新工科視角下微納加工技術課程創新實踐研究

摘" 要：微納加工技術是芯片制造的基石，該課程堅持“以學生為中心，以創新為驅動，以思政為導向”，厚植愛國情懷和創新精神，致力于培養學術大師、工程巨匠、業界領袖和治國棟梁四類杰出人才。課程團隊按照國際一流課程建設標準，實現課前管理、教學管理和課后管理的三段式教學創新。采用“啟發式+互動式+翻轉式+雙語式+多元化”的“四式一化”教學方式，提高學生學習的主觀能動性與學習興趣，同時鼓勵探索前沿科技，開闊國際視野。教學過程中彰顯核心理論（靜）、學科前沿（動）、思政元素（品）、實踐資源（行）四者之間“動靜結合”與“品行融合”的教學創新理念，有效培養學生發現問題、分析問題以及學以致用的能力，具有很大推廣價值。

關鍵詞：創新教育;課程思政;四式一化;動靜結合;品行融合

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）05-0055-04

Abstract： Micro- and Nanofabrication is the fundamental technologies of chip manufacturing. The course adheres to the principle of \"student-centred， innovation-driven and ideology-oriented\"， cultivates patriotic feelings and innovative spirit， and is committed to cultivating four kinds of outstanding talents： academic gurus， engineering giants， industry leaders and pillars of the country. The course team realizes the three-level teaching innovation of pre-course management， teaching management and post-course management in accordance with the international first-class course construction standards. Adopting the \"four kinds and one type\" teaching method of \"inspirational + interactive + flipped + bilingual + diversified\"， the program enhances students' initiative and interest in learning， while encouraging them to explore advanced science and technology to broaden their international outlook. The teaching process emphasizes on the innovative teaching concept of \"combining movement and static\" and \"merging character and behavior\" among the core theory （static）， the frontier of discipline （dynamic）， the elements of ideology and politics （character）， and practical resources （behavior）. All above effectively cultivates students' ability to discover and analyze problems and apply what they have learned， and has the advantage of \"four styles and one chemistry\". It effectively cultivates students' ability to discover and analyze problems and to apply what they have learned， which is of great value for promotion.

Keywords： innovative education; ideological and political education in courses; four styles and one; dynamic and static; integrating character and behavior

芯片是電子產品的心臟，智能社會離不開芯片，制造芯片需要最精密的加工技術[1]。哈爾濱工業大學于2007年在全國高校首批設立了電子封裝技術專業，微納加工技術是該專業“四大專業核心課”之一[2-4]。中國“芯”要想趕超國際一流，不僅需要讓學生學懂專業知識[5]，更要厚植愛國情懷和創新精神，在課程思政和創新教育兩方面同時下功夫，未來方能從根本上解決高端芯片制造困境，實現中國制造向中國創造的時代轉變。

本課程致力于培養學術大師、工程巨匠、業界領袖和治國棟梁四類杰出人才[6]。課程講授內容將國家需求和人生規劃相結合，有力提升學生在學習過程中的獲得感，增強學生報效祖國、服務社會的擔當意識和家國情懷[7-8]。課程團隊由6名電子封裝技術專業的骨干教師組成（教授4人，副教授1人，助理教授1人），團隊成員入選2021年國家級高層次人才計劃，發表教學論文5篇，承擔省教改項目3項。

一" 課程創新解決的痛點

（一）" 學習主動性不足

微納加工方法種類繁多，該課程涵蓋了9大類數十種加工技術。教師在課堂上詳細講授各種方法的原理和特點，但學生的學習較為被動。“快餐式”知識獲取方式使得學生不知為何而學，缺乏學習的主觀能動性。

（二）" 獲取知識能力弱

由于每一類加工方法都在不斷發展進步，新的加工方法層出不窮，相關教材和講授內容不可能做到全面涵蓋和實時更新，多數學生缺乏從多方面獲取信息與知識的能力，無法及時學習最新的理論知識。

（三）" 難以靈活運用

學生注重于本課堂理論知識的學習，難以將其與其他相關的專業課程知識之間相互聯系，構建系統的專業知識體系。這導致學生缺乏綜合運用知識的能力，不能學習致用。

（四）" 欠缺獨立思考

教師在教學環節中與學生互動不足，尚缺乏對學生創新思維的系統性引導。課后思考題也多基于對課堂講授內容的歸納和總結，學生從教材中即可找到標準答案，結果往往千篇一律，很少能通過獨立思考給出較具個性的回答。

（五）" 創新思維受限

傳統考試題目往往都拘泥于課堂講授內容，學生通過課后鞏固復習，依靠記憶能夠在考試中順利完成問題的解答，但對個人創新性思維發揮的空間十分有限，不懂如何創新。

二" 課程創新的主要舉措

微納加工技術課程教學創新路線圖如圖1所示，具體如下。

（一）" 加強課前教學管理

通過加入課前教學管理，實現課前管理、課堂管理和課后管理的三段式教學創新。在課前管理階段，方便課前教學環節開展，使學生真正做到“溫故而知新”，帶著問題聽課。教學團隊于2022年完成了在線開放課程建設（圖2），學生可針對課程預習與復習過程中的疑惑進行查缺補漏以及部分問題的初步解決，帶著未解決的問題及思考步入下一階段的教學過程中。此外，專門制作教案向學生介紹專業前沿科技文獻的檢索方式（圖2），培養學生主動獲取知識的能力。

（二）" 融入課程思政內容

以思政建設為導向使得學生能夠具有求真務實和追求卓越的科學精神，召喚青年責任感，厚植愛國主義情懷，提高學習熱情。課程思政元素的主要切入點如下。

1" 寓德于教

在深化青少年思政引領上下更大功夫。在半導體的發展歷程中為學生講授我國黃昆院士在新中國剛剛成立百廢待興之際毅然回國的“愛國情”與“報國夢”，鼓勵學生立志做有理想、敢擔當、能吃苦、肯奮斗的新時代好青年。

2" 寓哲于教

在培養青年哲學思維上投入更多精力。通過回顧人類對光的波粒二象性認識過程，讓學生體會到馬克思主義認識論為一切科學研究提供了方法論，揭示了關于自然、社會和人的思想發展的普遍規律。

3" 寓念于教

在引領青年建功立業上花更多心思。我國當前正面臨的“卡脖子”難題——光刻機與高端芯片制造，剖析導致該問題的深層次原因[9]。通過介紹譚久彬院士團隊在光刻機方面十年磨一劍的拼搏攻關，讓學生樹立信心，以解決國家需求為己任而努力學習[10]。

（三）" “四式一化”的教學方式

堅持以學生為中心，學生學習與發展成效驅動，提出“啟發式+互動式+翻轉式+雙語式+多元化”（四式一化）的教學方式，激勵學生進行主動學習（如圖3所示），具體如下。

1" 啟發式

在講解過程中加強與學生的信息交流，通過在課堂上穿插辯論的方式，加強物理概念，集中學生注意力。同時激發學生主動學習的興趣，培養學生獨立思考、分析問題和解決問題的能力，引導學生主動通過查閱最新文獻和自學獲得自己想學到的知識，并與其他同學分享。

2" 互動式

本課程主要介紹微納米加工技術過程，加工技術是研究的主體，為了不使課堂教學乏味，防止教師滿堂灌輸、學生被動接受和“教師難教，學生難學”的現象，進行課堂討論引導同學們提出問題，然后在教學中加以講解，讓大家做到理論聯系實際，增強學生學習的信心、興趣和學習動力。如圖4所示，學生通過講解從微雕到芯片制造，展示手表的制作過程，體會微納加工的魅力。

3" 翻轉式

針對課程部分內容重新調整線上與線下的學習時間，將學習的決定權從教師轉移給學生，讓學生能夠更專注于主動的基于相關內容項目的學習，再通過課堂討論或展示的形式共同研究各種方法或技術的最新案例，從而獲得對該方法更深層次的理解，讓學習更加靈活、主動，培養學生的表達能力。

4" 雙語式

結合國外高校微納加工課程資料和英文參考書，制作中英文雙語教案。在課堂上采用雙語教學，既能提高學生把握專業英語的學習能力，也有助于中英文表達的連貫性。對英文基礎好的學生，鼓勵在課堂上做英文報告，講解論文中最新加工方法的基本原理和創新點，并在課堂上討論交流。

5" 多元化

通過線下課程與在線開放課程的“混合式”教學，提升學生的易學性和樂學性。由于微納加工技術中有較多的工藝流程，通過生動形象的動圖、動畫、視頻等線上和線下的多媒體內容，清楚明了的加工示意圖與原理圖能使枯燥的問題變得生動形象，易于接受。

三" 課程成績評定方式改革

以“累加式+多元化”制定考核標準，深化過程性評價體系改革。評價體系包括線上測驗、個人課程報告、團隊科技實踐和期末考試等，此外課程報告中學生通過相應軟件學習實現項目設計可附加5分（如圖5所示）。

借鑒國際一流高校微納加工課程的教學設計，本課程定期給學生布置一定量的課后作業，不單純采用查閱資料歸納總結撰寫報告的形式，課后作業具有啟發性和創新性，需要學生動手實踐。學生不僅需要掌握專業知識，而且還需要主動學習并運用工具軟件方能完成作業。

通過完成課程作業培養學生創新思維、團隊合作、學術誠信和傳承精神。引導學生主動查閱Nature、Science等國際知名學術期刊，從中挑選出合適的微納加工案例形成考試題，在自我設問和解答的過程中思考理論知識的實際應用。

四" 課程主要創新點

教學創新點如圖6所示，具體如下。

（一）" 核心理論（靜）

認真建設教學案例15個，并創新出“四式一化”的教學方式，使學生能深入掌握芯片制造及各種微納米尺度加工方法的核心理論。

（二）" 學科前沿（動）

在課程中增加Nature、Science等國際知名學術期刊上的專業前沿知識，使學生在靜態核心知識基礎上，掌握新技術發展的動態，做到“動靜結合”，培養學生自主學習能力，激發新想法新思路和培養創新思維。

（三）" 思政元素（品）

針對各個知識點，結合學科發展歷史、現狀和應用，實施課程思政，使學生樹立“立足航天、服務國防”的理想信念、具備“創新、求實、奉獻”的科學精神，提升學習動力[11]。引領學生在強國戰略中找到成長方位，明確成長目標，激發成長動力，自覺把個人發展同國家和民族前途命運緊緊連在一起。

（四）" 實踐資源（行）

把本課程與另一門由主講教師負責的課程電子封裝創新設計進行一體化建設，開展芯片鍵合缺陷的紅外無損檢測系統設計、仿生微納流控芯片制作、簡易光波導芯片集成工藝研發等豐富的團隊科技創新項目，促使學生進行微納加工實踐操作，培養學生自主學習、創新實踐、動手操作、運用知識和溝通協作等能力。

五" 結束語

微納加工技術課程從教學模式、教學方式、教學理念三方面進行創新，設計課前管理、教學管理和課后管理的三段式教學模式，采用“啟發式+互動式+翻轉式+雙語式+多元化”的“四式一化”教學方式，構建核心理論（靜）、學科前沿（動）、思政元素（品）、實踐資源（行）四者之間“動靜結合”與“品行融合”的教學創新理念，實現了對高校大學生專業知識、科研思維、思想政治、實踐水平等多方面的綜合教育，有利于學生綜合素質的提升。

參考文獻：

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[10] 劉培香，余冠仕，郭萍.“精益求精”鑄精神——記2006年度國家技術發明獎一等獎獲得者譚久彬和他的創新團隊[J].中國高校科技與產業化，2007（3）：35-38.

[11] 周玉.立足航天 服務國防 走穩一流大學特色建設之路[J].大學與學科，2020，1（1）：4-6.

基金項目：黑龍江省高等教育教學改革研究項目“電子封裝專業核心課程教學改革與創新教育融合探索”（SJGY20200198）

第一作者簡介：王晨曦（1980-），男，漢族，黑龍江伊春人，博士，教授，博士研究生導師。研究方向為微納連接與電子封裝。