劉親壯，陳 三，張永興，李 兵

（淮北師范大學 物理與電子信息學院，安徽 淮北 235000）

《薄膜物理與技術(shù)》課程教學改革探析

劉親壯，陳 三，張永興，李 兵

（淮北師范大學 物理與電子信息學院，安徽 淮北 235000）

隨著微電子器件及制造技術(shù)的快速發(fā)展，薄膜物理與相關制備技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代理工科大學生必須掌握的一門重要知識.本文分析《薄膜物理與技術(shù)》課程教學的內(nèi)容、特點，以及存在的不足，探討該課程的教學改革方法，從更新教學內(nèi)容、更新教學方法、課堂教學與實驗相結(jié)合等方面給出課程教學改革的建議.

薄膜物理與技術(shù)；教學改革；教學內(nèi)容；教學方法

《薄膜物理與技術(shù)》是材料物理專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎課程，也是電子器件材料與元器件專業(yè)本科專業(yè)基礎課程.通過這門課程的學習，學生可以初步掌握真空及薄膜的物理基礎知識，對真空蒸鍍、濺射、化學氣相沉積等基本工藝技術(shù)有全面的了解，同時還可以對各種類型薄膜材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能及應用有系統(tǒng)的認識.本文結(jié)合教學實踐經(jīng)驗，對課程的教學內(nèi)容和教學方法提出一些看法，并進行一些創(chuàng)新嘗試和探索.

1 課程教學內(nèi)容、特點及不足

1.1 課程教學內(nèi)容

《薄膜物理與技術(shù)》主要涉及各種成膜技術(shù)和薄膜物理的內(nèi)容，包括蒸鍍、濺射、離子鍍、化學氣相沉積、溶液鍍膜等各種制備薄膜的技術(shù)，以及薄膜形成的過程、薄膜的結(jié)構(gòu)和缺陷，薄膜的電學、磁學、力學和半導體性質(zhì)等.學生通過對本課程的系統(tǒng)學習，能夠了解新穎的半導體材料和微電子、光電子高科技的迅速發(fā)展，熟悉低維、薄膜材料技術(shù)與器件相關工藝等微電子、光電子關鍵技術(shù)，能夠掌握常用薄膜材料的制備技術(shù)及相關基礎知識，使得他們以后在高科技領域?qū)W習或工作中發(fā)揮重要作用.通過這門課程的教學，不僅要求學生初步掌握真空及薄膜的物理基礎，對真空獲得、真空測量、氣體放電、等離子體物理，離子濺射、薄膜生長等有較深入的了解.對各種類型薄膜材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能及應用有系統(tǒng)的了解，掌握真空蒸鍍、濺射、化學氣相沉積等基本工藝.而且還要求對迅速發(fā)展的薄膜技術(shù)有全面的了解，能夠使用多種類型薄膜材料的設備、分析多種類型的薄膜的性能，并初步具備開發(fā)新設備、制備新材料的創(chuàng)新能力.

1.2 課程教學特點

本課程是一門實用型很強的課程，除要求學生掌握基本的理論知識之外，更重要的是要求學生掌握各種制備薄膜的技術(shù)，具備一定的動手操作能力.而傳統(tǒng)的課堂教學忽略了對學生實驗技能的培養(yǎng)和訓練.在課堂上講述每種制備薄膜技術(shù)時，以濺射鍍膜為例，通常是先講述濺射鍍膜的原理，濺射鍍膜的特點，濺射鍍膜的類型，以及濺射鍍膜的優(yōu)點和缺點.由于這種講述是依靠課堂上直白的說教，學生無法產(chǎn)生較直觀的認識，很難調(diào)動學生的學習積極性，出現(xiàn)上課注意力不集中、聽課不認真的現(xiàn)象，很難收到較好的教學效果.而且學生的動手操作能力也得不到鍛煉，無法培養(yǎng)學生研發(fā)新設備、新材料的創(chuàng)新研發(fā)能力.因此，為取得更好的教學效果，本課程要做到理論課程和實驗課程的同步，把實驗操作方法、儀器、設備、構(gòu)造等與課堂理論結(jié)合起來，重視實驗教學.

1.3 課程教學不足

目前，《薄膜物理與技術(shù)》方面的教材國內(nèi)比較缺乏，很難找到一本較新的優(yōu)秀教材.國內(nèi)很多高校使用的教材大多為楊邦朝、王文生1994年編著的《薄膜物理與技術(shù)》.薄膜物理與薄膜技術(shù)均是正在發(fā)展的學科與技術(shù)，有關薄膜的性質(zhì)、薄膜的形成機理的某些內(nèi)容仍處在探討之中，薄膜技術(shù)也在不斷發(fā)展與完善之中.如今距此教材的出版已20年，這期間新型材料不斷被合成和制備，新的薄膜物理研究成果不斷出現(xiàn)，新的薄膜制備技術(shù)不斷產(chǎn)生.若在教學過程中仍按照老教材照本宣科的講授，就會出現(xiàn)教學內(nèi)容缺乏先進性和前沿性，缺乏具有實用性的新技術(shù).例如脈沖激光沉積（PLD）技術(shù)，它是各種制備薄膜技術(shù)當中使用范圍廣泛，制膜方法簡單、沉積速率較高的一種制備方法.PLD方法由于在1987年成功制備出高質(zhì)量的高溫超導薄膜而引起人們的廣泛關注，此后薄膜制備方法得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用.然而在教材中對此種制備方法的介紹卻一筆帶過，這樣就會導致學生所學的內(nèi)容和現(xiàn)實很難結(jié)合起來.

2 教學改革的建議

2.1 更新教學內(nèi)容

對于《薄膜物理與技術(shù)》這門課程，若在講解過程中采用傳統(tǒng)的教學方法，僅僅對各種制備薄膜技術(shù)系統(tǒng)性介紹，就會出現(xiàn)講解內(nèi)容比較籠統(tǒng)，重點不突出.因此在課程講授的過程中，一方面增加目前正在發(fā)展中的薄膜技術(shù)，對薄膜技術(shù)的最新發(fā)展前沿加以介紹.另一方面，對當前應用廣泛的幾種薄膜制備加以重點講解.例如在教學過程中增加PLD、磁控濺射、分子束外延等制備方法和課時，對最新發(fā)展動態(tài)、制備技術(shù)作重點詳細地講解.同時把最新發(fā)現(xiàn)的新型薄膜材料的性質(zhì)，如新型鐵基超導材料、多鐵性材料、石墨烯等薄膜材料的性質(zhì)引入到課堂教學內(nèi)容當中，把薄膜形成機理的最新研究成果增加到教學內(nèi)容中，從而極大地豐富薄膜物理與技術(shù)的課堂教學內(nèi)容.

2.2 更新教學方法，豐富教學模式

目前被廣泛使用的教學模式為黑板板書或者PPT進行授課，很難調(diào)動學生的思考積極性，無法激起學生的學習積極性.因而可以利用計算機、多媒體進行形象化、可視化教學，采用不同的顏色、立體的視圖，結(jié)合大量的圖片、視頻和動畫等資料，把各種復雜的制備薄膜設備的結(jié)構(gòu)以及工作原理，更加生動、形象、逼真地展示在學生面前，可以將抽象的內(nèi)容形象化，極大地增加學生的學習注意力，提升學生的學習興趣，加深對所學相關知識的理解和記憶，極大地提高教學效果和教學質(zhì)量［1］.同時，充分利用我們擁有的優(yōu)秀教師資源和科研資源，邀請教師通過專題報告的形式把他們的最新研究課題、最新研究成果講授給學生，使得學生能夠接觸到薄膜材料科學的前沿理論、最新成果以及最新薄膜制備技術(shù)和工藝，拓寬學生的視野，擴大知識面.由于薄膜材料和薄膜制備技術(shù)的發(fā)展日新月異，除在課堂上講授新知識外，可以給學生布置一些課外作業(yè)，讓他們?nèi)ゲ殚唶鴥?nèi)外的文獻資料，調(diào)研一些新材料的薄膜制備方法，去調(diào)研新近發(fā)展起來的薄膜制備技術(shù)，去分析比較它們的特點，以及制備薄膜材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的差異.這樣不僅鍛煉學生的查閱文獻的自學能力和思考能力，而且調(diào)動學生們學習的積極性和主動性.

2.3 課堂教學與實驗相結(jié)合

實驗是教學的重要組成部分，對于《薄膜物理與技術(shù)》這門課程，在教學講解的過程中所涉及到的真空蒸鍍、磁控濺射、脈沖激光沉積、溶膠凝膠等制備薄膜技術(shù)，一方面通過開放鍍膜實驗室，把學生帶到實驗室，去實地講解設備的構(gòu)造，各個部件的功能，并觀看薄膜的整個制備過程，可以增加學生的感性認知.另一方面，還可以通過開放實驗課題、本科生科研項目、課程設計等實踐的形式讓學生參與到使用薄膜技術(shù)制備薄膜的過程當中來.學生通過查閱相關文獻，了解國內(nèi)外薄膜材料的研究發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，結(jié)合實驗室現(xiàn)有的實驗條件，制定出可行的研究方案，并動手實驗，對薄膜材料及制備技術(shù)產(chǎn)生更深刻的認識［2］.例如，每學期在本科生實驗教學中，推行開放性設計實驗，在教師的指導下，讓學生進行資料收集和實驗設計，并獨立完成整個實驗課題.還對學生開設《材料科學基礎》實驗課，開設了“磁控濺射制備半導體材料”和“脈沖激光沉積法制備功能氧化物薄膜”實驗課，通過實驗課中鍍膜設備的操作，對薄膜的制備過程有了全面的了解，并且對真空設備具有感觀的認識，加深對課堂上所學的薄膜技術(shù)基礎知識的理解；對于開設的“X射線衍射儀原理與應用”和“掃描電子顯微鏡的原理及應用”實驗課，通過對外延薄膜樣品的線性掃面、搖擺曲線和Φ掃描，以及表面形貌等操作，學生不僅能夠掌握所制備薄膜的結(jié)構(gòu)表征，還可以加深薄膜生長機理以及薄膜結(jié)構(gòu)缺陷的理解；對于所開設的“穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熒光光譜儀原理與使用”和“材料低溫輸運性質(zhì)測試系統(tǒng)的構(gòu)造與測試”實驗課，通過對所制備薄膜的物性測試，可以加深學生對薄膜材料光學、電學、磁學等物理性質(zhì)的理解.課堂教學與實驗相結(jié)合不僅可以幫助學生鞏固課堂上所學的理論知識，熟悉各種制模技術(shù)，而且培養(yǎng)學生的動手能力和科研創(chuàng)新能力.

3 結(jié)束語

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是微電子器件及制造技術(shù)的發(fā)展，薄膜材料和薄膜制備技術(shù)在當今材料及器件領域占據(jù)越來越重要的地位和作用.《薄膜物理與技術(shù)》是材料學、物理電子學本科專業(yè)一門重要的基礎課程，通過對薄膜物理與技術(shù)課程多年教學經(jīng)驗積累，結(jié)合課程的內(nèi)容、特點和性質(zhì)，從教學內(nèi)容，教學方法和模式，教學與實驗相結(jié)合等方面進行分析研究和嘗試，激發(fā)學生的學習興趣，加深學生對所學知識的理解，增強學生的專業(yè)素質(zhì)，培養(yǎng)學生的動手能力和科研創(chuàng)新能力.

［1］武紅磊，郭媛.“薄膜物理與技術(shù)”課程教學改革的思考［A］.第5屆教育教學改革與管理工程學術(shù)年會論文集，2012.

［2］葉志鎮(zhèn)，張銀珠，黃靖云，等.以科研促進《薄膜材料物理與技術(shù)》專業(yè)課程的教學改革［J］.材料科學與工程學報，2010（3）：474-476.

Exploration of Teaching Reform in Physics and Technology of Thin Films

LIU Qin-zhuang，CHEN San，ZHANG Yong-xing，LI Bing
（School of Physics and Electronic Information，Huaibei Normal University，235000，Huaibei，Anhui，China）

With the rapid development of microelectronic devices and manufacturing techniques，thin film physics and the preparation techniques are gradually becoming an important course for college students of science and engineering.In this article，the teaching contents，teaching characteristics，and deficiencies of the course of the physics and technology of thin films were analyzed.The teaching reform of this course was ex?plored.The suggestions of updating the teaching content，renewing teaching method，and combination of class?room teaching and experiment teaching were given.

physics and technology of thin films；teaching reform；teaching contents；teaching methods

G 642.0

C

2095-0691（2015）01-0090-03

2014-09-10

國家自然科學基金項目（11004071）；安徽省教育廳教學研究項目（2012jyxm261）；淮北師范大學教學研究項目（jy14139）

劉親壯（1981- ），男，安徽蕭縣人，副教授，主要從事氧化物薄膜材料的教學與科研工作.