光學鍍膜技術課程融入創新創業元素的探索

楊文宇

（寧德師范學院數理學院，福建 寧德 352100）

0 引言

光學鍍膜技術作為工科課程在物理師范類教育中對于增強學生實驗操作技能以及提升學術視野有著重要的作用[1]。光學鍍膜技術內容囊括有實驗操作和理論學習兩大模塊。實驗操作涉及熱蒸發技術以及磁控濺射技術的使用。理論學習主要圍繞真空技術、鍍膜方法、薄膜表征技術等內容展開講授。在教學過程中出現學生并不重視該門課程的學習，認為此課程可有可無，在理論學習以及實驗操作環節渾水摸魚。歸根結底在于光學鍍膜技術沒有讓學生切身感受到所學習內容的實用性，更多的是內容的枯燥無味。

在新時代的背景下，要賦予光學鍍膜技術課程更多深層內涵，在進一步增加學生學習熱情的同時，也讓學生深刻感受到光學鍍膜技術課程學習的意義。鑒于光學鍍膜技術的實用性，在萬眾創業的熱潮下[2-4]，探索出融入有創新創業元素的全新的不同于以往的光學鍍膜技術課程迫在眉睫，使得學生真真切切地感受到學習該門課程的樂趣。這份嘗試既充滿了挑戰，又蘊含著許多值得我們待深挖的寶藏。

為了培養復合型人才，滿足當下社會發展對多樣式人才的需求，我們將在光學鍍膜技術中融入創新創業教育環節，借助專業知識講授，有意識地讓學生參與光學鍍膜技術的創新創業訓練，在潛移默化當中實現對學生創新創業教育，既激發了學生學習興趣，同時提高了其學習效率。最為重要的是通過有別于偏重理論學習的專業課程，光學鍍膜技術憑借其工科特性極大地培養鍛煉了物理師范生的創新思維，與此同時磨煉了不怕吃苦，不畏苦難，勇于向前的大國工匠品質。接下來，我們將以磁控濺射這堂課為例來展現如何開展光學鍍膜技術課程的創新創業教育。期望我們初步的光學鍍膜技術與創新創業元素融合探索研究能為后面工科課程的教學改革提供借鑒與研究思路。

1 教學過程中融入創新創業元素

磁控濺射是光學鍍膜技術課程中的重要學習內容之一。學習內容豐富，涉及濺射定義、原理、特征、各類濺射裝置以及使用方法。該章節分為4個課時進行講解授課，其中理論課3課時，實驗操作1課時。在理論講解時，滿堂灌輸知識點顯然對于學生所需的高效學習是背道而馳的。為此，考慮到光學鍍膜課程的工科特性，積極響應萬眾創新創業的時代背景下，我們采用多種富有學科特色的教學模式，嘗試推進創新創業元素在光學鍍膜技術課程中的有效融合，實現傳統光學鍍膜技術課不管在教學效果、還是教學形式上都有著質的提升，使得學生對光學鍍膜技術課枯燥無味的刻板印象會有根本性的改變。

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射出來的過程。該現象類似于往平靜的湖面投入石子會濺起水花一樣。而這種發射出來具有較高能量的原子則相當有利于降低薄膜的粗糙度。學生對于粗糙度已有一定的認識，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。這是一個創新創業元素融入的點。為了加深學生對于薄膜平整度的體驗，我們在上磁控濺射這一章節的前一周，事先招募一些本班有著強烈動手制作教具意愿的學生，人數不做限制要求，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，大家匯集在一起學習討論，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節注意事項問題。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。本著培養訓練學生的創新思維，我們大致給了初步的設計方案，就是我們所設計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。確實我們在實施討論過程中碰到了不少的問題，大致有這幾個問題：（1）光學鍍膜技術學習基礎不牢，學生在討論過程中暴露出許多專業概念理解錯誤；（2）學生在小組討論學習中敢于表達抒發自己意見的能力有待提高；（3）學生靈活運用所學知識進行教具制作的主觀能動性急需鍛煉提升，既創新思維能力。發現問題是好的，我們通過小組學習討論的形式，參與討論學習的學生及時地發現了自己的不足，如果是專業知識的問題，趕緊會后查缺補漏。如果是不敢發言的，周邊的學生與教師會積極地給予該學生鼓勵，并且努力營造溫馨的、無壓力的討論氛圍，讓其在討論會上敢于發言，提升表達能力。討論會發起的初衷，就是要讓學生在討論會過程中經歷想主意—討論—否決—再想主意，經過幾輪的想法碰撞，最終確定翔實的方案。從結果來看教具制作的討論會確實發揮了其最為重要的功能，既是鍛煉了學生的創新思維能力。

一輪討論后，學生漸入佳境。幾輪激烈討論，超聲噴霧裝置教具的結構最終確定下來。所需要購買的教具原材料主要有真空鐘罩一個、四方形底座一個、超聲霧化器一臺、定制曲面襯底一個、細長連桿若干、電動馬達一個、銅絲導線若干米、電源控制開關一個。待原材料采購完畢，接下來就馬不停蹄地開展創新創業中重要的實物組裝操作環節。實物組裝意在鍛煉學生的動手能力，品質方面磨煉遇到難處，勇往向前的堅強毅力。看似簡單的教具組裝，其難度一點也不亞于學生經常接觸的專業實驗操作。由于學生所接觸的專業知識更多的是理論層面，即使有開展實驗課，所訓練的動手能力遠不能滿足作為全能復合型人才服務社會生產活動的需要，所以很有必要在創新創業能力訓練元素中設置實物組裝操作環節。從實際的結果來看，雖然我們事先已討論擬定好具體而又翔實的教具組裝操作方案，但是真要開始時，大家顯得還是有點手足無措，不知道從哪里開始下手。正當學生為從何著手而發愁時，此時教師就要起到積極引導的作用。及時有效的引導以及適時的鼓勵是學生能夠在從未涉及領域中繼續前進的動力源泉。當下第一個棘手的問題，學生對于超聲噴霧裝置不知從哪里開始組裝。其中的根源在于學生對于我們所設計的超聲噴霧裝置的工作原理還理解不夠深，尤其是該裝置的創新點。為此，我們在鼓勵他們不要氣餒的同時，告知他們該裝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。創新點在于自下而上利用水滴自重實現水滴均勻挑選，并結合曲面襯底的設計，進而成功制備覆蓋均勻物質的薄膜。深入理解原理之后，指導學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生較多，我們將該裝置有規律地分解為幾個部分，分別交代給事先分好的小組，待各個小組完成自己的組裝任務后，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力，我們成功創造出了超聲噴霧的實物裝置，如圖1所示。創新創業教育訓練中我們充分發揮學生的主觀能動性，給予學生多樣的鍛煉形式，包括輕松愉悅而又富有創新氣息的圓桌討論，又或者是能發揮各自特長的實訓創造教學教具環節。雖然過程充滿難度和挑戰，但是事后學生收獲的是創新能力的培養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給予積極引導的指路人，讓學生能夠享受創新創業元素有效融入課堂所帶來的快樂。總而言之，光學鍍膜技術課程中創新創業元素的融入，尤其是教具組裝環節的設置，對于物理師范生創新思維的培養以及動手能力的進一步加強，甚至精神品質的磨礪都起到強有力的補充作用。

圖1 超聲噴霧的實物裝置

正如上文提到，我們在上磁控濺射這一章節的前一周，事先招募的是對動手制作教具有強烈意愿的學生。可能是歸咎于學生對于光學鍍膜技術課中的教具制作比較陌生，其實有很大部分學生并沒有參與到我們的創新創業實訓環節。為了讓這次沒有加入我們創新創業實訓環節的學生能夠有濃重的參與感，讓其感受創新創業訓練的樂趣，進而主動自愿積極地參與下一次的創新創業實訓活動。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課之前，我們先向大家展示我們團隊成員最近通力合作制作出來的教具──超聲噴霧裝置。在教具演示前，先對裝置的各個組件進行簡單的介紹，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。經歷過此活動的學生滿滿自豪感，而未參與此次活動的學生眼神中充滿好奇的同時，會不時地向身邊有參與創新創業活動的學生投去羨慕的眼光。緊接著，開始裝置的運作演示，現象很奇特，見圖2。講臺下傳來一片驚嘆聲。顯然，大家的上課熱情由于該現象的神奇而得到了極大的激發，紛紛表示這個教具很有趣。當大家還在好奇時，立馬拿出該裝置中剛剛沉積出來的薄膜向大家展示，拋出第一個重要的問題，該裝置制備出來的薄膜有什么特點。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，教師做一個總結，我們自制的超聲噴霧裝置有沉積薄膜簡易的優點，缺點就是薄膜表面略微粗糙。而我們今天要學習的磁控濺射技術就可以滿足半導體制造領域對薄膜表面光滑平整的要求。至此，我們課前的自制演示教具引入達到了三個方面的作用：（1）激發學生的學習欲望，渲染課堂學習氛圍；（2）展示教具制作小組創新創業訓練的教具成果，團隊在獲取大家的認同中極大提升創新自信，以此吸引其他學生積極參與創新創業訓練；（3）講述教具制作過程中的困難，以及分享攻克難關之后的興奮之情，讓未參與創新創業活動的學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向學生傳遞吃苦耐勞的精神。

圖2 超聲噴霧現象

2 結論

在本文我們借助磁控濺射這節課，嘗試在光學鍍膜技術課程中融入創新創業教育元素，創新創業的教學形式主要采用小組討論學習以及實物裝置動手制作，過程中努力創造條件讓學生積極參與光學鍍膜技術的創新創業訓練，結合創新創業元素的光學鍍膜技術將憑借其工科特性極大地培養提升了物理師范生的創新思維和動手能力，與此同時還磨煉了學生不怕吃苦、不畏苦難，勇于向前的大國工匠品質。顯然，通過創新創業訓練元素與光學鍍膜技術課的有機融合將會在潛移默化當中實現對學生的創新創業教育，進而可為社會發展培養復合型人才提供強而有力的支撐。最后，我們期望本文初步的光學鍍膜技術與創新創業元素融合探索的研究工作能為后面工科課程的教學改革提供借鑒與研究思路。