微納制造前沿應用學科拓展課程的教學研究

郝秀清

【摘要】微納制造前沿應用課程作為我校的學科拓展課程，針對工科、理科專業本科二年級以上學生開設，內容多、課時短和專業性強是講授該課程必須解決的難題。本文在分析了課程和學生特點的基礎上，提出科學梳理教學內容，開展背景知識融合、技術分類和模塊化教學，堅持案例導入，優化教學方法，加強實踐環節，注重能力培養等教學方法，取得了良好的教學效果。

【關鍵詞】微納制造 ?前沿應用 ?拓展課程 ?教學研究

【基金項目】本課程受到“江蘇高校品牌專業建設工程資助項目”（項目號PPZY2015A021）資助，開展教學改革和方法探索研究。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）29-0001-01

1.引言

微納米制造技術已在航空、航天、能源裝備、汽車等行業廣泛應用并占有極其重要的地位，對國民經濟和社會發展具有深遠影響，特別是隨著中美“芯片之戰”的開始，微納米制造技術變得愈發關鍵。微納制造前沿應用課程主要講授各類微納制造技術及各技術的實際前沿應用，課程教學時間為24學時。

本課程是銜接基礎課與專業課的一門技術基礎課，主要面向機械工程專業、材料工程、航空宇航、自動化、管理工程、理學院及相近專業本科二年級以上的學生。由于學生來自不同專業和不同年級，他們所具有專業差異性、興趣差異性和個體差異性，因此，能否通過課堂講解和討論突破學科的狹隘視線，開闊學生的視野，獲得思維的擴展和科學的研究方法，是本課程教學成功與否的關鍵。

2.科學梳理教學內容，開展背景知識融合、技術分類和模塊化教學

微納制造前沿應用課程具有很強的學科交叉的特點，涉及機械制造、設計、材料等基礎課程，因此相關專業背景知識介紹非常必要。首先，專業背景知識介紹有助于培養學生的學習興趣，建立新學知識和已有知識的感性聯系。其次，專業背景知識融合有助于鞏固已有基礎知識，為新學知識奠定專業基礎。同時，專業背景知識融合有助于提高學生的綜合專業能力，使學生成為具有跨專業工程能力的綜合人才。

本課程主要內容包括先進制造工藝產生的背景及發展趨勢，芯片、傳感器、光電子器件、微納流體器件等器件制造過程中涉及的光刻和刻蝕技術、3D打印技術、納米壓印技術、精密超精密加工技術、微細加工方法等各項技術，以及各項技術在航空、航天、武器裝備、智能裝備、海洋探測、汽車、軌道交通等方面的前沿應用。在科學梳理教學內容之后，本課程安排以技術分類為主線，采用模塊化教學方法，學生可在短時間內（一般為兩節課時間）快速了解一種技術的特點、分類、具體過程、主要應用，以及發展趨勢等方面，有利于學生在腦海中形成完整的技術系統。

3.堅持案例導入，優化教學方法

針對該課程內容繁多、學生跨專業和多年級特點，為增強課堂授課效果，主要采取了以下措施：

（1）案例導入，激發興趣，明確學習目標。

以熱門事件、周圍事物或高端裝備等作為各章的案例，由案例開始分析其中的關鍵問題和涉及到的關鍵技術，學生積極性會大大提高。比如，在講解光刻和刻蝕技術之前，先從中美芯片之戰開始講起，讓學生了解為什么芯片這么重要，再來講述芯片是如何制造出來的，這其中的主要關鍵技術是什么，由此明確學習目標。這樣一是增加了學生在事件中的參與感，增強學生愛國熱情;二是引導學生主動尋找問題的根源，在心中埋下一粒種子，為后續研究生學習或工作奠定鋪墊。

（2）課程內容聯系學生的專業背景，提高其學習興趣。

由于學生來自各個不同專業，興趣點差異性大，故如何尋求平衡點和興趣激發措施也是本課程的重要環節。本課程在內容安排上會對各個技術進行分解，哪些涉及機械專業，哪些涉及材料專業，哪些涉及物理和化學專業等，增強學生的專業榮譽感。例如，微細電化學加工技術，其中包含了機械（加工裝置）、材料（被加工件的不同）、化學（電解液）、流體力學（電解液需要流動帶走電解產物）等各方面的知識，只有綜合掌握好各方面的知識和技術，才能形成高精和尖端技術。

（3）利用多種展示途徑，增強課程內容的直觀性。

課程講述過程中，若只是通過單一講述方式，學生很快會注意力不集中。如何提高上課的“抬頭率”和知識的“掌握程度”，也是該課程教師授課過程中的難點和重點。本課程在科學梳理內容時，綜合利用PPT、視頻、實物等進行現場講解和演示，給學生直觀印象，同時吸引學生的注意力，有利于提高上課效果。

（4）設計具有挑戰性的討論話題，引導學生主動參與。

在傳統教學模式中，一直是教師主講，學生主聽。隨著目前社會形勢的迅速發展，對人才的分析問題、解決問題和講述能力等方面的要求越來越高，教學模式也必須隨之更新。本課程在教學過程中，設計了很多具有挑戰性的討論話題，對學生進行分組，由此開展小組討論、小組講述、小組作品展示，以及班級辯論賽等不同的學習方式，不僅提高了學生的課堂參與度，而且鍛煉了學生的綜合能力，形成了合作、競爭、互動的課程氛圍。

（5）利用數據庫讓學生主動查閱最新文獻，增強學生學術能力。

課程中涉及很多前沿知識，必須依靠學生的自主性去完成。因此，本課程首先會讓學生學會如何利用學校的各種數據庫去查閱文獻。然后，會給學生一個主題，讓學生圍繞這個主題去查閱這方面的最新進展，并結合PPT制作、講述等方式，讓學生主動探究該技術的特點，發現其中的問題，增強學生的學術能力和專業技能。

4.加強實踐環節，注重能力培養

由于課程涉及的很多技術分類復雜且不夠直觀，學生只憑借聽課很難形成直觀認識。因此本課程充分挖掘課程資源，有效利用學院不同方向的實驗室，對課程技術涉及的3D打印實驗室、光刻實驗室、電化學加工實驗室以及精密機械加工實驗室等實地參觀學習，拓展學科課程內容，實現學科間的整合，真正提升學生的操作技能和綜合素養。

5.結論

微納制造前沿應用課程內容專業性強，應用范圍廣，學生學習難度較大。因此本文探究了該課程的教學方法。通過本課程的學習，使學生進一步發現各專業之間的內在關系，突破學科的狹隘視線，獲得思維的擴展和科學的研究方法。當然，我國工科教育發展正在經歷變革和轉型，“新工科”建設已成為我國工科教育發展的新風向、新模式和新思路。如何在新工科環境下，進一步提高學生的學習能力、實踐能力、合作能力、溝通能力和問題解決能力，為國家培養具有高職業技能和綜合素質的人才，有待于我們在今后教學中進一步探索研究。

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