光電材料制備與加工技術的教學探索和實踐

唐立丹++王冰++齊錦剛++彭淑靜

[摘 要]光電材料制備與加工技術是光電材料專業的必修課，該課程涉及內容廣泛和實踐性很強。結合新型的教學技術和實際教學情況，提出在教學過程中引入微課教學和創新實驗教學等新型教學方式，提高學生的學習熱情和學習效率，改善教學質量，實現光電功能材料專業人才培養，提高學生就業和創業的競爭力。

[關鍵詞]光電材料；微課教學；創新實驗教學

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）02-0123-02

信息、能源和材料是目前國民經濟的三大支柱，尤其自20世紀90年代末開始，世界各國積極發展光電市場，極大促進了光電產業的發展。光電產業以光電技術為核心，光電材料制備為基礎，實現光電器件的生產與制造，光電產業涵蓋發光二極管、光伏發電、光通信、激光等各領域。光電產業作為一門新興的高新技術產業，自2004以來一直快速穩步增長，據預計2015年其產值將達9631億美元。光電產業將成為21世紀最大產業，各個國家對于該產業發展及其人才培養都投入了大量的人力物力，例如美國率先在亞利桑那大學建立“美國光谷”，我國也在武漢也建立“中國光谷”。光電產業被認為是21世紀全球經濟發展的“戰略性行業”之一。目前，發達國家光電產業非常完備，已進入大規模商業化階段。而我國光電產業尚在起步階段，光電技術及光電人才的不足極大影響了光電產業的發展。光電產業的發展急需大量的具有扎實的半導體物理、光電技術和材料制備技術等基礎知識的綜合性人才，尤其是偏重于光電材料及其制備方面的工程類人才極度欠缺。為了迎合光伏產業發展的需求，各高校積極培養光電材料方向的創新性技術人才。遼寧工業大學材料科學和工程學院開設了光電材料和器件方向專業，積極培養光電材料方向人才。光電材料制備與加工技術是光電材料與器件專業的必修課，介紹了各種光電器件的基本結構、工作原理和各種制備工藝，著重從材料制備和性能的角度出發，主要闡述了光電材料的制備技術以及材料的成分、結構及缺陷和對各種光電器件的影響。由于該課程開課時間較晚，課程內容較新，如何講授好光電材料加工與制備技術這門課仍然在探索過程中。

一、教學中存在的問題

1.光電材料制備與加工技術課程的綜合性較強，幾乎涵蓋了信息、能源和材料三大領域，因此教學內容比較廣泛而且抽象，使學生難以理解，各個知識點也比較分散，課程學習的連續性差。一般課程安排只有40學時內，因此很難在規定的學時內將所有內容講授清楚，尤其對于材料科學與工程學院的學生，半導體物理方面知識比較薄弱，對于光電器件的理解不夠透徹，更增加了講授難度。

2.該課程涉及的制備及加工技術部分的實踐性較強，很多的生產設備及其工藝過程很難用簡單的示意圖來表達清楚，單純的理論教學不能滿足學生對光電材料的直觀認識，導致教學效果不佳。如果能夠帶領學生到半導體企業和光電器件生產企業參觀實習，較為理想，但是受多數高校條件限制，無法滿足學生實習需求，例如：遼寧工業大學所處區域范圍內的半導體企業較少，異地實習所需時間較長，花費較大，難以滿足學生需求。

3.光電材料制備與加工技術也是一門創新性較強的學科，光電材料發展非常迅速，相對而言，其教材教學內容相對滯后，如何使學生緊跟學科前沿，了解最新學科動態，培養認識事物探索知識能力，成為創新性技術人才是另一難題。

針對以上提出的教學難題，本論文提出幾種教學方案，通過引入微課教學和創新實踐教學，提高學生學習熱情，進而提高光電材料制備與加工技術課程教學質量。

二、微課教學的引入

微課教學概念是在當前通信技術發展的基礎上出現的一種新型的教學手段，以其直觀可視、短小精悍、重點突出等特點，在高等教學界受到教育工作者的極大重視，并應用到教學中，取得十分理想的效果。微課教學是以視頻教學為主要載體，圍繞某個知識點開展的簡短、完整的教學活動。這種教學視頻，學生可以隨時隨地的通過各種移動終端的接受設備，比如手機、手提電腦等加以展示，利用自己零散的碎化時間來快速學習自己想要了解的知識點和教師在課堂上的教學內容。

光電材料制備與加工技術這門課程所包含的光電材料及器件較多，知識點比較分散。光電器件包括各種太陽能電池、光電倍增管、發光二極管、攝像管和光電二極管等；光電材料包括光伏材料、光電子發射材料、光電導材料、透明導電薄膜材料和光電顯示材料等。然而由于課程學時限制，無法將所有器件和材料情況一一闡述，例如，本課程的第三章太陽能電池制備，主要介紹各種太陽能電池的工作原理、結構以及電池工藝過程，其中所涉及的電池種類繁多，知識點零散，無法利用課堂有限時間將所有電池的工作原理和結構一一闡述。在本課程引入微課教學，將部分太陽能電池的結構和光電轉換通過視頻的形式展示出來，而且每個視頻包含一個知識點，授課目的明確，充分發揮多媒體教學的優勢，學生通過直觀觀察可以更好的理解，達到教學目的。

光電材料制備與加工技術課程涉及的制備及加工技術部分的實踐性較強，很多的生產設備及其工藝過程難以用文字和簡單圖形表達清楚，導致學生理解困難，失去學習興趣，無法達到教學目的。例如，在講授單晶硅光電材料制備工藝流程時，單晶硅的制備包括：籽晶的制作、原料的清洗與處理、裝料、多晶硅熔融、種晶、縮頸、放肩、等徑以及收尾等多步工序，工藝過程繁瑣，僅從簡單的工藝流程圖很難講述清楚。而利用微課教學模式，可以通過模擬單晶硅現場的工藝過程將整個單晶硅制備流程視頻展示出來，學生可以通過觀看生動的視頻，進而了解單晶硅生產的整個過程，該種教授形式直觀、生動，便于理解，解決了學生無法現場實習的問題。

微課教學作為一種新型的教學模式，教學形式靈活、授課時間短，不再局限于課堂，學生的注意力集中，提高了學習效率。微課教學充分利用學生的課外時間，進行知識傳授，可以很好解決課時不足的問題，拓展了學生的知識面，具有重要的意義。

三、創新實驗教學引入

培養創新性的人才是目前光電材料學科的關鍵問題，也是難題之一。相對于光電科學發展的速度，課堂內的教學受時間限制，教學內容相對滯后。為了使學生了解最新光電材料發展動態，應調動學生學習熱情，拓展學生視野，進而提高學生創新能力。本文提出在光電材料制備與加工技術的教學環節中引入創新性的實驗，將先進光電材料生長設備和光電檢測設備引入課堂，開展一系列的光電材料制備和器件性能測試實驗，讓學生掌握各種光電材料的制備流程，熟悉光電器件的工作原理，起到事半功倍的作用，同時還可以讓學生在實驗過程中不斷思考和探索一些前瞻性的科學研究問題。例如，磁控濺射制備光電薄膜材料實驗，通過現場操作和原理講解，使得學生能夠深刻理解光電薄膜的生長過程、生長原理，引導學生思考如何提高光電薄膜材料質量等問題，培養學生的創新思維。此外，可以在教學過程中將教學和科研統一起來，引導學生參與教師的科研工作，形成對科研工作的感性認識，進而培養學生的創新精神。

四、結語

光電材料制備與加工技術是一門綜合性和實踐性較強的新興學科，課程幾乎涵蓋了信息、能源和材料三大領域，要求光電材料方向人才不僅具有較廣泛的基礎知識，也要具有較強的創新能力。在教學過程中，引入微課教學和創新實驗教學，微課教學形式靈活、授課時間短，不再局限于課堂，提高了學習效率，可以很好解決課時不足的問題，拓展了學生的知識面。創新實驗教學不僅能拓展學生視野，還能培養其探索事物的能力，提高其創新的能力，使他們成為創新性技術人才。

[ 參 考 文 獻 ]

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[責任編輯：鐘 嵐]