《薄膜材料與技術》課程教學改革初探

孟瑜 暢庚榕 李姝麗

摘 要

《薄膜材料與技術》課程重點介紹薄膜材料相關概念及應用現狀、真空基本知識、薄膜材料的制備方法、薄膜的生長機制、薄膜材料現代表征方法等內容，是材料科學與工程專業的一門專業基礎課。該課程目標要求學生除掌握薄膜材料制備方法、薄膜生長機制及薄膜的現代表征方法等基礎知識外，還應具備較強的動手能力和基本的科研能力。本文結合我院材料科學與工程專業高質量、創新型、應用型人才的專業培養目標，從課程內容、教學資源建設、教學方法以及課程測試與評價等方面進行了一些嘗試和探索。

關鍵詞

薄膜材料與技術;課程建設;教學改革

中圖分類號： ?G642;TB383.2-4 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.069

0 引言

材料科學技術的發展日新月異，新技術與新材料層出不窮，薄膜材料與薄膜技術已經成為能源材料、微電子器件、機械模具、精密機床、納米科技以及軍工等領域的基本要素，是現代工業發展不可或缺的基礎科技，為廣大學子開辟了廣闊的就業領域[1]。《薄膜材料與技術》是一門專門介紹薄膜材料與薄膜技術的基礎課程，面向我院材料科學與工程專業三年級本科生，該課程重點介紹薄膜材料相關概念及應用、真空的基本知識、薄膜材料的制備方法、薄膜的生長機制、薄膜材料現代表征方法等內容。通過本課程的學習可以使學生了解和掌握真空蒸鍍、濺射沉積、化學氣相沉積等薄膜物理和化學的基本制備技術，薄膜材料的基本特點和主要的物性檢測方法，以及薄膜技術領域的一些前沿研究進展和應用，為日后學生從事功能薄膜材料制備及器件相關科學研究和就業奠定理論和實踐基礎。本課程在《物理化學》、《材料科學基礎》、《材料研究與測試方法》等課程之后開設，學生應了解和薄膜材料相關的物理基本概念并掌握材料常規測試方法的原理。

通過本課程的學習，學生將具備以下幾個方面的能力：（1）能夠運用數學、自然科學、工程基礎知識和薄膜材料及薄膜技術等基本知識解決工程問題，將復雜工程問題用專業的語言進行正確描述;（2）能夠運用薄膜制備技術與表征方法對薄膜材料及功能器件等工程問題進行性能評價，培養和提高學生分析和解決具體工程問題的能力;（3）能夠分析和解決薄膜材料制備及表征等復雜工程問題，在實踐中學會獨立設計實驗方案、分析實驗結果并得出有效的實驗結論，進一步培養學生的科學研究能力和創新意識;（4）能參與小組討論，自主查閱相關文獻，并進行整理和歸納總結，以PPT的形式在課堂進行講解，提高學生的獨立思考以及團隊協作能力;（5）要有自主學習和終身學習的意識，不斷提高學生的綜合素質、創新意識和實踐能力，為后續從事薄膜制備行業或從事薄膜領域的科學研究工作打下良好的基礎。

1 《薄膜材料與技術》課程教學改革

1.1 課程內容優化及教學資源建設

為實現該課程的教學目標，結合我院材料科學與工程專業高質量、創新型、應用型人才的專業培養目標，對課程內容進行了優化并建設了符合材料專業特色的一套課程資源。學生通過對本課程的系統學習，系統掌握真空的基本知識、獲得方法和測量技術;薄膜制備的化學方法原理、分類、制備工藝及應用場合;薄膜制備的物理方法中真空蒸發、濺射、離子鍍、外延生長等技術原理、工藝及適用領域;薄膜形核、生長機制、形成理論;薄膜材料現代表征技術的分類、測試原理及適用范圍;常用薄膜材料的介紹，課程內容的設置符合我校的定位和培養目標。

為充實教學內容，將薄膜功能材料發展前沿與理論課程教學有機結合起來，專任教師可以將自己的科研成果和目前最新的科研進展融入課堂內容中，如集成電路Cu互連線所用擴散阻擋層薄膜材料，依據材料系學生的專業基礎和就業需求，將基于薄膜材料的新能源、光電器件、納米材料等新興領域研究的最新成果引入課堂，如目前研究熱點中的二維材料（MoS2、石墨烯、黑鱗等）以及有機柔性顯示器等，凸顯了新材料的特色和薄膜技術的優勢，提高了學生對本課程的學習興趣，拓寬了學生的視野，擴大了學生的知識面，同時樹立了學生積極關注學科前沿的意識。同時面向國家重大需求和國民經濟主戰場，針對精密機床，微電子器件和軍工等領域目前所面臨的卡脖子問題，以薄膜材料新技術為基礎，力爭實現自主創新新突破，凸顯薄膜技術的重要實用價值，提升學生對本課程的認知高度，努力把素質教育、創新精神、創新能力和實踐能力的培養貫穿到教育實踐中。

專業課教學資源與公共課（如大學英語、高等數學等）相比相對有限，要求任課教師積極調研并探索出適合本專業培養目標的教學改革思路，建立紙質資源、網絡資源、師資資源一體化的教學資源體系，實現資源的共享和及時更新。如：合理選擇教材、修訂教學大綱、制定教學進度表、建立作業題庫及考試題庫。在超星學習通網站建立網絡教學平臺，并將建立的教學資源上傳至教學平臺，如授課PPT、重難點內容配置的圖片視頻、課后作業題、章節測試題及題解等，根據課程進程對網站內容進行不定期更新，定期進行課后問卷調查，及時了解學生對課堂內容掌握情況及授課方式接受程度，并在后續授課過程中改進。

1.2 教學方法的改革

高等教育常用的教學方法主要有講授法、討論法、案例教學法和自學指導法。鑒于《薄膜材料與技術》課程具有很強的實用性和專業性的特點，我們主要采用課堂講授、案例分析、啟發式、討論式等教學方法，運用現代化教學手段，結合實驗實踐教學方法，以期達到良好的教學效果。在課堂講授方面，廣泛搜集國內外最新的教學材料以及半導體新興產業的技術革新，將現代薄膜制備工藝技術應用于教學中，借助網絡媒體資源，用淺顯易懂的語言和形象生動的圖片、動畫來分析講授基本概念和過程，將抽象的概念形象化，有助于學生對所學內容加深印象，如物理氣相沉積中的濺射鍍膜，采用視頻講解的方式形象生動的展示濺射的工作原理及基本過程，學生更易于接受;用精美細致的課件和準確清晰的語言來講解工作原理，增強學生的感觀認識，提高課堂效率;用教學小結來梳理課堂內容，幫助學生明確本次課堂學習要求以及下節課教學安排，布置課后思考題。在教學過程中，教學內容的組織，要遵循學生的認知規律，講課一定要深入淺出、生動形象，教學內容要與時俱進，特別是信息時代的飛速發展需要更新、更多的技術支持。通過課堂理論教學使學生全面掌握薄膜材料與薄膜制備技術的基礎知識，深入了解薄膜相關領域的科學前沿和國家重大需求動態，不僅加深了學生對薄膜制備技術的認識，同時激發了學生的愛國熱情、培養了學生的新工科理念和行業使命感、榮譽感、自豪感，有利于從根本上提高《薄膜材料與技術》課程的教學質量和學習效果。在授課方式上，穿插互動式教學，促進學生思考。將學生進行分成幾個小組，鼓勵學生自主查閱薄膜材料與技術相關文獻資料，通過團隊合作的方式，討論文獻內容并整合成PPT或報告形式，在課堂上進行總結匯報，學生可以各抒己見，并進行現場提問，最后由專任教師評價給出成績，計入平時成績。

實踐教學不僅是對理論教學的補充，也是對所學知識進行擴展的有效途徑。薄膜材料與技術是一門應用性和實踐性較強的專業基礎課，應考慮理論知識學習和實踐動手能力并重，培養學生的綜合能力。在實驗實踐教學方面，應構建以專任教師科研與教學相結合的科研教學體系，設置薄膜材料與技術課內實驗或課程設計實驗，或指導學生參加大學生創新創業訓練計劃、“互聯網+”大學生創新創業大賽等方式，以教師的科研項目為導向，以學院現有的省級重點實驗室教學平臺為依托，以教師的現有科研成果為基礎，充分利用實驗設備條件，如磁控濺射、多弧離子鍍及等離子體化學氣相沉積等制膜設備，合理安排實驗教學時間，讓學生自主完成薄膜制備及表征測試實驗。由于學生人數較多，可以將學生分成若干小組，以小組合作方式完成實驗。如利用多弧離子鍍制備一些模具用硬質涂層，利用磁控濺射制備金屬或陶瓷薄膜等。學生通過實驗實踐訓練，可以更好地掌握各種薄膜制備方法及表征手段的工作原理及應用，激發了學生的學習熱情，并提高了他們的動手能力和基本科研能力。另外，聯系相關實習企業，讓學生近距離接觸產業化生產細節，并就設備操作功能及生產注意事項與相關技術人員進行溝通交流，增強切身體會，更好地與理論知識進行相互印證。

1.3 課程測試與評價的改革

教學評價是一種對教學活動及教學質量的判斷活動，高校學生成績考核方式通常有三種，即考查、考試與答辯。《薄膜材料與技術》屬于一門考試課程，傳統的考核機制僅憑單一的期末考試成績一錘定音，造成學生在學習過程中積極性不高，寄希望于考試前的死記硬背，而這并非課程考核目的，考試是為了更好的激勵學生參與課程學習，并通過教學效果進行體現。我們在教學改革過程中，改變了傳統期末考試的單一性，課程總成績由教學過程中產生的平時成績和課程結束后的期末考試成績組成。平時成績更注重學習過程的積累，包括課后作業、章節測驗、分組討論、考勤、課堂表現等，所占比例為30%，期末考試占70%。經過課程評價改革，可以更加全面公正的反映學生的學習情況，激發學生的學習熱情并提高學生自主學習能力。

2 總結

隨著微電子及半導體器件、能源材料、機械模具、納米科技以及軍工等領域的迅速發展，新型的薄膜材料與技術也不斷涌現，本文基于新工科背景下材料科學與工程專業對薄膜材料與技術課程的課程定位與人才培養目標，從課程內容優化、教學資源建設、教學方法改革及課程評價改革等方面進行了總結分析，并希望可以通過該課程的學習培養材料專業學生對薄膜材料及薄膜技術領域的興趣，增強學生的專業認同感和行業使命感。

參考文獻

[1]Ohring，Milton.Materials Science of Thin Films[M].2002：782.

[2]宋淑梅，孫琿，辛艷青，等.《薄膜物理與技術》課程教學改革的研究與實踐[J].教育教學論壇，2019（35）：139-140.