基于“有機電子與信息顯示”專業(yè)特色的“薄膜物理與技術(shù)”課程教學(xué)改革探索*

宋春元（南京郵電大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210023）

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基于“有機電子與信息顯示”專業(yè)特色的“薄膜物理與技術(shù)”課程教學(xué)改革探索*

宋春元
（南京郵電大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210023）

摘要：本文旨在探索基于“有機電子與信息顯示”專業(yè)特色方向，針對有機半導(dǎo)體器件制備中薄膜物理與技術(shù)等特點，開展“薄膜物理與技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容改革，以培養(yǎng)滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的專業(yè)型人才。

關(guān)鍵詞：薄膜物理與技術(shù)；有機電子與信息顯示；教學(xué)改革

隨著電子工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的興起，薄膜技術(shù)和薄膜材料愈發(fā)顯示出其重要的、關(guān)鍵性作用，各種薄膜材料的生產(chǎn)、功能開發(fā)和器件制備以及與之相關(guān)的企業(yè)對具有材料背景的人才的需求越來越大。特別是有機電子材料及其在信息領(lǐng)域的快速發(fā)展逐漸形成一個新興的行業(yè)有機電子產(chǎn)業(yè)，相關(guān)的材料和器件的應(yīng)用研究得到了日新月異的發(fā)展。有機半導(dǎo)體材料和器件是有機電子學(xué)的一個重要組成部分，主要包括有機薄膜晶體管、有機電致發(fā)光顯示器、有機太陽能電池、有機激光器、有機傳感器和有機存儲器等。目前相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，如有機電致發(fā)光平板顯示技術(shù)（OLED）已經(jīng)顯現(xiàn)出取代傳統(tǒng)顯示技術(shù)的趨勢。這些具有重要應(yīng)用價值的有機半導(dǎo)體器件中一些極為重要的工藝就是薄膜電極層和薄膜有機半導(dǎo)體材料層的制備。當(dāng)前社會急需培養(yǎng)具有掌握這類知識和技術(shù)的專業(yè)型人才。

南京郵電大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院是在南京郵電大學(xué)大信息學(xué)科背景下建立，旨在培養(yǎng)信息材料領(lǐng)域高級專業(yè)人才的平臺。學(xué)院依托“光學(xué)工程”一級學(xué)科（在2012年全國高校學(xué)科評估中，“光學(xué)工程”學(xué)科排名18）、“有機光電子學(xué)”江蘇省首批優(yōu)勢學(xué)科，及“有機電子與信息顯示”省部共建國家重點實驗室培育基地和江蘇高校“有機電子與信息顯示協(xié)同創(chuàng)新中心”等科研平臺，建有材料化學(xué)、材料物理、高分子材料與工程等本科專業(yè)。“薄膜物理與技術(shù)”是面向材料物理專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)課程。該課程現(xiàn)有教材的教學(xué)內(nèi)容主要是針對傳統(tǒng)材料，介紹常規(guī)的成膜技術(shù)，缺乏對新興但發(fā)展迅速的有機半導(dǎo)體薄膜材料及器件的專業(yè)性知識的介紹，未能充分認(rèn)識有機半導(dǎo)體器件制備的特點及未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要來培養(yǎng)社會急需的專業(yè)型人才。因此，十分有必要且迫切需要對已有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革。結(jié)合學(xué)院在有機電子學(xué)的學(xué)科優(yōu)勢，及“有機電子與信息顯示”專業(yè)特色方向，開展“薄膜物理與技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容改革，對于培養(yǎng)滿足這一新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求，具備扎實的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)技能，具備行業(yè)高水平研發(fā)能力、工程技術(shù)能力的專業(yè)型人才有重要的現(xiàn)實需求和意義。

結(jié)合我院的特色，基于“有機電子與信息顯示”專業(yè)特色的“薄膜物理與技術(shù)”課程教學(xué)改革主要存在如下重點和難點：

（1）“薄膜物理與技術(shù)”課程涉及的內(nèi)容豐富，其中一個難點是教學(xué)中既要讓學(xué)生掌握課程相關(guān)的基礎(chǔ)知識，又要將“有機電子與信息顯示”專業(yè)特色融入“薄膜物理與技術(shù)”課程教學(xué)中去，避免顧此失彼。要較好的解決這一關(guān)鍵問題，一方面要完整的梳理基礎(chǔ)知識，另一方面需要找到合適的切入點，確保課程教學(xué)實現(xiàn)基礎(chǔ)教學(xué)的同時培養(yǎng)專業(yè)型人才。

（2）有機半導(dǎo)體材料與器件中與薄膜物理與技術(shù)相關(guān)的知識寬泛，需要整理相關(guān)知識，確定具體教學(xué)內(nèi)容，尤其是實例教學(xué)；探索適用的教學(xué)方法和技巧；形成適合本專業(yè)課程教學(xué)的教材或講義是教學(xué)改革的另一關(guān)鍵問題，也是教學(xué)改革的重點、難點和創(chuàng)新點。

針對教學(xué)改革的重點和難點，基于“有機電子與信息顯示”專業(yè)特色的“薄膜物理與技術(shù)”課程教學(xué)改革主要從如下幾個方面開展具體的教學(xué)改革：

一、課程內(nèi)容改革

現(xiàn)有的課程教學(xué)內(nèi)容所涉及的基礎(chǔ)理論知識和薄膜制備技術(shù)主要來源于傳統(tǒng)薄膜材料及器件，對于有機半導(dǎo)體薄膜材料具體的成膜機制及不同有機材料及器件所采用的成膜技術(shù)沒有針對性的教學(xué)內(nèi)容。課本上幾乎沒有關(guān)于有機材料薄膜制備的例子與技術(shù)講解。有必要在課程內(nèi)容上開展教學(xué)改革研究，在原有課程知識點的基礎(chǔ)上融入更多專業(yè)特色方向相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，將科研成果融入課堂教學(xué)內(nèi)容和案例［1］。擬在已有教學(xué)內(nèi)容中引入有機半導(dǎo)體材料、有機半導(dǎo)體薄膜制備、成膜工藝、薄膜物理性質(zhì)及有機半導(dǎo)體器件相關(guān)知識，形成適合于本專業(yè)特色方向的課程內(nèi)容。本課程授課主要內(nèi)容分為真空技術(shù)基礎(chǔ)、薄膜的物理制備工藝學(xué)、薄膜的化學(xué)制備工藝學(xué)、薄膜的形成和生長、薄膜分析技術(shù)、薄膜的物理性質(zhì)、薄膜材料與器件等。擬在已有知識點基礎(chǔ)上，在薄膜材料部分增加有機光電材料相關(guān)知識，介紹常見的幾種有機光電材料和導(dǎo)電高分子材料及其特性。在薄膜器件部分設(shè)置專題介紹有機電致發(fā)光器件（OLED）、有機光伏器件（OPV）和有機場效應(yīng)晶體管（OTFT）為代表的有機光電功能器件及其多層結(jié)構(gòu)的薄膜制備工藝。

結(jié)合薄膜材料與制備技術(shù)的學(xué)習(xí)，將有機信息功能材料發(fā)展前沿與理論課程教學(xué)有機結(jié)合起來，將基于薄膜材料的新能源、光電器件、納米技術(shù)等新興領(lǐng)域研究的最新成果引入課堂，提升學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生視野，擴大學(xué)生的知識面，樹立學(xué)生關(guān)注學(xué)科前沿的意識，努力把素質(zhì)教育與創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿到教育實踐中［2］。

二、教材改革

教材是教與學(xué)的中間媒介，教學(xué)者應(yīng)該把最新的知識和先進(jìn)技能教授給學(xué)生，因此教材的選擇以及針對本專業(yè)特點進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚矸浅Ｖ匾，F(xiàn)有的教材盡管涉及薄膜技術(shù)與薄膜材料的各個方面，知識全面，但是涵蓋的有機材料及其成膜技術(shù)及器件相關(guān)的知識點相對匱乏。有必要通過課程內(nèi)容的改革，進(jìn)一步將課程基礎(chǔ)知識與本專業(yè)特色方向相融合，形成特色講義或教材，用于學(xué)生課堂教學(xué)，提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量。我們將在調(diào)研國內(nèi)外最新的同類教材基礎(chǔ)上，基于上述教學(xué)改革設(shè)想，結(jié)合教學(xué)研究與實踐經(jīng)驗，將我們的專業(yè)特色及高水平的科研平臺及科學(xué)研究成果作為實例引入教案。一方面，可以使教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)方向更好的結(jié)合；另一方面，可以適時將本學(xué)科重要的薄膜電子器件及制備工藝介紹給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。同時追蹤國際國內(nèi)在有機半導(dǎo)體材料與薄膜器件領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)，將最新研究成果及產(chǎn)品補充進(jìn)教材，保持教材的新穎性。

三、教學(xué)方法改革

當(dāng)前的課堂教學(xué)使用更多的是講授式教學(xué)方法，盡管在授課過程中授課人盡可能豐富教學(xué)方法，但是受教材及教學(xué)內(nèi)容限制，總體而言教學(xué)方法相對單一，教學(xué)效果有待提高。薄膜物理與技術(shù)課程不僅是基礎(chǔ)理論知識的講授，更需要學(xué)習(xí)薄膜制備技術(shù)，以及融入本專業(yè)特色方向的教學(xué)內(nèi)容。因此基于教學(xué)內(nèi)容的改革，探索并改革課程教學(xué)方法也是本課程教學(xué)改革探索的重要內(nèi)容［3］。可以根據(jù)課程特點，在總結(jié)講授心得的基礎(chǔ)上，針對不同授課內(nèi)容設(shè)計更為合理、有效的教學(xué)方法，一方面讓知識更容易被學(xué)生認(rèn)知，另一方面改變較為枯燥的講授模式，利用豐富形象的教學(xué)手段提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提高教和學(xué)的質(zhì)量。由于本課程不僅有基礎(chǔ)理論教學(xué)，還要學(xué)習(xí)并了解多種成膜技術(shù)以及本專業(yè)特色方向相關(guān)的薄膜器件制備。因此，在教學(xué)中增加演示、圖片實例、實驗室參觀和設(shè)備操作等教學(xué)環(huán)節(jié)，既結(jié)合了我院優(yōu)勢又可以讓學(xué)生實際接觸或觀摩學(xué)習(xí)的內(nèi)容，能夠極大地提高教學(xué)效果。例如，真空蒸發(fā)鍍膜這一知識點，在講解儀器設(shè)備及其組成部件時，可以利用我院已有的多臺真空蒸發(fā)針對性的拍攝一組真空蒸發(fā)鍍膜設(shè)備及其各組成部件的圖片資料，結(jié)合圖片實例介紹儀器的結(jié)構(gòu)、各種蒸發(fā)源的加熱方式及裝置、薄膜膜厚監(jiān)控裝置及工作原理、真空設(shè)備和真空計及其工作原理等知識點。此外，針對不同類型的有機半導(dǎo)體器件，選擇典型的器件結(jié)構(gòu)，制作一段完整的薄膜器件制備視頻，利用演示教學(xué)方式生動的呈現(xiàn)儀器的操作及成膜過程，讓學(xué)生對器件的結(jié)構(gòu)和制備技術(shù)和過程有深刻的印象。另外，考慮到學(xué)生人數(shù)多，可以將學(xué)生分成若干小組，分別參觀不同鍍膜實驗室及操作不同的薄膜制備設(shè)備，采集相關(guān)圖像和視頻資料，在課堂上與其他同學(xué)分享和交流所學(xué)所知，讓學(xué)生真正成為教學(xué)的主體。

四、結(jié)束語

隨著電子工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的興起，薄膜技術(shù)和薄膜材料愈發(fā)顯示出其重要的、關(guān)鍵性作用，各種薄膜材料的生產(chǎn)、功能開發(fā)和器件制備以及與之相關(guān)的企業(yè)對具有材料背景的人才的需求越來越大。南京郵電大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院作為培養(yǎng)專業(yè)型人才的基地，將充分利用“有機電子與信息顯示”這一專業(yè)特色方向，開展“薄膜物理與技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容改革具有鮮明的特色和優(yōu)勢，設(shè)計并形成一套適合于“有機電子與信息顯示”專業(yè)方向本科生學(xué)習(xí)的薄膜物理教學(xué)內(nèi)容，對于培養(yǎng)滿足這一新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求，具備扎實基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)技能，具有行業(yè)高水平研發(fā)能力、工程技術(shù)能力的專業(yè)型人才有重要意義。

參考文獻(xiàn)

［1］葉志鎮(zhèn)，張銀珠，黃靖云，等.以科研促進(jìn)《薄膜材料技術(shù)與物理》專業(yè)課程的教學(xué)改革［J］.材料科學(xué)與工程學(xué)報，2012，28（3）：474-476.

［2］劉親壯，陳三，張永興，等《.薄膜物理與技術(shù)》課程教學(xué)改革探析［J］.淮北師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，36（1）：90-92.

［3］姚利民，段文彧.高校教學(xué)方法改革探討［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2013，8：60-64.

Abstract:This paper aims to explore the reform measures of course teaching of "physics and technology of thin films"，basing on the major feature of "organic electronics and information display"，in order to cultivate professional personnel to meet the needs of the development of the industry.

Keywords:physics and technology of thin films；organic electronics and information display；reform measures of teaching

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）11-0078-02

*基金項目：南京郵電大學(xué)教改項目（NO：JG03015JX26）

作者簡介：宋春元（1981-），男，江蘇溧陽，博士，副教授，主要從事薄膜制備與應(yīng)用研究。