以科研相融合的《薄膜技術與薄膜材料》課程實踐教學改革初探

朱歸勝　顏東亮　陳彩明

摘要：薄膜技術與薄膜材料已成為構筑當今高新技術產業發展的基本要素，薄膜技術與薄膜材料課程是材料科學與工程、應用物理等專業的一門重要專業課程。本文分析了該課程現行實踐教學中的不足，對科研與實踐教學相結合的教學內容、教學形式進行了闡述和討論。

關鍵詞：薄膜技術與薄膜材料；科研與教學；人才培養；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）07-0091-02

近年來，薄膜技術與薄膜材料得到了突飛猛進的發展，各類新型薄膜材料大量涌現，薄膜制作和微細加工工藝不斷創新，各種薄膜在高新技術領域的應用更加普及，并形成了以平板顯示器件、LED芯片制造、太陽能光伏和大規模集成電路等為代表的新興戰略高新技術產業，并對人類現代的生產生活方式產生了深遠的影響，可以說薄膜技術和薄膜材料已成為構筑高新技術產業的基本要素，是當代材料科學、物理科學、微電子制造技術最前沿和最活躍的研究領域之一[1-3]。隨著電子信息產業和人類信息社會的縱深發展，電子元器件向低維化、小型化發展，薄膜材料，特別是半導體薄膜，在微電子、光電子、能源開發與存儲等高新技術領域發揮著至關重要的作用。

隨著薄膜技術與材料科學研究的不斷發展，新材料、新方法、新技術、新工藝、新成果層出不窮，這些新的科研成果一方面不斷豐富課程內容，另一方面又不斷推動著課程實踐教學的改革，可以說，《薄膜技術與材料》課程就是建立在近代科學研究不斷積累和發展的基礎之上而形成的一門專業課程，它與科學研究有著與生俱來的淵源，這就決定了課程教學必須緊跟科研成果發展。因此，本文將基于筆者在《薄膜技術與薄膜材料》課程中的實踐教學經驗，以及通過自身在薄膜材料技術領域的科學研究與教學相結合的心得與體會，對《薄膜技術與薄膜材料》課程的實踐教學改革進行了相應的分析與討論。

一、課程傳統實踐教學存在的問題

《薄膜技術與薄膜材料》課程一般包括真空技術基礎、薄膜制備與分析、微細加工技術、薄膜材料及應用四大主要內容，涉及的知識面寬廣，課程的實踐應用性強，現有傳統的講授教學方法難以適應課程發展的需要，就我校該課程的理論和實踐教學來說，主要存在以下幾個問題。

（一）實驗教學重視不足

《薄膜技術與薄膜材料》課程本身就是實踐性、專業性和綜合性很強的一門專業課程，相關實驗的開展需要強大的硬件設備支持，而大多數的硬件投入都很昂貴，如一套磁控濺射設備一般均要幾十萬元。因此很多高校由于硬件投入的嚴重不足，相關的課程實驗根本就無法開展。而能夠開展起來的也都是利用科研的實驗設備，但又因設備的昂貴，往往又不能放手讓本科生去直接操作，因此，課程的實踐教學很大程度上還是停留在認知過程上，學生也只是看看新鮮，對技術和設備原理并沒有做到真正的深入理解，更談不上獨立操作，這對于實踐教學來說，無疑是一個短板，也在很大程度上影響了實驗教學的效果。如在筆者早期教學過程中，一位畢業的學生找到一家LED薄膜太陽能電池制造的企業從事研發工作，可剛學完《薄膜技術與薄膜材料》課程的他給我電話來詢問磁控濺射法制備薄膜的工藝控制問題。這事讓我感觸頗深，一方面我慶幸學生能主動打電話來問，另一方面也需要反思我們的教學過程，特別是實踐教學的問題。

（二）實驗內容和層次較單一，難以滿足學生深入理解和掌握的需要

《薄膜技術與薄膜材料》課程的實驗內容一般以開設磁控濺射金屬或氧化物薄膜為主，而對于其他的如溶膠凝膠技術、真空蒸發、CVD氣相沉積等方法的實驗相對較少，實驗內容相對較單一，實驗的項目也較少。一個完整的實驗過程涉及到基片清洗、靶材準備安裝、抽真空、鍍膜、退火處理以及理化性能的分析檢測等一系列內容，工序和耗時較長，另一方面又由于實驗的課時一般在4～6課時，因此要在這么短的時間內進行實驗，實驗的效果可想而知。由此帶來的后果是只能將實驗的內容進行壓縮，且實驗的層次也一般定位于認知型，因此在現行的實驗過程中，尚無法滿足學生深入理解和實際掌握各種薄膜制備技術的要求。

（三）將科研引入教學的意識薄弱，教學與產業應用相分離

由于傳統教學模式以及受限于教學大綱和學校相關教學管理制度的原因，《薄膜技術與材料》課程的教學基本還是以教材知識和案例為主導，而將科研成果引入到教學過程的意識尚需加強，特別是在實踐教學環節中，一些科學的思維、方法、研究成果難以在實踐教學過程中得以體現。另外薄膜技術與材料在當前LED產業、平板顯示器產業、太陽能光伏產業、膜式電子元器件等高新技術產業中均得到了大規模的應用，而教師在校由于與市場、企業、行業接觸機會較少，因此教師對薄膜技術與材料在產業的應用關注不夠，難以真正理解技術在產業中的實際應用情況，教學與產業的實際應用相分離，在實際教學過程中就容易造成錯位或脫節的現象。

二、構建以教師科研與教學相融合的實驗教學體系

實驗、實踐教學是國家卓越工程師培養計劃的一個重要組成部分，也是當前本科教學應著重解決的一個重要問題[4-5]。《薄膜技術與材料》作為一門應用和實踐性十分鮮明的課程，實驗實踐對課程教學顯得尤其重要。

（一）修訂并完善實驗教程，優化實驗項目

實驗教程是學生開展課程實驗的作業指導書，在實驗實踐教學中具有十分重要的地位。正是基于此認識，筆者所在教學團隊即針對我院材料科學與工程專業實驗實踐教學要求，組織編寫并出版了《功能材料制備與性能實驗教程》（2012年，化學工業出版社），并將《薄膜技術與薄膜材料》課程的實驗環節按一般性、提高性常規基礎實驗和以提高學生科研素養、培養研究能力、創新能力為主的“三性”實驗進行編排，并注重考慮教程的適用性、針對性、科學性和系統性，并對相應的實驗項目進行優化，取得了良好的效果。

（二）強化基礎實驗，并結合教師科研項目逐步拓展技能型實驗endprint

在充分利用學院專業基礎實驗室條件的基礎上，實現課內實驗和開放實驗相結合，在滿足課程基礎實驗教學的前提下，利用課題組先進的薄膜制備設備如三靶磁控濺射儀、真空熱蒸發等，并結合教師科研項目開展了如平板顯示器電極材料氧化銦錫（ITO）薄膜、白光LED用熒光薄膜材料的制備和表征分析，通過課程實驗與科研項目的結合，極大地激發了學生的實驗熱情，并使學生的動力能力、基本科研能力得到大幅提高。通過該措施，有多名大四學生強烈要求進入課題組開展實驗研究或進行畢業設計工作，并在畢業后成功進入國內著名LED制造企業、太陽能光伏企業從事相關薄膜技術研發工作。

（三）從教師科研項目中設立子課題，并吸納在課程實驗過程中表現優秀的學生組成研究小組參與教師科研

在教師的指導下開展實驗研究，并允許學生利用項目資源參加大學生競賽活動。通過該途徑，一方面給學生提供了參與科研的機會，另一方面利用本科生敢想敢做的有利條件嘗試新的思路并為教師分擔部分科研工作。通過前期實踐，就引導學生在薄膜制備領域獲得了國家級大學生創新性試驗項目和國家級創業訓練項目各一項，指導學生獲得了第五屆“挑戰杯”廣西大學生創業大賽一等獎和2014年“創青春”廣西大學生創業大賽金獎的好成績。實踐證明通過積極吸納本科生進入教師科研項目的措施對促進學生創新性實驗和思維的培養以及強化學生參與科研的能力和信心起到了十分積極的作用，是一種創新性人才培養的有效方式。

（四）通過科研項目引導，從教師本身出發，積極開展走出去的戰略

如通過到企業進行實地考察、并與企業的相關技術人員進行溝通交流，并積極參加國內的一些行業展會如LED展、太陽能光伏展、鋰電池展等，了解技術、設備、應用現狀，增強教師的切身體會，再將這些所見所聞引入到實驗教學過程中，也有效地增進了實驗教學的效果。

三、結束語

教學改革的方向是科學技術，科學技術的快速發展，又推動了教學改革的加速，教學要適應科學技術的發展，同時又促進著科研的發展。《薄膜技術與材料》課程作為一門具有綜合性的交叉課程，是材料科學與工程專業學生拓寬就業面、切入電子信息等高新技術產業的一門重要專業課程，尤其是隨著近幾年薄膜技術與材料的飛速發展，創新性成果的大量涌現，其成為當前技術創新的一個重要領域，也是培養大學生創新思維并鼓勵其參加創新性實驗的重要陣地。時代發展和創新工程技術人才培養的目標要求高校和教師堅持實施“學科、專業、課程、實驗室”四位一體的建設方針，教學科研相長，理論實踐相融。在注重培養學生高尚的道德品質、扎實的知識、精湛的技能、求真的科學精神的同時，還需要將知識、素質、能力協調發展，學習、實踐、創新相互促進的先進的教學思想和實驗教學改革思路融入到課程教學過程中去，為培養高素質的工程應用型人才而努力。

參考文獻：

[1]Gagliard，M.Global Markets，Technologies and Materials for Thin and Ultrathin Films[J].BCC Research，USA，2012，294.

[2]田民波.薄膜技術與材料[M].北京：清華大學出版社，2006.

[3]葉志鎮，張銀珠，黃靖云，汪雷.以科研促進《薄膜材料技術與物理》專業課程的教學改革[J].材料科學與工程學院，2010，28（3）：474-476.

[4]侯永峰，武美萍，宮文飛，吳愛華.深入實施卓越工程師教育培養計劃，創新工程人才培養機制[J].高等工程教育研究，2014，（3）：1-6.

[5]李銀國，張東，袁春艷.推進創新實踐，培養創新人才[J].中國高等教育，2014，（8）：43-46.endprint