論學(xué)習(xí)的專業(yè)課程，光學(xué)鍍膜技術(shù)憑借其工科特性極大地培養(yǎng)鍛煉了物理師范生的創(chuàng)新思維，與此同時(shí)磨煉了不怕吃苦，不畏苦難，勇于向前的大國(guó)工匠品質(zhì)。接下來(lái)，我們將以磁控濺射這堂課為例來(lái)展現(xiàn)如何開展光學(xué)鍍膜技術(shù)課程的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。期望我們初步的光學(xué)鍍膜技術(shù)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素融合探索研究能為后面工科課程的教學(xué)改革提供借鑒與研究思路。

1 教學(xué)過程中融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素

磁控濺射是光學(xué)鍍膜技術(shù)課程中的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容之一。學(xué)習(xí)內(nèi)容豐富，涉及濺射定義、原理、特征、各類濺射裝置以及使用方法。該章節(jié)分為4個(gè)課時(shí)進(jìn)行講解授課，其中理論課3課時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作1課時(shí)。在理論講解時(shí)，滿堂灌輸知識(shí)點(diǎn)顯然對(duì)于學(xué)生所需的高效學(xué)習(xí)是背道而馳的。為此，考慮到光學(xué)鍍膜課程的工科特性，積極響應(yīng)萬(wàn)眾創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的時(shí)代背景下，我們采用多種富有學(xué)科特色的教學(xué)模式，嘗試推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素在光學(xué)鍍膜技術(shù)課程中的有效融合，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)鍍膜技術(shù)課不管在教學(xué)效果、還是教學(xué)形式上都有著質(zhì)的提升，使得學(xué)生對(duì)光學(xué)鍍膜技術(shù)課枯燥無(wú)味的刻板印象會(huì)有根本性的改變。

磁控濺射是指具有足夠高能量的粒子轟擊固體表面而使其中的原子發(fā)射出來(lái)的過程。該現(xiàn)象類似于往平靜的湖面投入石子會(huì)濺起水花一樣。而這種發(fā)射出來(lái)具有較高能量的原子則相當(dāng)有利于降低薄膜的粗糙度。學(xué)生對(duì)于粗糙度已有一定的認(rèn)識(shí)，但是并沒有切身感受到薄膜在什么程度是非常粗糙，什么程度是非常平整。這是一個(gè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素融入的點(diǎn)。為了加深學(xué)生對(duì)于薄膜平整度的體驗(yàn)，我們?cè)谏洗趴貫R射這一章節(jié)的前一周，事先招募一些本班有著強(qiáng)烈動(dòng)手制作教具意愿的學(xué)生，人數(shù)不做限制要求，我們把他們稱之為教具制作小組，圍繞著教師已確定好的教具制作主題，大家匯集在一起學(xué)習(xí)討論，商討裁定出教具制作所需的原材料以及后期教具制作加工中的細(xì)節(jié)注意事項(xiàng)問題。在磁控濺射這堂課前，我們布置給教具制作小組的教具主題是超聲噴霧裝置。本著培養(yǎng)訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維，我們大致給了初步的設(shè)計(jì)方案，就是我們所設(shè)計(jì)的超聲噴霧裝置是基于超聲空化作用自下而上的薄膜沉積裝置，剩下的元件添加就交給教具制作小組去討論得出。確實(shí)我們?cè)趯?shí)施討論過程中碰到了不少的問題，大致有這幾個(gè)問題：（1）光學(xué)鍍膜技術(shù)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不牢，學(xué)生在討論過程中暴露出許多專業(yè)概念理解錯(cuò)誤；（2）學(xué)生在小組討論學(xué)習(xí)中敢于表達(dá)抒發(fā)自己意見的能力有待提高；（3）學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行教具制作的主觀能動(dòng)性急需鍛煉提升，既創(chuàng)新思維能力。發(fā)現(xiàn)問題是好的，我們通過小組學(xué)習(xí)討論的形式，參與討論學(xué)習(xí)的學(xué)生及時(shí)地發(fā)現(xiàn)了自己的不足，如果是專業(yè)知識(shí)的問題，趕緊會(huì)后查缺補(bǔ)漏。如果是不敢發(fā)言的，周邊的學(xué)生與教師會(huì)積極地給予該學(xué)生鼓勵(lì)，并且努力營(yíng)造溫馨的、無(wú)壓力的討論氛圍，讓其在討論會(huì)上敢于發(fā)言，提升表達(dá)能力。討論會(huì)發(fā)起的初衷，就是要讓學(xué)生在討論會(huì)過程中經(jīng)歷想主意—討論—否決—再想主意，經(jīng)過幾輪的想法碰撞，最終確定翔實(shí)的方案。從結(jié)果來(lái)看教具制作的討論會(huì)確實(shí)發(fā)揮了其最為重要的功能，既是鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

一輪討論后，學(xué)生漸入佳境。幾輪激烈討論，超聲噴霧裝置教具的結(jié)構(gòu)最終確定下來(lái)。所需要購(gòu)買的教具原材料主要有真空鐘罩一個(gè)、四方形底座一個(gè)、超聲霧化器一臺(tái)、定制曲面襯底一個(gè)、細(xì)長(zhǎng)連桿若干、電動(dòng)馬達(dá)一個(gè)、銅絲導(dǎo)線若干米、電源控制開關(guān)一個(gè)。待原材料采購(gòu)?fù)戤?，接下?lái)就馬不停蹄地開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中重要的實(shí)物組裝操作環(huán)節(jié)。實(shí)物組裝意在鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，品質(zhì)方面磨煉遇到難處，勇往向前的堅(jiān)強(qiáng)毅力。看似簡(jiǎn)單的教具組裝，其難度一點(diǎn)也不亞于學(xué)生經(jīng)常接觸的專業(yè)實(shí)驗(yàn)操作。由于學(xué)生所接觸的專業(yè)知識(shí)更多的是理論層面，即使有開展實(shí)驗(yàn)課，所訓(xùn)練的動(dòng)手能力遠(yuǎn)不能滿足作為全能復(fù)合型人才服務(wù)社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的需要，所以很有必要在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力訓(xùn)練元素中設(shè)置實(shí)物組裝操作環(huán)節(jié)。從實(shí)際的結(jié)果來(lái)看，雖然我們事先已討論擬定好具體而又翔實(shí)的教具組裝操作方案，但是真要開始時(shí)，大家顯得還是有點(diǎn)手足無(wú)措，不知道從哪里開始下手。正當(dāng)學(xué)生為從何著手而發(fā)愁時(shí)，此時(shí)教師就要起到積極引導(dǎo)的作用。及時(shí)有效的引導(dǎo)以及適時(shí)的鼓勵(lì)是學(xué)生能夠在從未涉及領(lǐng)域中繼續(xù)前進(jìn)的動(dòng)力源泉。當(dāng)下第一個(gè)棘手的問題，學(xué)生對(duì)于超聲噴霧裝置不知從哪里開始組裝。其中的根源在于學(xué)生對(duì)于我們所設(shè)計(jì)的超聲噴霧裝置的工作原理還理解不夠深，尤其是該裝置的創(chuàng)新點(diǎn)。為此，我們?cè)诠膭?lì)他們不要?dú)怵H的同時(shí)，告知他們?cè)撗b置的工作原理是通過超聲空化作用將溶液撕裂成小水滴，至下而上將小水珠沉積在襯底上。創(chuàng)新點(diǎn)在于自下而上利用水滴自重實(shí)現(xiàn)水滴均勻挑選，并結(jié)合曲面襯底的設(shè)計(jì)，進(jìn)而成功制備覆蓋均勻物質(zhì)的薄膜。深入理解原理之后，指導(dǎo)學(xué)生將超聲噴霧裝置組裝所需的原材料有序地排列在桌面，按照我們已討論擬定出來(lái)的方案，從超聲噴霧裝置的底部開始組裝。由于參與該裝置的學(xué)生較多，我們將該裝置有規(guī)律地分解為幾個(gè)部分，分別交代給事先分好的小組，待各個(gè)小組完成自己的組裝任務(wù)后，召集大家圍成一桌，將分散的已組裝好的元件拼接在一起。最終通過大家的齊心協(xié)力，我們成功創(chuàng)造出了超聲噴霧的實(shí)物裝置，如圖1所示。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育訓(xùn)練中我們充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，給予學(xué)生多樣的鍛煉形式，包括輕松愉悅而又富有創(chuàng)新氣息的圓桌討論，又或者是能發(fā)揮各自特長(zhǎng)的實(shí)訓(xùn)創(chuàng)造教學(xué)教具環(huán)節(jié)。雖然過程充滿難度和挑戰(zhàn)，但是事后學(xué)生收獲的是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)以及吃苦耐勞精神的磨煉。而教師的定位更像是能在必要時(shí)給予積極引導(dǎo)的指路人，讓學(xué)生能夠享受創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素有效融入課堂所帶來(lái)的快樂。總而言之，光學(xué)鍍膜技術(shù)課程中創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素的融入，尤其是教具組裝環(huán)節(jié)的設(shè)置，對(duì)于物理師范生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)以及動(dòng)手能力的進(jìn)一步加強(qiáng)，甚至精神品質(zhì)的磨礪都起到強(qiáng)有力的補(bǔ)充作用。

圖1 超聲噴霧的實(shí)物裝置

正如上文提到，我們?cè)谏洗趴貫R射這一章節(jié)的前一周，事先招募的是對(duì)動(dòng)手制作教具有強(qiáng)烈意愿的學(xué)生?？赡苁菤w咎于學(xué)生對(duì)于光學(xué)鍍膜技術(shù)課中的教具制作比較陌生，其實(shí)有很大部分學(xué)生并沒有參與到我們的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。為了讓這次沒有加入我們創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的學(xué)生能夠有濃重的參與感，讓其感受創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練的樂趣，進(jìn)而主動(dòng)自愿積極地參與下一次的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)訓(xùn)活動(dòng)。為此，我們將已制作好的超聲噴霧裝置作為重要的課程引入教具使用。在講授磁控濺射這節(jié)課之前，我們先向大家展示我們團(tuán)隊(duì)成員最近通力合作制作出來(lái)的教具──超聲噴霧裝置。在教具演示前，先對(duì)裝置的各個(gè)組件進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，并講到我們制作該教具過程中所碰到的難處，最后又是怎么解決的，其中邊講邊展示制作過程中的照片，將其投影在投影布上。經(jīng)歷過此活動(dòng)的學(xué)生滿滿自豪感，而未參與此次活動(dòng)的學(xué)生眼神中充滿好奇的同時(shí)，會(huì)不時(shí)地向身邊有參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的學(xué)生投去羨慕的眼光。緊接著，開始裝置的運(yùn)作演示，現(xiàn)象很奇特，見圖2。講臺(tái)下傳來(lái)一片驚嘆聲。顯然，大家的上課熱情由于該現(xiàn)象的神奇而得到了極大的激發(fā)，紛紛表示這個(gè)教具很有趣。當(dāng)大家還在好奇時(shí)，立馬拿出該裝置中剛剛沉積出來(lái)的薄膜向大家展示，拋出第一個(gè)重要的問題，該裝置制備出來(lái)的薄膜有什么特點(diǎn)。大家異口同聲地說，薄膜表面起伏不平，有很多大小不一致的液滴。此時(shí)，教師做一個(gè)總結(jié)，我們自制的超聲噴霧裝置有沉積薄膜簡(jiǎn)易的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)就是薄膜表面略微粗糙。而我們今天要學(xué)習(xí)的磁控濺射技術(shù)就可以滿足半導(dǎo)體制造領(lǐng)域?qū)Ρ∧け砻婀饣秸囊?。至此，我們課前的自制演示教具引入達(dá)到了三個(gè)方面的作用：（1）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，渲染課堂學(xué)習(xí)氛圍；（2）展示教具制作小組創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練的教具成果，團(tuán)隊(duì)在獲取大家的認(rèn)同中極大提升創(chuàng)新自信，以此吸引其他學(xué)生積極參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練；（3）講述教具制作過程中的困難，以及分享攻克難關(guān)之后的興奮之情，讓未參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的學(xué)生感受制作教具過程的艱辛和喜悅，間接以我們自己的切身體會(huì)向?qū)W生傳遞吃苦耐勞的精神。

圖2 超聲噴霧現(xiàn)象

2 結(jié)論

在本文我們借助磁控濺射這節(jié)課，嘗試在光學(xué)鍍膜技術(shù)課程中融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育元素，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的教學(xué)形式主要采用小組討論學(xué)習(xí)以及實(shí)物裝置動(dòng)手制作，過程中努力創(chuàng)造條件讓學(xué)生積極參與光學(xué)鍍膜技術(shù)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素的光學(xué)鍍膜技術(shù)將憑借其工科特性極大地培養(yǎng)提升了物理師范生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力，與此同時(shí)還磨煉了學(xué)生不怕吃苦、不畏苦難，勇于向前的大國(guó)工匠品質(zhì)。顯然，通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練元素與光學(xué)鍍膜技術(shù)課的有機(jī)融合將會(huì)在潛移默化當(dāng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，進(jìn)而可為社會(huì)發(fā)展培養(yǎng)復(fù)合型人才提供強(qiáng)而有力的支撐。最后，我們期望本文初步的光學(xué)鍍膜技術(shù)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素融合探索的研究工作能為后面工科課程的教學(xué)改革提供借鑒與研究思路。