《薄膜材料与技术》课程教学改革初探
来源:用户上传
作者:
摘 要
《薄膜材料与技术》课程重点介绍薄膜材料相关概念及应用现状、真空基本知识、薄膜材料的制备方法、薄膜的生长机制、薄膜材料现代表征方法等内容，是材料科学与工程专业的一门专业基础课。该课程目标要求学生除掌握薄膜材料制备方法、薄膜生长机制及薄膜的现代表征方法等基础知识外，还应具备较强的动手能力和基本的科研能力。本文结合我院材料科学与工程专业高质量、创新型、应用型人才的专业培养目标，从课程内容、教学资源建设、教学方法以及课程测试与评价等方面进行了一些尝试和探索。
关键词
薄膜材料与技术;课程建设;教学改革
中图分类号： G642;TB383.2-4 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.069
0 引言
材料科学技术的发展日新月异，新技术与新材料层出不穷，薄膜材料与薄膜技术已经成为能源材料、微电子器件、机械模具、精密机床、纳米科技以及军工等领域的基本要素，是现代工业发展不可或缺的基础科技，为广大学子开辟了广阔的就业领域[1]。《薄膜材料与技术》是一门专门介绍薄膜材料与薄膜技术的基础课程，面向我院材料科学与工程专业三年级本科生，该课程重点介绍薄膜材料相关概念及应用、真空的基本知识、薄膜材料的制备方法、薄膜的生长机制、薄膜材料现代表征方法等内容。通过本课程的学习可以使学生了解和掌握真空蒸镀、溅射沉积、化学气相沉积等薄膜物理和化学的基本制备技术，薄膜材料的基本特点和主要的物性检测方法，以及薄膜技术领域的一些前沿研究进展和应用，为日后学生从事功能薄膜材料制备及器件相关科学研究和就业奠定理论和实践基础。本课程在《物理化学》、《材料科学基础》、《材料研究与测试方法》等课程之后开设，学生应了解和薄膜材料相关的物理基本概念并掌握材料常规测试方法的原理。
通过本课程的学习，学生将具备以下几个方面的能力：（1）能够运用数学、自然科学、工程基础知识和薄膜材料及薄膜技术等基本知识解决工程问题，将复杂工程问题用专业的语言进行正确描述;（2）能够运用薄膜制备技术与表征方法对薄膜材料及功能器件等工程问题进行性能评价，培养和提高学生分析和解决具体工程问题的能力;（3）能够分析和解决薄膜材料制备及表征等复杂工程问题，在实践中学会独立设计实验方案、分析实验结果并得出有效的实验结论，进一步培养学生的科学研究能力和创新意识;（4）能参与小组讨论，自主查阅相关文献，并进行整理和归纳总结，以PPT的形式在课堂进行讲解，提高学生的独立思考以及团队协作能力;（5）要有自主学习和终身学习的意识，不断提高学生的综合素质、创新意识和实践能力，为后续从事薄膜制备行业或从事薄膜领域的科学研究工作打下良好的基础。
1 《薄膜材料与技术》课程教学改革
1.1 课程内容优化及教学资源建设
为实现该课程的教学目标，结合我院材料科学与工程专业高质量、创新型、应用型人才的专业培养目标，对课程内容进行了优化并建设了符合材料专业特色的一套课程资源。学生通过对本课程的系统学习，系统掌握真空的基本知识、获得方法和测量技术;薄膜制备的化学方法原理、分类、制备工艺及应用场合;薄膜制备的物理方法中真空蒸发、溅射、离子镀、外延生长等技术原理、工艺及适用领域;薄膜形核、生长机制、形成理论;薄膜材料现代表征技术的分类、测试原理及适用范围;常用薄膜材料的介绍，课程内容的设置符合我校的定位和培养目标。
为充实教学内容，将薄膜功能材料发展前沿与理论课程教学有机结合起来，专任教师可以将自己的科研成果和目前最新的科研进展融入课堂内容中，如集成电路Cu互连线所用扩散阻挡层薄膜材料，依据材料系学生的专业基础和就业需求，将基于薄膜材料的新能源、光电器件、纳米材料等新兴领域研究的最新成果引入课堂，如目前研究热点中的二维材料（MoS2、石墨烯、黑鳞等）以及有机柔性显示器等，凸显了新材料的特色和薄膜技术的优势，提高了学生对本课程的学习兴趣，拓宽了学生的视野，扩大了学生的知识面，同时树立了学生积极关注学科前沿的意识。同时面向国家重大需求和国民经济主战场，针对精密机床，微电子器件和军工等领域目前所面临的卡脖子问题，以薄膜材料新技术为基础，力争实现自主创新新突破，凸显薄膜技术的重要实用价值，提升学生对本课程的认知高度，努力把素质教育、创新精神、创新能力和实践能力的培养贯穿到教育实践中。
专业课教学资源与公共课（如大学英语、高等数学等）相比相对有限，要求任课教师积极调研并探索出适合本专业培养目标的教学改革思路，建立纸质资源、网络资源、师资资源一体化的教学资源体系，实现资源的共享和及时更新。如：合理选择教材、修订教学大纲、制定教学进度表、建立作业题库及考试题库。在超星学习通网站建立网络教学平台，并将建立的教学资源上传至教学平台，如授课PPT、重难点内容配置的图片视频、课后作业题、章节测试题及题解等，根据课程进程对网站内容进行不定期更新，定期进行课后问卷调查，及时了解学生对课堂内容掌握情况及授课方式接受程度，并在后续授课过程中改进。
1.2 教学方法的改革
高等教育常用的教学方法主要有讲授法、讨论法、案例教学法和自学指导法。鉴于《薄膜材料与技术》课程具有很强的实用性和专业性的特点，我们主要采用课堂讲授、案例分析、启发式、讨论式等教学方法，运用现代化教学手段，结合实验实践教学方法，以期达到良好的教学效果。在课堂讲授方面，广泛搜集国内外最新的教学材料以及半导体新兴产业的技术革新，将现代薄膜制备工艺技术应用于教学中，借助网络媒体资源，用浅显易懂的语言和形象生动的图片、动画来分析讲授基本概念和过程，将抽象的概念形象化，有助于学生对所学内容加深印象，如物理气相沉积中的溅射镀膜，采用视频讲解的方式形象生动的展示溅射的工作原理及基本过程，学生更易于接受;用精美细致的课件和准确清晰的语言来讲解工作原理，增强学生的感观认识，提高课堂效率;用教学小结来梳理课堂内容，帮助学生明确本次课堂学习要求以及下节课教学安排，布置课后思考题。在教学过程中，教学内容的组织，要遵循学生的认知规律，讲课一定要深入浅出、生动形象，教学内容要与时俱进，特别是信息时代的飞速发展需要更新、更多的技术支持。通过课堂理论教学使学生全面掌握薄膜材料与薄膜制备技术的基礎知识，深入了解薄膜相关领域的科学前沿和国家重大需求动态，不仅加深了学生对薄膜制备技术的认识，同时激发了学生的爱国热情、培养了学生的新工科理念和行业使命感、荣誉感、自豪感，有利于从根本上提高《薄膜材料与技术》课程的教学质量和学习效果。在授课方式上，穿插互动式教学，促进学生思考。将学生进行分成几个小组，鼓励学生自主查阅薄膜材料与技术相关文献资料，通过团队合作的方式，讨论文献内容并整合成PPT或报告形式，在课堂上进行总结汇报，学生可以各抒己见，并进行现场提问，最后由专任教师评价给出成绩，计入平时成绩。 实践教学不仅是对理论教学的补充，也是对所学知识进行扩展的有效途径。薄膜材料与技术是一门应用性和实践性较强的专业基础课，应考虑理论知识学习和实践动手能力并重，培养学生的综合能力。在实验实践教学方面，应构建以专任教师科研与教学相结合的科研教学体系，设置薄膜材料与技术课内实验或课程设计实验，或指导学生参加大学生创新创业训练计划、“互联网+”大学生创新创业大赛等方式，以教师的科研项目为导向，以学院现有的省级重点实验室教学平台为依托，以教师的现有科研成果为基础，充分利用实验设备条件，如磁控溅射、多弧离子镀及等离子体化学气相沉积等制膜设备，合理安排实验教学时间，让学生自主完成薄膜制备及表征测试实验。由于学生人数较多，可以将学生分成若干小组，以小组合作方式完成实验。如利用多弧离子镀制备一些模具用硬质涂层，利用磁控溅射制备金属或陶瓷薄膜等。学生通过实验实践训练，可以更好地掌握各种薄膜制备方法及表征手段的工作原理及应用，激发了学生的学习热情，并提高了他们的动手能力和基本科研能力。另外，联系相关实习企业，让学生近距离接触产业化生产细节，并就设备操作功能及生产注意事项与相关技术人员进行沟通交流，增强切身体会，更好地与理论知识进行相互印证。
1.3 课程测试与评价的改革
教学评价是一种对教学活动及教学质量的判断活动，高校学生成绩考核方式通常有三种，即考查、考试与答辩。《薄膜材料与技术》属于一门考试课程，传统的考核机制仅凭单一的期末考试成绩一锤定音，造成学生在学习过程中积极性不高，寄希望于考试前的死记硬背，而这并非课程考核目的，考试是为了更好的激励学生参与课程学习，并通过教学效果进行体现。我们在教学改革过程中，改变了传统期末考试的单一性，课程总成绩由教学过程中产生的平时成绩和课程结束后的期末考试成绩组成。平时成绩更注重学习过程的积累，包括课后作业、章节测验、分组讨论、考勤、课堂表现等，所占比例为30%，期末考试占70%。经过课程评价改革，可以更加全面公正的反映学生的学习情况，激发学生的学习热情并提高学生自主学习能力。
2 总结
随着微电子及半导体器件、能源材料、机械模具、纳米科技以及军工等领域的迅速发展，新型的薄膜材料與技术也不断涌现，本文基于新工科背景下材料科学与工程专业对薄膜材料与技术课程的课程定位与人才培养目标，从课程内容优化、教学资源建设、教学方法改革及课程评价改革等方面进行了总结分析，并希望可以通过该课程的学习培养材料专业学生对薄膜材料及薄膜技术领域的兴趣，增强学生的专业认同感和行业使命感。
参考文献
[1]Ohring，Milton.Materials Science of Thin Films[M].2002：782.
[2]宋淑梅，孙珲，辛艳青，等.《薄膜物理与技术》课程教学改革的研究与实践[J].教育教学论坛，2019（35）：139-140.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15205511.htm
