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《微纳制造技术》教学经验和感受
周圣军
（武汉大学动力与机械学院,湖北武汉430072）
摘 要：本文首先从课程内容和课程教学方法等方面介绍了《微纳制造技术》课程的教学基本情况,并通过该课程教学效果的反思,从完善课程互动平台、加强基础理论课程学习和教师职能的再定位等方面提出提升大学本科教学质量的一点建议.
关键词：微纳制造技术；课程互动平台；学科交叉；教师职能
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0097-02
随着科学技术的进步,人类认识和改造自然正在从宏观领域进入微观领域,微纳米加工技术对于提升人类对自然界的认识具有非常重要的影响.微纳米制造技术已经广泛应用于微纳电子和微机电系统等领域.本文结合笔者在武汉大学机械工程专业讲授《微纳制造技术》课程的经验,对《微纳制造技术》课程的教学方式进行简单的论述并就新时期提升本科教育质量提了一点自己的看法.
一、《微纳制造技术》课程教学情况简述
1.课程定位.《微纳制造技术》是一门为电子信息类和机械电子类等专业学生开设的一门专业课.本课程重点讲授各种微纳加工工艺,如扩散、光刻、刻蚀、纳米压印技术、晶圆键合、化学机械抛光、激光剥离、电镀等工艺.通过这门课程的教学,使学生能够掌握微纳制造技术的基本概念和基本理论,为学生将来从事相关领域的研发和产业化工作打下坚实的基础.
2.课程内容.微纳制造技术内容包括晶圆清洗、扩散、离子注入、热退火、光刻（包括光学光刻和非光学光刻）、刻蚀（包括干法刻蚀和湿法刻蚀）、沉积（包括物理沉积和化学沉积）和晶圆键合等工艺.因此笔者在讲授过程中结合自身的科研情况对基于Si材料的第一代半导体器件、基于GaAs材料的第二代半导体器件以及基于GaN材料的第三代半导体器件的制造工艺进行详细的介绍,引导学生将课程讲授的内容与半导体器件的加工过程紧密联系起来,并综合运用微纳米制造工艺制造半导体器件和微机电系统.
3.课程教学方法的选择.研究型大学教学的关键是培养学生们探索知识的兴趣,激活学生自主学习的兴趣,同时调动学生参与实践的积极性,以培养学生的自学能力、研究能力以及创新精神,全面提升学生的综合素养.课程讲授过程中让本科生到相关企业的工艺车间参观,同时邀请工业界经验丰富的工程师给本科生讲授工艺流程,让学生对微纳制造流程有个大致的了解.其次,课程讲授过程中可以从最新的与本课程相关的顶级学术期刊和会议中归纳总结出问题,形成习题或作业,让学生在做习题的过程中思考理论知识的实际应用.另外,及时从最新的微纳米制造的文献中挑选一些优秀的中英文论文,让学生将微纳米制造技术中涉及到的单项工艺的中文表达和英文表达对应起来,同时加强对学生中文和英文写作能力的训练,让他们有能力将自己的想法用英文和中文完美的诠释出来.在授课过程中同时要注意引导学生热爱科学、追求真理,投入更多的课外时间到学习中.
作为阶段性任务,引导学生将理论知识运用于实践中,可以吸引本科生进实验室,从教师主持的与微纳米制造相关的国家级课题中凝练中一些小课题,让学生设计器件结构,并鼓励他们将所学的微纳米制造单项工艺进行集成,制造出所设计的器件,让本科生体验到科研的乐趣.
二、提升大学本科教育质量的再思考
科学技术不断向前推进,学生必须不断接受新知识、新技术.而以微纳技术为代表的新一代技术涉及到物理、化学、材料等领域,对学生的要求越来越高.在《微纳技术加工》授课过程中,笔者除了精心制作上课课件,花费时间给学生补充必要的基础知识,还采用企业参观、课题练习等多种教学方式帮助学生理解,但学生普遍感觉课程太难,学习效果不佳,要适应未来的发展,大学教育必须不断反思并作出相应改进.
1. 借鉴国外成功经验逐步完善课程互动平台.传统的教学活动中,学生通常在书本上做笔记,当碰到不懂的问题时,一般在课堂上问老师,特别好学的也可以在课后通过打电话或者发邮件的方式问老师,但碍于担心打扰老师的考虑,采取这种请教方式的学生很少,很多学生就自我琢磨或是直接放过了.另一方面,同一个问题可能被不同单位学生提出来,如果这些学生都通过打电话或者是Email的方式问老师,授课老师就需要对同一个问题,接听几个学生的电话或者是回复几个学生的Email.
美国麻省理工学院（MIT）最先提出一种叫nb的交互式学习系统,并被美国的很多高校所采用,nb系统可以充分利用授课教师和全体学生的智慧,通过简单的鼠标单击操作,学生可以对教师上传的课件进行注释,每一个学生对课件的注释都可以被其他学生看见,最后nb系统会把所有学生对课件的注释进行汇总.通过使用nb系统,一个学生提出的问题可以被参与课堂学习的其他学生回答.通过类似nb网络系统,授课教师可以和学生产生充分的互动,每一个学生提出的问题以及授课教师的回答,学生之间针对某个问题的讨论都可以详细的显示在课件上面,这样可以让所有参与课程的学生都看到学生提出的问题以及针对这些问题产生的讨论.
2. 顺应学科交叉发展需要加强基础理论课程学习.学科交叉是当今学术界发展的趋势,纵观当今科学前沿的重大突破,重大原创性科研成果的出现,大多产生于多学科的交叉融合；同时,高端智能装备是一种跨学科、跨专业的复杂系统,涉及机械、电子信息、材料、力学等多学科,存在多尺度、多物理量耦合.可以说,技术进步到一定阶段,工程问题往往变成科学问题,交叉与综合是研究性大学工科专业发展的方向,从而顺利实现从工程技术到工程科学的转变.
长期以来,我们的本科教育一直按专业招生,分专业培养,当前划分过细的专业教育显然难以承担当今高等教育的使命.高水平研究型大学培养的学生是未来从事科技创新的生力军,本科教育的应当是使学生拥有在未来获得不断发展的基础知识,工科专业夯实基础课程的教学势在必行.以机械工程专业为例,微纳米加工技术可以提高加工的精度,通过微纳米加工技术制造出微纳米尺度的器件,可以研究在微纳米长度下材料的力学特性.
3.适应时代需求重新定位教师职能.知识日新月异的今天,信息渠道多样化特征非常明显,教师不再是唯一的知识源,不再是简单的知识传授者,而更多的应担负着学习组织者和促进者的角色.首先,教师是激发学生学习兴趣的领路人.教师利用自己对学科发展的全局把握、深厚的知识底蕴和工作阅历,精心设计教学过程,通过提出问题、分析问题等手段,刺激和引导学生思维,激起学生学习的兴趣,变“被动学习”为“主动学习”.其次,教师是学生学习的良师益友.一方面,教师需要精心制作资源,采用引导法、教授法、案例法等多种教学方式,传授领域基本知识,让学生以尽量短的时间掌握专业基础理论,了解行业基本发展状况和发展前景方向；另一方面,教师需要不断更新知识体系,与学生一块学习行业前沿知识,探讨知识本质,加强讨论,共同进步,师生携手共攀科学高峰.再次,教师是学生个性化培养的导师.研究性高等学校大学培养的人才,不仅要系统学习和掌握本专业的基本知识与技能,而且要具备创造性地解决所学专业领域理论和实践问题的基本能力,为培养学生进行早期科研的能力,激发本科生的创造潜能,利用教师的科研力量和实验条件,适时引领优秀学生进入实验室,早日接触课题,培养独立的科研精神很有必要.课题的选择既要考虑本科生知识掌握的程度,又要兼顾创新能力的培养,过于简单没有锻炼价值,过于复杂又容易打消学生进行科研的积极性,教师不应过分看重本科生的科研结果,而应更在乎学生的积极性和进步程度.
三、结语
微纳制造技术是近年发展迅猛的一个研究方向,其涉及内容庞杂,且具有侧重工艺和工程实践等特点.本文首先就微纳制造技术的课程定位、课程内容和教学方法进行了初步的论述,并通过该课程教学过程中的一些困惑,就如何提升学习效果,提出了加强基础理论学习,通过网络交互系统进行学习,通过学科交叉拓展知识面等方面提出自己一点浅显的体会.
教学经验论文范文结:
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