以科研相融合的《薄膜技术与薄膜材料》课程实践教学改革初探

摘要：薄膜技术与薄膜材料已成为构筑当今高新技术产业发展的基本要素，薄膜技术与薄膜材料课程是材料科学与工程、应用物理等专业的一门重要专业课程。本文分析了该课程现行实践教学中的不足，对科研与实践教学相结合的教学内容、教学形式进行了阐述和讨论。

关键词：薄膜技术与薄膜材料；科研与教学；人才培养；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）07-0091-02

近年来，薄膜技术与薄膜材料得到了突飞猛进的发展，各类新型薄膜材料大量涌现，薄膜制作和微细加工工艺不断创新，各种薄膜在高新技术领域的应用更加普及，并形成了以平板显示器件、LED芯片制造、太阳能光伏和大规模集成电路等为代表的新兴战略高新技术产业，并对人类现代的生产生活方式产生了深远的影响，可以说薄膜技术和薄膜材料已成为构筑高新技术产业的基本要素，是当代材料科学、物理科学、微电子制造技术最前沿和最活跃的研究领域之一[1-3]。随着电子信息产业和人类信息社会的纵深发展，电子元器件向低维化、小型化发展，薄膜材料，特别是半导体薄膜，在微电子、光电子、能源开发与存储等高新技术领域发挥着至关重要的作用。

随着薄膜技术与材料科学研究的不断发展，新材料、新方法、新技术、新工艺、新成果层出不穷，这些新的科研成果一方面不断丰富课程内容，另一方面又不断推动着课程实践教学的改革，可以说，《薄膜技术与材料》课程就是建立在近代科学研究不断积累和发展的基础之上而形成的一门专业课程，它与科学研究有着与生俱来的渊源，这就决定了课程教学必须紧跟科研成果发展。因此，本文将基于笔者在《薄膜技术与薄膜材料》课程中的实践教学经验，以及通过自身在薄膜材料技术领域的科学研究与教学相结合的心得与体会，对《薄膜技术与薄膜材料》课程的实践教学改革进行了相应的分析与讨论。

一、课程传统实践教学存在的问题

《薄膜技术与薄膜材料》课程一般包括真空技术基础、薄膜制备与分析、微细加工技术、薄膜材料及应用四大主要内容，涉及的知识面宽广，课程的实践应用性强，现有传统的讲授教学方法难以适应课程发展的需要，就我校该课程的理论和实践教学来说，主要存在以下几个问题。

（一）实验教学重视不足

《薄膜技术与薄膜材料》课程本身就是实践性、专业性和综合性很强的一门专业课程，相关实验的开展需要强大的硬件设备支持，而大多数的硬件投入都很昂贵，如一套磁控溅射设备一般均要几十万元。因此很多高校由于硬件投入的严重不足，相关的课程实验根本就无法开展。而能够开展起来的也都是利用科研的实验设备，但又因设备的昂贵，往往又不能放手让本科生去直接操作，因此，课程的实践教学很大程度上还是停留在认知过程上，学生也只是看看新鲜，对技术和设备原理并没有做到真正的深入理解，更谈不上独立操作，这对于实践教学来说，无疑是一个短板，也在很大程度上影响了实验教学的效果。如在笔者早期教学过程中，一位毕业的学生找到一家LED薄膜太阳能电池制造的企业从事研发工作，可刚学完《薄膜技术与薄膜材料》课程的他给我电话来询问磁控溅射法制备薄膜的工艺控制问题。这事让我感触颇深，一方面我庆幸学生能主动打电话来问，另一方面也需要反思我们的教学过程，特别是实践教学的问题。

（二）实验内容和层次较单一，难以满足学生深入理解和掌握的需要

《薄膜技术与薄膜材料》课程的实验内容一般以开设磁控溅射金属或氧化物薄膜为主，而对于其他的如溶胶凝胶技术、真空蒸发、CVD气相沉积等方法的实验相对较少，实验内容相对较单一，实验的项目也较少。一个完整的实验过程涉及到基片清洗、靶材准备安装、抽真空、镀膜、退火处理以及理化性能的分析检测等一系列内容，工序和耗时较长，另一方面又由于实验的课时一般在4～6课时，因此要在这么短的时间内进行实验，实验的效果可想而知。由此带来的后果是只能将实验的内容进行压缩，且实验的层次也一般定位于认知型，因此在现行的实验过程中，尚无法满足学生深入理解和实际掌握各种薄膜制备技术的要求。

（三）将科研引入教学的意识薄弱，教学与产业应用相分离

由于传统教学模式以及受限于教学大纲和学校相关教学管理制度的原因，《薄膜技术与材料》课程的教学基本还是以教材知识和案例为主导，而将科研成果引入到教学过程的意识尚需加强，特别是在实践教学环节中，一些科学的思维、方法、研究成果难以在实践教学过程中得以体现。另外薄膜技术与材料在当前LED产业、平板显示器产业、太阳能光伏产业、膜式电子元器件等高新技术产业中均得到了大规模的应用，而教师在校由于与市场、企业、行业接触机会较少，因此教师对薄膜技术与材料在产业的应用关注不够，难以真正理解技术在产业中的实际应用情况，教学与产业的实际应用相分离，在实际教学过程中就容易造成错位或脱节的现象。

二、构建以教师科研与教学相融合的实验教学体系

实验、实践教学是国家卓越工程师培养计划的一个重要组成部分，也是当前本科教学应着重解决的一个重要问题[4-5]。《薄膜技术与材料》作为一门应用和实践性十分鲜明的课程，实验实践对课程教学显得尤其重要。

（一）修订并完善实验教程，优化实验项目

实验教程是学生开展课程实验的作业指导书，在实验实践教学中具有十分重要的地位。正是基于此认识，笔者所在教学团队即针对我院材料科学与工程专业实验实践教学要求，组织编写并出版了《功能材料制备与性能实验教程》（2012年，化学工业出版社），并将《薄膜技术与薄膜材料》课程的实验环节按一般性、提高性常规基础实验和以提高学生科研素养、培养研究能力、创新能力为主的“三性”实验进行编排，并注重考虑教程的适用性、针对性、科学性和系统性，并对相应的实验项目进行优化，取得了良好的效果。

（二）强化基础实验，并结合教师科研项目逐步拓展技能型实验

在充分利用学院专业基础实验室条件的基础上，实现课内实验和开放实验相结合，在满足课程基础实验教学的前提下，利用课题组先进的薄膜制备设备如三靶磁控溅射仪、真空热蒸发等，并结合教师科研项目开展了如平板显示器电极材料氧化铟锡（ITO）薄膜、白光LED用荧光薄膜材料的制备和表征分析，通过课程实验与科研项目的结合，极大地激发了学生的实验热情，并使学生的动力能力、基本科研能力得到大幅提高。通过该措施，有多名大四学生强烈要求进入课题组开展实验研究或进行毕业设计工作，并在毕业后成功进入国内著名LED制造企业、太阳能光伏企业从事相关薄膜技术研发工作。

（三）从教师科研项目中设立子课题，并吸纳在课程实验过程中表现优秀的学生组成研究小组参与教师科研

在教师的指导下开展实验研究，并允许学生利用项目资源参加大学生竞赛活动。通过该途径，一方面给学生提供了参与科研的机会，另一方面利用本科生敢想敢做的有利条件尝试新的思路并为教师分担部分科研工作。通过前期实践，就引导学生在薄膜制备领域获得了国家级大学生创新性试验项目和国家级创业训练项目各一项，指导学生获得了第五届“挑战杯”广西大学生创业大赛一等奖和2014年“创青春”广西大学生创业大赛金奖的好成绩。实践证明通过积极吸纳本科生进入教师科研项目的措施对促进学生创新性实验和思维的培养以及强化学生参与科研的能力和信心起到了十分积极的作用，是一种创新性人才培养的有效方式。

（四）通过科研项目引导，从教师本身出发，积极开展走出去的战略

如通过到企业进行实地考察、并与企业的相关技术人员进行沟通交流，并积极参加国内的一些行业展会如LED展、太阳能光伏展、锂电池展等，了解技术、设备、应用现状，增强教师的切身体会，再将这些所见所闻引入到实验教学过程中，也有效地增进了实验教学的效果。

三、结束语

教学改革的方向是科学技术，科学技术的快速发展，又推动了教学改革的加速，教学要适应科学技术的发展，同时又促进着科研的发展。《薄膜技术与材料》课程作为一门具有综合性的交叉课程，是材料科学与工程专业学生拓宽就业面、切入电子信息等高新技术产业的一门重要专业课程，尤其是随着近几年薄膜技术与材料的飞速发展，创新性成果的大量涌现，其成为当前技术创新的一个重要领域，也是培养大学生创新思维并鼓励其参加创新性实验的重要阵地。时展和创新工程技术人才培养的目标要求高校和教师坚持实施“学科、专业、课程、实验室”四位一体的建设方针，教学科研相长，理论实践相融。在注重培养学生高尚的道德品质、扎实的知识、精湛的技能、求真的科学精神的同时，还需要将知识、素质、能力协调发展，学习、实践、创新相互促进的先进的教学思想和实验教学改革思路融入到课程教学过程中去，为培养高素质的工程应用型人才而努力。

参考文献：

[1]Gagliard，M.Global Markets，Technologies and Materials for Thin and Ultrathin Films[J].BCC Research，USA，2012，294.

[2]田民波.薄膜技术与材料[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3]叶志镇，张银珠，黄靖云，汪雷.以科研促进《薄膜材料技术与物理》专业课程的教学改革[J].材料科学与工程学院，2010，28（3）：474-476.

[4]侯永峰，武美萍，宫文飞，吴爱华.深入实施卓越工程师教育培养计划，创新工程人才培养机制[J].高等工程教育研究，2014，（3）：1-6.

[5]李银国，张东，袁春艳.推进创新实践，培养创新人才[J].中国高等教育，2014，（8）：43-46.