林圳旭

（韓山師范學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 潮州 521041）

隨著國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要、“中國(guó)制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“一帶一路”等重大戰(zhàn)略的提出和不斷深入實(shí)施，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心的新型經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展，未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要一大批實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才，因此，新型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)顯得尤為重要。從2011年起，教育部已同意將國(guó)內(nèi)高校新增140個(gè)新專(zhuān)業(yè)（如新能源材料與器件、功能材料、納米材料與技術(shù)等）確定為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)本科專(zhuān)業(yè)，著手為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)所需高素質(zhì)專(zhuān)門(mén)人才。材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)作為材料學(xué)科的重要組成部分，與新能源材料與器件、功能材料、納米材料與技術(shù)等新工科專(zhuān)業(yè)有著密切的聯(lián)系，擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)材料工程科技人才的重要任務(wù)。地方院校作為培養(yǎng)區(qū)域性材料工程科技人才的主陣地，對(duì)促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)有重要的支撐作用，因此，深化材料工程教育模式改革創(chuàng)新具有重要的研究意義。本文以等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備教學(xué)設(shè)計(jì)為例，探討改革等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和方法，積極尋求和實(shí)踐創(chuàng)新型材料工程科技人才綜合能力培養(yǎng)的新路徑和新方法。

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積鍍膜機(jī)是硅基太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)、微電子產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備，也是目前國(guó)內(nèi)高校在光電功能材料專(zhuān)業(yè)方向開(kāi)設(shè)的功能薄膜生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)的必備儀器，廣泛應(yīng)用于大專(zhuān)院校、科研院所的薄膜材料的科研與小批量薄膜制備。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)是利用等離子體激活反應(yīng)前驅(qū)氣體，采用平板電容式結(jié)構(gòu)，下極板連接溫控加熱電源用以控制襯底溫度，上極板連接射頻電源，上下極板之間加有射頻電壓，使得兩極之間產(chǎn)生輝光放電，促使反應(yīng)氣體電離，促進(jìn)在基體表面或近表面空間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，所形成的等離子體在襯底表面沉積形成薄膜，其設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積鍍膜機(jī)主要由三個(gè)模塊組成：進(jìn)氣系統(tǒng)、薄膜沉積系統(tǒng)和真空抽氣系統(tǒng)。其中，進(jìn)氣系統(tǒng)一般由多個(gè)氣源和相應(yīng)的氣體流量控制系統(tǒng)組成，針對(duì)不同的薄膜材料制備而選擇相應(yīng)的反應(yīng)氣源，例如制備硅基PN結(jié)太陽(yáng)能電池一般選擇硼烷/磷烷、硅烷和氫氣等作為反應(yīng)氣源，而生長(zhǎng)石墨烯材料一般選擇甲烷和氫氣作為反應(yīng)氣源；薄膜沉積系統(tǒng)一般由反應(yīng)腔、平板電容式極板、加熱系統(tǒng)和射頻電源構(gòu)成；真空抽氣系統(tǒng)一般由機(jī)械泵和二級(jí)真空泵（如羅茲泵，分子泵等）構(gòu)成。

圖1 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

由于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積鍍膜機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其昂貴的設(shè)備價(jià)格決定實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備數(shù)量必然有限，指導(dǎo)教師人數(shù)不多，在教學(xué)中，大部分學(xué)生只能觀察設(shè)備，甚至沒(méi)有機(jī)會(huì)動(dòng)手操作儀器，導(dǎo)致學(xué)生在該門(mén)課程的學(xué)習(xí)中重理論輕操作，在該門(mén)課程中發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生對(duì)儀器的基本結(jié)構(gòu)不熟悉，對(duì)操作步驟較為生疏，甚至部分學(xué)生只知設(shè)備可以干什么卻對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作一竅不通，該門(mén)課程的教學(xué)效果較不理想，此種情況也存在于其他結(jié)構(gòu)復(fù)雜大型、數(shù)量少的科研實(shí)驗(yàn)儀器的教學(xué)中，因此，合理安排教學(xué)內(nèi)容和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，有助于讓學(xué)生真正地了解大型科研儀器的基本結(jié)構(gòu)，熟練掌握操作步驟，從而提高其綜合專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

針對(duì)上述問(wèn)題，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先應(yīng)采用分組教學(xué)模式，通過(guò)增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)分組減少每次教學(xué)人數(shù)，讓學(xué)生能夠有充分時(shí)間接觸鍍膜機(jī)，能夠深入地研究和掌握儀器的構(gòu)造和操作，避免由于設(shè)備數(shù)量少造成學(xué)生無(wú)法動(dòng)手操作儀器的尷尬情景。由于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積鍍膜機(jī)復(fù)雜的設(shè)備構(gòu)造，學(xué)生很難在短時(shí)間掌握鍍膜機(jī)的相關(guān)知識(shí)，為了進(jìn)一步提高教學(xué)的效果和增強(qiáng)教學(xué)的專(zhuān)業(yè)性，視頻教學(xué)模式也是一種不錯(cuò)的方法。通過(guò)視頻拍攝錄制教師講解和操作等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積鍍膜機(jī)的整個(gè)過(guò)程，在課前讓學(xué)生觀看教學(xué)視頻進(jìn)行預(yù)習(xí)或者課后進(jìn)行復(fù)習(xí)總結(jié)，有助于學(xué)生提高對(duì)鍍膜機(jī)原理構(gòu)造和操作的理解和掌握，進(jìn)而改善實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的效果，同時(shí)，該方法也能夠減少教師的教學(xué)工作量。

此外，由于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的真空抽氣系統(tǒng)的各個(gè)零部件較為精密，對(duì)工作環(huán)境有嚴(yán)格要求，操作不當(dāng)容易造成設(shè)備損壞；其進(jìn)氣系統(tǒng)存在多組氣路，且涉及的氣路氣體存在易燃易爆的危險(xiǎn)性，貿(mào)然安排學(xué)生操作鍍膜機(jī)也存在較大的安全隱患。隨著計(jì)算機(jī)教育的普及，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)被廣泛地應(yīng)用于涉及高?；虼笮涂蒲性O(shè)備實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率和對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握。在鍍膜機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入鍍膜機(jī)真空實(shí)驗(yàn)虛擬仿真系統(tǒng)，虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的各個(gè)操作單元，學(xué)生登錄系統(tǒng)可以獨(dú)立的操作每個(gè)單位并記錄實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)記錄學(xué)生的每一個(gè)操作，假如學(xué)生出現(xiàn)操作不規(guī)范能夠及時(shí)提醒警示學(xué)生進(jìn)行改正，讓學(xué)生掌握鍍膜機(jī)的操作流程和如何通過(guò)監(jiān)測(cè)鍍膜機(jī)的各個(gè)儀表及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤操作，線(xiàn)下教學(xué)與線(xiàn)上教學(xué)相結(jié)合，可以避免因?yàn)閷W(xué)生操作不當(dāng)而不及時(shí)糾正導(dǎo)致鍍膜機(jī)的部件損壞，也能夠動(dòng)態(tài)地記錄分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程遇到的困難，做到因材施教，讓學(xué)生真正地了解儀器的基本結(jié)構(gòu)和熟練掌握鍍膜機(jī)的操作步驟。

在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步改革該門(mén)課程的期末考核方案，改變傳統(tǒng)以筆試加實(shí)驗(yàn)報(bào)告的考試模式，傳統(tǒng)的考核模式并不能準(zhǔn)確地把握學(xué)生對(duì)儀器的熟悉掌握程度；結(jié)合鍍膜機(jī)真空實(shí)驗(yàn)虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)的檢測(cè)記錄學(xué)生學(xué)習(xí)效果，可采用多元化考核評(píng)價(jià)模式，包括線(xiàn)上學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、平時(shí)學(xué)習(xí)成績(jī)和期末上機(jī)操作考核，全方位地考核學(xué)生對(duì)該門(mén)課程的掌握程度。通過(guò)改革期末考核方案促使學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)課的整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，做到課前預(yù)習(xí)、課中思考和課后復(fù)習(xí)的好習(xí)慣，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。