趙小燕，張朝暉，侯慶文

(北京科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，北京100083)

微機(jī)電系統(tǒng)MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)是21世紀(jì)一項(xiàng)前沿技術(shù)，近年來得到迅猛發(fā)展并廣泛應(yīng)用于汽車、信息、航空、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域［1］。國(guó)內(nèi)多個(gè)高校相繼在本科和研究生階段開設(shè)了“微機(jī)電系統(tǒng)”課程。不同專業(yè)對(duì)本課程教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)也不同：有的側(cè)重材料科學(xué)領(lǐng)域針對(duì)MEMS傳感器的制作工藝方向進(jìn)行研究，有的側(cè)重機(jī)械領(lǐng)域進(jìn)行MEMS傳感器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，有的側(cè)重檢測(cè)技術(shù)和消費(fèi)類電子進(jìn)行MEMS傳感器電子設(shè)計(jì)和應(yīng)用。由于該學(xué)科是新興學(xué)科，傳統(tǒng)的單一教學(xué)方式難以適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)對(duì)人才知識(shí)結(jié)構(gòu)的要求，本文以儀器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生教學(xué)為背景，探討了該課程的多元化教學(xué)方法。如何采用多元化手段從深度和廣度等方面提高教學(xué)效果是本文的研究重點(diǎn)。

1 多元化教學(xué)模式

1.1 現(xiàn)代多元化教學(xué)手段和方法

現(xiàn)代多元化的教學(xué)主要包括：理論知識(shí)傳授與學(xué)生自主實(shí)踐相結(jié)合，教學(xué)實(shí)踐與組織學(xué)生參加科學(xué)研究相結(jié)合，課堂教學(xué)與課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)啟發(fā)式教學(xué)和研究型教學(xué)［2，3］，注重學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)?，F(xiàn)代多元化教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)方式的對(duì)比如表1所示。

1.2 課程的特點(diǎn)及教學(xué)策略

“微機(jī)電系統(tǒng)”作為一門專業(yè)課，既具有較深的理論性，又有很強(qiáng)的應(yīng)用實(shí)踐性;其高度的學(xué)科交叉性對(duì)于教師專業(yè)素質(zhì)提出了更高的要求。教師本身不僅要掌握微電子學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)和電子學(xué)等方面的知識(shí)，同時(shí)還要具備生物醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體和自動(dòng)化等方面的背景。教師在講課時(shí)要充分考慮學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)、理解能力和接受能力，以及MEMS技術(shù)發(fā)展與當(dāng)前技術(shù)的應(yīng)用，因此該課程的傳授一定是理論聯(lián)系實(shí)際的多元化教學(xué)模式。

表1 現(xiàn)代教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)對(duì)比表

2 教學(xué)內(nèi)容安排

“微機(jī)電系統(tǒng)”是電子與機(jī)械結(jié)合的系統(tǒng)，涉及微電子、微細(xì)加工、微機(jī)械、材料學(xué)、信息與控制等技術(shù)科學(xué)，并緊密依靠數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、力學(xué)、生物等基礎(chǔ)學(xué)科，課程架構(gòu)和具體教學(xué)內(nèi)容如圖1所示。

圖1 裝置總體框圖

按照教學(xué)計(jì)劃，該課程的教學(xué)時(shí)間是32學(xué)時(shí)，課程的主要內(nèi)容包括：MEMS概念和設(shè)計(jì)方法，集成電路和MEMS的基本制造技術(shù)，MEMS微傳感器和執(zhí)行器的工作原理及應(yīng)用，當(dāng)前MEMS發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)。

為了使學(xué)生對(duì)本門課程有全局的了解，在第一節(jié)課從MEMS系統(tǒng)的制造和應(yīng)用等方面進(jìn)行介紹，重點(diǎn)介紹MEMS系統(tǒng)在各領(lǐng)域應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)該課程獲得感性認(rèn)識(shí)，在后期授課中也采用了從設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用等方面結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行教學(xué)。

MEMS傳感器的設(shè)計(jì)和制作是本課程的重點(diǎn)章節(jié)，通過生活中應(yīng)用的大量實(shí)例進(jìn)行講解和演示，學(xué)生通過掌握典型的MEMS傳感器與執(zhí)行器的相關(guān)知識(shí)，可以運(yùn)用微機(jī)電系統(tǒng)的基本原理和技術(shù)方法解決實(shí)際問題的能力。

3 多元化教學(xué)方式

3.1 多媒體教學(xué)

由于微機(jī)電系統(tǒng)涉及材料和機(jī)械加工等方面的知識(shí)，利用多媒體課件、動(dòng)畫及視頻等方式，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。如在硅晶片制作章節(jié)，采用美國(guó)硅谷的短片介紹，將半導(dǎo)體加工的主要流程展示給學(xué)生;醫(yī)用內(nèi)窺鏡膠囊和電子耳蝸?zhàn)鳛獒t(yī)學(xué)應(yīng)用的典型MEMS傳感器，單憑口授無法將問題闡述清楚，因此課堂上將其工作原理、制作過程通過多媒體視頻展示，將專業(yè)知識(shí)與生活實(shí)踐相結(jié)合。

3.2 案例教學(xué)

MEMS應(yīng)用范圍極為廣泛，因此理論教學(xué)必須要結(jié)合實(shí)踐。在傳感器和執(zhí)行器章節(jié)中穿插著許多應(yīng)用案例，如表2所示。

表2 MEMS技術(shù)應(yīng)用案例

隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代，大量MEMS傳感器已在手機(jī)、電視、投影儀和汽車等方面得到應(yīng)用。我們?cè)谡n堂上以汽車用MEMS傳感器為例，全面介紹了汽車發(fā)展與MEMS傳感器之間的聯(lián)系，不但生動(dòng)傳授了MEMS產(chǎn)品如何制造的知識(shí)，而且結(jié)合實(shí)際應(yīng)用讓學(xué)生感受到該學(xué)科與日常生活密不可分，培養(yǎng)他們的觀察能力和市場(chǎng)意識(shí)。

3.3 學(xué)生為主體的教學(xué)模式

為了體現(xiàn)課堂上學(xué)生是主體，通過讓學(xué)生在課堂上展示自己予先準(zhǔn)備的工程案例，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)獲取新知識(shí)。例如，在課程的MEMS傳感器和執(zhí)行器章節(jié)，我們每節(jié)課都抽出一些時(shí)間供學(xué)生展示他們準(zhǔn)備的案例內(nèi)容，建立以學(xué)生為中心的交流授課模式，活躍課堂氣氛。

學(xué)生分別從消費(fèi)電子、動(dòng)漫文化產(chǎn)業(yè)、航空航天、軍事和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行案例展示。這些領(lǐng)域是教師一個(gè)人的視野所不能進(jìn)行的，這樣可以豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和參與教學(xué)的意識(shí)。

3.4 結(jié)合項(xiàng)目的科研訓(xùn)練

由于我校目前暫時(shí)不具備本課程的實(shí)驗(yàn)條件，只能利用國(guó)內(nèi)微電子工藝多媒體教學(xué)軟件進(jìn)行工藝原理和實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，以此加深學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)暫無條件開出的不足。另外，我們提出一些適合于本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的科研小課題，讓學(xué)有余力的學(xué)生參與到科研訓(xùn)練項(xiàng)目中，訓(xùn)練他們的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

3.5 多環(huán)節(jié)考核綜合評(píng)判

我們針對(duì)MEMS多元化教學(xué)進(jìn)行了考核改革，通過平時(shí)成績(jī)、專題報(bào)告、工程作業(yè)和考試等多個(gè)環(huán)節(jié)綜合評(píng)判，同時(shí)調(diào)動(dòng)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，力爭(zhēng)使考核更加公平公正，以考核促進(jìn)教學(xué)。

［1］Chang Liu.Foundations of MEMS［M］，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.09

［2］蒲曉蓉.研究型互動(dòng)式教學(xué)淺析［R］，北京：高校課堂教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新培訓(xùn).2011.6

［3］鄭潔.“數(shù)字電子技術(shù)”課程實(shí)施研究性教學(xué)的探索［J］，南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(6)：94-96.

［4］劉曉明，劉民岷，徐尚龍等.微機(jī)電系統(tǒng)課程的實(shí)踐教學(xué)與方法研究［J］，成都：實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2008，6(1)：89-91.

［5］俞必強(qiáng).微機(jī)電系統(tǒng)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化［J］.北京：機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2006(5)：65-68.