《微納加工技術》教學改革與創新能力培養淺談

王晨曦 安榮 鄭振 田艷紅

摘? ?要：微納制造的發展對我國產業升級具有重要的戰略意義，創新在技術變革中的作用不斷凸顯。我校電子封裝技術專業開設的《微納加工技術》課程教學過程中存在學生缺乏獨立思考、學習主動性不足和創新思維受限等問題。本文為此提出了建立“以學為中心”課堂教學模式，由案例教學啟發創新思維，增設開放性考題等一系列教學與考試方法改革建議，從注重知識傳授向創新能力培養轉變，全方位提高學生對該課程的學習成效。

關鍵詞：電子封裝? 微納加工? 技術教學改革? 創新能力

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（c）-0183-02

隨著人們認識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揮著重要的作用。微納加工技術是微納米科技的基礎，各類集成電路芯片、光電子與通訊元件、微機電系統（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，與傳統加工方法相結合制造出的工業產品（如計算機、移動通訊、人工智能、醫療健康、航空航天等）無處不在。同時，微納加工也是一個新興交叉領域，涉及到物理、化學、材料、機械、電子、生物等多個基礎學科，加工技術發展日新月異[1]。目前我國已成為世界制造大國，到2030年要成為制造強國，需要在微納制造領域有更多創新型、國際化的專業人才。

2007年哈爾濱工業大學由工信部及教育部批準首批開設了電子封裝技術專業，在本科層次培養電子制造的緊缺人才[2]。《微納加工技術》是電子封裝技術專業的一門重要的必修課。同時近年來國家十分重視大學生創新創業能力的培養[3]。為了貫徹落實“以學生為中心，學生學習與發展成效驅動”教育理念，深化創新教育改革，本文結合筆者在哈爾濱工業大學電子封裝技術專業講授《微納加工技術》課程的經驗，對該課程的教學方法與考試方法改革進行探索和實踐，旨在提高人才培養質量，強化學生創新能力，培養國際化視野。

1? 《微納加工技術》課程內容及教學現狀分析

目前國內眾多高校開設了《半導體制造技術》和《微納制造技術》等課程，重點講授半導體芯片的微納制造技術，如光刻、氧化、離子注入、金屬化、刻蝕、化學機械平坦化等工藝。而我校的《微納加工技術》課程不以半導體芯片的制造工藝為重點，主要講授各種微納米尺度加工方法，包括光學曝光技術、電子束曝光技術、聚焦離子束加工技術、激光加工技術、掃描探針加工技術、納米壓印技術、薄膜與刻蝕技術、間接加工技術、自組裝納米加工技術等。課堂教學采用傳統板書和多媒體演示相結合的方式，使學生理解和掌握各種典型微納加工方法的原理與技術特點，指導學生將所學的微納加工技術應用于電子、光學、機械、生物等領域。筆者經過多年講授，發現該課程在教學方法和考試模式等方面仍存在如下幾個問題。

1.1 重視知識講授，缺乏獨立思考

微納加工方法種類繁多，該課程涵蓋了9大類數十種加工技術。教師通過充分的備課，在課堂上詳細講授各種方法的原理和特點。學生能夠理解掌握，但學習方式較為被動，在教學環節中與學生互動不足，尚缺乏對學生創新思維的系統性引導。課后思考題也多基于對課堂講授內容的歸納和總結，學生從教材中即可找到標準答案，結果往往千篇一律，很少能通過獨立思考給出較具個性的回答。

1.2 學習主動性不足，獲取知識能力弱

由于每一類加工方法都在不斷發展進步，新的加工方法層出不窮，相關教材和講授內容不可能做到全面涵蓋和實時更新。這就需要引導學生課后閱讀前沿科技領域中的微納加工技術最新進展，培養學生主動學習意識，提高學習熱情。另外，本課程的各項微納加工技術中涉及大量英文專業詞匯，而學生普遍在科技英文閱讀方面較為薄弱，對部分專業詞匯的發音與英文表達方式更為陌生，能夠通過查閱最新高水平學術期刊獲取相關知識的學生數量甚少。

1.3 考試題目刻板，創新思維受限

該課程的考核采用累加式評價手段，其中期末考試成績仍占有相當大的權重，包含概念題、簡答題和問答題等題目，主要考察學生對各種微納加工方法的掌握情況。傳統題目往往都拘泥于課堂講授內容，學生通過課后鞏固復習，依靠記憶能夠在考試中順利完成問題的解答，但對個人創新性思維發揮的空間十分有限。同時筆者發現學生雖然當時記住各個知識點，但一旦考試結束較容易在短時間內忘記，學生很難在后續學習和工作中獲益。

2? 教學方法與考試方法改革實踐

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

2.1 “以學為中心”課堂教學模式改革

借鑒國際一流高校微納加工課程的教學設計（如麻省理工學院的在線開放課程，MIT OpenCourseWare），該課程定期會給學生布置一定量的作業。課程作業不單純采用查閱資料歸納總結撰寫報告的形式，往往涉及較多設計類和計算類問題。學生不僅需要主動學習相關知識，而且還需要運用工具軟件（如繪圖軟件和數據處理軟件）方能完成作業。另外，開展“翻轉課堂”教學模式，讓學生利用課堂所學知識和課后查閱資料，掌握微納加工技術在前沿領域的發展狀況，激發學生的新想法新思路。針對微納加工課程部分內容重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生，讓學生能夠更專注于主動的基于相關內容項目的學習，再通過課堂討論共同研究各種微納加工方法的最新案例，從而獲得對微納加工技術更深層次的理解，讓學習更加靈活、主動。

2.2 雙語教學對全課程的改革與實踐

結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，不僅教授各類加工方法，而且有意識地講解英文專業術語及其表達方式。雙語教學既能提高學生把握專業英語的學習能力，也有助于中英文表達的連貫性。微納制造與當今信息科技的發展息息相關，為了更好地吸收和學習微納加工的最新進展，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相關的代表性科技論文讓學生閱讀，提高學生們的主動學習熱情。對英文基礎好的學生，鼓勵在課堂上做英文報告，要求利用5張幻燈片在5min內講解論文中最新加工方法的基本原理和創新點，并在課堂上討論交流。

2.3 由微納加工案例啟發創新思維

針對教學環節中與學生的互動不足，采用微納加工案例教學模式培養學生的創新意識。開展大學生創新創業教育是我國建設創建新型國家、人才資源強國的重要舉措，但當前創新創業項目主要基于“互聯網+”為平臺，并沒有充分利用到自身所學的專業。為將微納加工技術與創新教育兩者結合，筆者近年來多次參加電子封裝專業的教學研討會，與國內高校、企業、研究所專家，緊密聯系應用領域積累各種加工技術中的創新案例，強化學生創新能力的培養，初步建立創新思維的引導體系。除此之外，還從教師主持的科研項目中凝練出一些與微納制造相關的小課題，留給學生們課后思考和設計，啟發創新思維，同時體會到科研中的樂趣。

2.4 開放性題目與考試方法改革

對課程的考核仍采用累加式評價手段，但期末考試所占的權重有所減少，加大了平時作業和課堂報告占總成績的份量。期末考試試卷中有標準答案的傳統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，讓學生在闡述某種加工技術的原理的基礎上進一步預測該項技術的理論加工極限與未來發展前景。此外，筆者嘗試從Nature或Science等國際知名學術期刊中挑選出問題，每年形成一道期末考試題目，讓學生在解答的過程中思考理論知識的實際應用。例如，在特定條件下采用何種方法如何加工出納米級尺寸的珠穆朗瑪峰？經筆者調查顯示多名學生認為該類題目很有技術含量，即使考完試1～2年后仍能回憶出相關考題。

3? 結語

通過開展教學方法和考試方法的改革，《微納加工技術》課程現階段已取得了較為良好的教學效果，學生對該課程的學習熱情明顯提高，課堂活躍度也大幅提升。微納加工技術當前仍在不斷發展進步，該課程涉及到的微納加工技術的種類繁多，如何引導學生主動學習最新相關文獻且不感到枯燥，避免消極對待，需要采用得當的方式和方法。學生的英文基礎個體上有所差異，雙語教學過程中要注意觀察學生的接受能力，利用中英文兩方面交互式講授，如何能夠讓全體學生對講授內容透徹理解，積極主動地參與互動也是本課程與其他電子封裝技術專業課程未來需要解決的問題。

參考文獻

[1] 周圣軍.《微納制造技術》教學經驗與感受淺談[J].教育教學論壇，2016（21）：97-98.

[2] 田艷紅，王春青.電子封裝技術研究與教育機構十年發展[J].電子工業專用設備，2013，42（Z1）：13-14，16.

[3] 馬慧敏.大學生創新創業能力三位一體培養體系研究[J].教育理論與實踐，2012，32（36）：12-14.

[4] 王文艷. "三位一體"培養大學生創新創業能力的研究與探索[J]. 新校園旬刊， 2017（8）：99-99.

[5] 方合其， 李妮. "三位一體"培養大學生創新創業能力的研究與探索[J]. 文存閱刊， 2017（20）.

[6] 陳潔茹. "三位一體"的大學生創新創業能力培養體系探析[J]. 教育與職業， 2018， 000（006）：60-63.