宋淑梅 孫琿 辛艷青 王昆侖 楊田林

摘要：《薄膜物理與技術(shù)》是微電子、光學(xué)工程、應(yīng)用物理學(xué)等相關(guān)專業(yè)本科生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)目的是使學(xué)生掌握薄膜制備技術(shù)、薄膜形成與生長(zhǎng)、薄膜性能表征、薄膜的性質(zhì)和應(yīng)用等薄膜材料與薄膜技術(shù)領(lǐng)域的基本知識(shí)。針對(duì)《薄膜物理與技術(shù)》的內(nèi)容與特點(diǎn)，結(jié)合自身教學(xué)體會(huì)，從完善教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面進(jìn)行課程的改革與探索，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：薄膜物理與技術(shù)；教學(xué)改革；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）35-0139-02

一、引言

《薄膜物理與技術(shù)》課程主要介紹薄膜材料的制備技術(shù)、薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制、薄膜性能表征、薄膜材料及其應(yīng)用等有關(guān)薄膜技術(shù)的基本知識(shí)，是微電子、光學(xué)工程、應(yīng)用物理、材料物理等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，掌握薄膜材料與薄膜技術(shù)的基本知識(shí)和物理原理，為畢業(yè)后從事相關(guān)領(lǐng)域的科研和工作打下良好的基礎(chǔ)。我校為應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)三年級(jí)本科生開設(shè)了該課程。由于該課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性、專業(yè)性和前瞻性，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足課程的教學(xué)要求，在綜合我校師資力量和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身教學(xué)體會(huì)，從完善教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面進(jìn)行課程的改革與探索。

二、教學(xué)內(nèi)容的選擇與更新

《薄膜物理與技術(shù)》的教學(xué)目標(biāo)不僅僅是要學(xué)生掌握薄膜材料制備技術(shù)的原理、薄膜的性質(zhì)和應(yīng)用等基本知識(shí)，更重要的是希望通過該專業(yè)基礎(chǔ)課激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣，從而關(guān)注科學(xué)研究進(jìn)展，培養(yǎng)學(xué)生提出問題和解決問題的能力，為今后的學(xué)習(xí)、工作和研究打下良好的基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)我們的教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)內(nèi)容上需要做出新的選擇與更新。

1.優(yōu)化教材內(nèi)容。目前主要的薄膜物理方面的教材，除了清華大學(xué)出版社出版，田民波和李正操編著的《薄膜技術(shù)與薄膜材料》之外，大部分書中都沒有詳細(xì)介紹氣體放電和等離子體的內(nèi)容。我們認(rèn)為學(xué)生了解氣體放電和等離子體的基本內(nèi)容對(duì)于學(xué)習(xí)《薄膜物理與技術(shù)》這門課程是非常必要的。另外，目前一部分教材中包含關(guān)于薄膜性能表征的內(nèi)容，而另一部分書中則沒有這部分內(nèi)容。由于有關(guān)薄膜物理與技術(shù)各種書中內(nèi)容的差別，我們從我院人才培養(yǎng)的目標(biāo)出發(fā)，研讀多部教材，結(jié)合我院實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況，從中篩選優(yōu)化出真空技術(shù)、氣體放電和低溫等離子體、薄膜的生長(zhǎng)、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、薄膜的性質(zhì)、薄膜的性能表征、薄膜材料等內(nèi)容作為我們的主要教學(xué)內(nèi)容。

2.增加前沿知識(shí)。隨著光電子和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，薄膜材料與薄膜制備技術(shù)也在高速發(fā)展，因此《薄膜物理與技術(shù)》課程是與科技前沿密切相關(guān)的課程，具有很強(qiáng)的前沿性和先進(jìn)性[1]。在教學(xué)過程中緊跟科學(xué)前沿，讓學(xué)生了解薄膜材料與薄膜技術(shù)的新概念、新材料和新技術(shù)，為他們?nèi)蘸笞呱瞎ぷ鲘徫换蛘咦x研打下良好基礎(chǔ)，是我們不懈的追求。因此在教學(xué)過程中，除了教材涉及的基本內(nèi)容之外，還應(yīng)該把該領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展和科學(xué)前沿介紹給學(xué)生。

3.引入科研成果?！侗∧の锢砼c技術(shù)》課程是在近代科學(xué)研究不斷發(fā)展和積累的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一門課程，因此課程教學(xué)必須緊跟科學(xué)研究的步伐。我院從事該課程教學(xué)的教師都活躍在科研一線，因此在教學(xué)過程中我們努力把課題組的科研方向和成果介紹給學(xué)生。例如，我們課題組主要的研究方向超硬薄膜、透明導(dǎo)電薄膜、薄膜晶體管、彩色鍍膜玻璃等涉及多類薄膜材料及其在產(chǎn)業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用，課程教學(xué)過程中把這些研究實(shí)例與科學(xué)的思維和方法介紹給學(xué)生，不僅豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，更激發(fā)了學(xué)生的科研意識(shí)，起到了良好的教學(xué)效果。我們課題組的研究都需要用到我院磁控濺射、多弧離子鍍等薄膜制備設(shè)備和X射線衍射、掃描電子顯微鏡等薄膜性能測(cè)試儀器，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)了這些儀器的原理和用途，通過我們科研內(nèi)容的介紹和后期在實(shí)驗(yàn)室中近距離接觸這些儀器，學(xué)生能直觀感受到從各種各樣的儀器到多姿多彩的薄膜樣品，這對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣起到了積極的作用。不少學(xué)生因此對(duì)薄膜材料充滿興趣，慢慢喜歡上了這門與科研、實(shí)踐、應(yīng)用緊密相連的課程，很多學(xué)生更是通過我校本科生科研立項(xiàng)活動(dòng)和畢業(yè)設(shè)計(jì)參與到與薄膜制備技術(shù)和薄膜材料相關(guān)的科研實(shí)踐中，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的能力非常重要。

三、教學(xué)方法的改革和創(chuàng)新

1.理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要形式和方法，《薄膜物理與技術(shù)》是我院應(yīng)用物理專業(yè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的一門課程。為保證理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，我院根據(jù)實(shí)驗(yàn)室已有設(shè)備，開設(shè)《專業(yè)實(shí)驗(yàn)》課程，針對(duì)理論課中涉及的制備方法和表征技術(shù)設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，比如：射頻磁控濺射、電子束蒸發(fā)、多弧離子鍍等薄膜制備實(shí)驗(yàn)，臺(tái)階儀測(cè)量薄膜厚度、X射線衍射分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)、掃描電子顯微鏡測(cè)試薄膜表面形貌、電輸運(yùn)系統(tǒng)測(cè)試電學(xué)性能、紫外-可見光分光光度計(jì)和傅里葉紅外光譜儀測(cè)試薄膜光學(xué)性質(zhì)、納米壓痕儀測(cè)試硬度等薄膜性能表征實(shí)驗(yàn)等。通過這些實(shí)驗(yàn)的開展，學(xué)生對(duì)物理氣相沉積中的三種主要制備技術(shù)蒸發(fā)、濺射和離子鍍有了更加具體感性的認(rèn)識(shí)，對(duì)薄膜的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等性能和薄膜應(yīng)用有了深刻的理解。課堂理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，不僅加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，而且培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力、科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和解決實(shí)際問題的能力[2]。

2.充分利用多媒體手段?！侗∧の锢砼c技術(shù)》課程涉及真空技術(shù)、氣體放電、薄膜制備方法、薄膜材料和薄膜性能表征等，內(nèi)容復(fù)雜多樣，各部分內(nèi)容之間相對(duì)獨(dú)立，課程缺乏系統(tǒng)性。授課過程中如果僅限于傳統(tǒng)教學(xué)，學(xué)生很容易缺乏興趣和主動(dòng)性，只是死記硬背知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)效果欠佳。我們?cè)谡n堂上充分利用多媒體教學(xué)手段，播放相關(guān)內(nèi)容的圖片、動(dòng)畫或者視頻等，將學(xué)習(xí)內(nèi)容簡(jiǎn)單化、形象化、具體化，不僅有利于學(xué)生理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，而且充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。為了形象生動(dòng)地說明各種制備技術(shù)的原理，我們的教學(xué)PPT中包含了大量的儀器實(shí)物圖片、儀器原理圖片和薄膜制備視頻等。在磁控濺射的教學(xué)過程中，首先給學(xué)生播放我們課題組磁控濺射制備薄膜的視頻，展示我們制備的各種各樣的薄膜材料，學(xué)生對(duì)三維的立體材料變?yōu)槎S的薄膜材料充滿好奇，隨后教師開始講授磁控濺射的原理、特點(diǎn)等內(nèi)容，有效地提高了課堂教學(xué)效果。

3.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力?，F(xiàn)代教育理論認(rèn)為，學(xué)生是受教育的主體，一切教育活動(dòng)都要服務(wù)和服從于主體。在《薄膜物理與技術(shù)》的教學(xué)過程中，我們會(huì)布置2—3個(gè)大作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容涉及薄膜制備技術(shù)、薄膜材料及其應(yīng)用、薄膜性能表征等內(nèi)容。在大作業(yè)完成的過程中，充分體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和積極性。學(xué)生充分利用學(xué)校圖書館的電子數(shù)據(jù)庫，查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，最后大作業(yè)以PPT或者word文檔的形式提交，我們把大作業(yè)完成情況記入學(xué)生的平時(shí)成績(jī)，最終平時(shí)成績(jī)記入課程成績(jī)。

四、總結(jié)

最近，在2018—2022年教育部高等學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)成立大會(huì)上，教育部部長(zhǎng)強(qiáng)調(diào)，聚焦培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人這一根本使命，要抓住振興本科教育這一核心，加快構(gòu)建高水平人才培養(yǎng)體系，全面提高人才培養(yǎng)能力。教育部要求各高校打造有深度、有挑戰(zhàn)的“金課”，合理提升課程挑戰(zhàn)度和高階性，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。通過學(xué)習(xí)《薄膜物理與技術(shù)》這門課程，學(xué)生不僅可以掌握薄膜技術(shù)及其物理基礎(chǔ)，而且可以看到科學(xué)的發(fā)展永無止境，有更多未知的領(lǐng)域需要他們?nèi)ヌ剿鳎瑥亩ぐl(fā)學(xué)生的科研興趣、使命感和責(zé)任感，為將來的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉志鎮(zhèn)，張銀珠，黃靖云，汪雷.以科研促進(jìn)《薄膜材料技術(shù)與物理》專業(yè)課程的教學(xué)改革[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，28（3）：474-476.

[2]許波，陳曉平，姬偉，毛彥欣.“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革思考與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（1）：8-10.