《微納制造技術》教學經驗與感受淺談

周圣軍

摘要：本文首先從課程內容和課程教學方法等方面介紹了《微納制造技術》課程的教學基本情況，并通過該課程教學效果的反思，從完善課程互動平臺、加強基礎理論課程學習和教師職能的再定位等方面提出提升大學本科教學質量的一點建議。

關鍵詞：微納制造技術；課程互動平臺；學科交叉；教師職能

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0097-02

隨著科學技術的進步，人類認識和改造自然正在從宏觀領域進入微觀領域，微納米加工技術對于提升人類對自然界的認識具有非常重要的影響。微納米制造技術已經廣泛應用于微納電子和微機電系統等領域。本文結合筆者在武漢大學機械工程專業講授《微納制造技術》課程的經驗，對《微納制造技術》課程的教學方式進行簡單的論述并就新時期提升本科教育質量提了一點自己的看法。

一、《微納制造技術》課程教學情況簡述

1.課程定位。《微納制造技術》是一門為電子信息類和機械電子類等專業學生開設的一門專業課。本課程重點講授各種微納加工工藝，如擴散、光刻、刻蝕、納米壓印技術、晶圓鍵合、化學機械拋光、激光剝離、電鍍等工藝。通過這門課程的教學，使學生能夠掌握微納制造技術的基本概念和基本理論，為學生將來從事相關領域的研發和產業化工作打下堅實的基礎。

2.課程內容。微納制造技術內容包括晶圓清洗、擴散、離子注入、熱退火、光刻（包括光學光刻和非光學光刻）、刻蝕（包括干法刻蝕和濕法刻蝕）、沉積（包括物理沉積和化學沉積）和晶圓鍵合等工藝。因此筆者在講授過程中結合自身的科研情況對基于Si材料的第一代半導體器件、基于GaAs材料的第二代半導體器件以及基于GaN材料的第三代半導體器件的制造工藝進行詳細的介紹，引導學生將課程講授的內容與半導體器件的加工過程緊密聯系起來，并綜合運用微納米制造工藝制造半導體器件和微機電系統。

3.課程教學方法的選擇。研究型大學教學的關鍵是培養學生們探索知識的興趣，激活學生自主學習的興趣，同時調動學生參與實踐的積極性，以培養學生的自學能力、研究能力以及創新精神，全面提升學生的綜合素養。課程講授過程中讓本科生到相關企業的工藝車間參觀，同時邀請工業界經驗豐富的工程師給本科生講授工藝流程，讓學生對微納制造流程有個大致的了解。其次，課程講授過程中可以從最新的與本課程相關的頂級學術期刊和會議中歸納總結出問題，形成習題或作業，讓學生在做習題的過程中思考理論知識的實際應用。另外，及時從最新的微納米制造的文獻中挑選一些優秀的中英文論文，讓學生將微納米制造技術中涉及到的單項工藝的中文表達和英文表達對應起來，同時加強對學生中文和英文寫作能力的訓練，讓他們有能力將自己的想法用英文和中文完美的詮釋出來。在授課過程中同時要注意引導學生熱愛科學、追求真理，投入更多的課外時間到學習中。

作為階段性任務，引導學生將理論知識運用于實踐中，可以吸引本科生進實驗室，從教師主持的與微納米制造相關的國家級課題中凝練中一些小課題，讓學生設計器件結構，并鼓勵他們將所學的微納米制造單項工藝進行集成，制造出所設計的器件，讓本科生體驗到科研的樂趣。

二、提升大學本科教育質量的再思考

科學技術不斷向前推進，學生必須不斷接受新知識、新技術。而以微納技術為代表的新一代技術涉及到物理、化學、材料等領域，對學生的要求越來越高。在《微納技術加工》授課過程中，筆者除了精心制作上課課件，花費時間給學生補充必要的基礎知識，還采用企業參觀、課題練習等多種教學方式幫助學生理解，但學生普遍感覺課程太難，學習效果不佳，要適應未來的發展，大學教育必須不斷反思并作出相應改進。

1.借鑒國外成功經驗 逐步完善課程互動平臺。傳統的教學活動中，學生通常在書本上做筆記，當碰到不懂的問題時，一般在課堂上問老師，特別好學的也可以在課后通過打電話或者發郵件的方式問老師，但礙于擔心打擾老師的考慮，采取這種請教方式的學生很少，很多學生就自我琢磨或是直接放過了。另一方面，同一個問題可能被不同單位學生提出來，如果這些學生都通過打電話或者是Email的方式問老師，授課老師就需要對同一個問題，接聽幾個學生的電話或者是回復幾個學生的Email。

美國麻省理工學院（MIT）最先提出一種叫nb的交互式學習系統，并被美國的很多高校所采用，nb系統可以充分利用授課教師和全體學生的智慧，通過簡單的鼠標單擊操作，學生可以對教師上傳的課件進行注釋，每一個學生對課件的注釋都可以被其他學生看見，最后nb系統會把所有學生對課件的注釋進行匯總。通過使用nb系統，一個學生提出的問題可以被參與課堂學習的其他學生回答。通過類似nb網絡系統，授課教師可以和學生產生充分的互動，每一個學生提出的問題以及授課教師的回答，學生之間針對某個問題的討論都可以詳細的顯示在課件上面，這樣可以讓所有參與課程的學生都看到學生提出的問題以及針對這些問題產生的討論。

2.順應學科交叉發展需要加強基礎理論課程學習。學科交叉是當今學術界發展的趨勢，縱觀當今科學前沿的重大突破，重大原創性科研成果的出現，大多產生于多學科的交叉融合；同時，高端智能裝備是一種跨學科、跨專業的復雜系統，涉及機械、電子信息、材料、力學等多學科，存在多尺度、多物理量耦合。可以說，技術進步到一定階段，工程問題往往變成科學問題，交叉與綜合是研究性大學工科專業發展的方向，從而順利實現從工程技術到工程科學的轉變。

長期以來，我們的本科教育一直按專業招生，分專業培養，當前劃分過細的專業教育顯然難以承擔當今高等教育的使命。高水平研究型大學培養的學生是未來從事科技創新的生力軍，本科教育的應當是使學生擁有在未來獲得不斷發展的基礎知識，工科專業夯實基礎課程的教學勢在必行。以機械工程專業為例，微納米加工技術可以提高加工的精度，通過微納米加工技術制造出微納米尺度的器件，可以研究在微納米長度下材料的力學特性。

3.適應時代需求 重新定位教師職能。知識日新月異的今天，信息渠道多樣化特征非常明顯，教師不再是唯一的知識源，不再是簡單的知識傳授者，而更多的應擔負著學習組織者和促進者的角色。首先，教師是激發學生學習興趣的領路人。教師利用自己對學科發展的全局把握、深厚的知識底蘊和工作閱歷，精心設計教學過程，通過提出問題、分析問題等手段，刺激和引導學生思維，激起學生學習的興趣，變“被動學習”為“主動學習”。其次，教師是學生學習的良師益友。一方面，教師需要精心制作資源，采用引導法、教授法、案例法等多種教學方式，傳授領域基本知識，讓學生以盡量短的時間掌握專業基礎理論，了解行業基本發展狀況和發展前景方向；另一方面，教師需要不斷更新知識體系，與學生一塊學習行業前沿知識，探討知識本質，加強討論，共同進步，師生攜手共攀科學高峰。再次，教師是學生個性化培養的導師。研究性高等學校大學培養的人才，不僅要系統學習和掌握本專業的基本知識與技能，而且要具備創造性地解決所學專業領域理論和實踐問題的基本能力，為培養學生進行早期科研的能力，激發本科生的創造潛能，利用教師的科研力量和實驗條件，適時引領優秀學生進入實驗室，早日接觸課題，培養獨立的科研精神很有必要。課題的選擇既要考慮本科生知識掌握的程度，又要兼顧創新能力的培養，過于簡單沒有鍛煉價值，過于復雜又容易打消學生進行科研的積極性，教師不應過分看重本科生的科研結果，而應更在乎學生的積極性和進步程度。

三、結語

微納制造技術是近年發展迅猛的一個研究方向，其涉及內容龐雜，且具有側重工藝和工程實踐等特點。本文首先就微納制造技術的課程定位、課程內容和教學方法進行了初步的論述，并通過該課程教學過程中的一些困惑，就如何提升學習效果，提出了加強基礎理論學習，通過網絡交互系統進行學習，通過學科交叉拓展知識面等方面提出自己一點淺顯的體會。

參考文獻：

[1]彭萬波.微納制造技術的發展現狀與發展趨勢[J].航空精密制造技術，2009，45（2）.

[2]張山林.跨學科研究生培養模式研究：創新人才培養視角[D].武漢理工大學，2013.

[3]趙韓強，趙樹凱，余沛明.淺談研究型大學的研究型教學模式[J].高等理科教育，2007，（3）：101-104.

[4]金一平，吳婧姍，陳勁.復合型人才培養模式創新的探索和成功實踐——以浙江大學竺可楨學院強化班為例[J].高等工程教育研究，2012，（03）：132-136.

[5]屈波，劉拓，陳秀平.拓寬專業口徑 優化專業結構 培養社會有用人才[J].高教發展與評估，2002，（01）：27-29.

[6]菅傲群，張文棟.“微納機電系統”課程教學方法探討[J].電氣電子教學學報，2014，（36）：69-70.