《微纳加工技术》教学改革与创新能力培养浅谈

王晨曦 安荣 郑振 田艳红

摘   要：微纳制造的发展对我国产业升级具有重要的战略意义，创新在技术变革中的作用不断凸显。我校电子封装技术专业开设的《微纳加工技术》课程教学过程中存在学生缺乏独立思考、学习主动性不足和创新思维受限等问题。本文为此提出了建立“以学为中心”课堂教学模式，由案例教学启发创新思维，增设开放性考题等一系列教学与考试方法改革建议，从注重知识传授向创新能力培养转变，全方位提高学生对该课程的学习成效。

关键词：电子封装  微纳加工  技术教学改革  创新能力

中图分类号：G642                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（c）-0183-02

随着人们认识和改造自然的能力由宏观延伸至微观，微纳米科技在生活中不断发挥着重要的作用。微纳加工技术是微纳米科技的基础，各类集成电路芯片、光电子与通讯元件、微机电系统（MEMS）及微纳流控器件等无不是通过微纳米尺度加工的手段制造出来的，与传统加工方法相结合制造出的工业产品（如计算机、移动通讯、人工智能、医疗健康、航空航天等）无处不在。同时，微纳加工也是一个新兴交叉领域，涉及到物理、化学、材料、机械、电子、生物等多个基础学科，加工技术发展日新月异[1]。目前我国已成为世界制造大国，到2030年要成为制造强国，需要在微纳制造领域有更多创新型、国际化的专业人才。

2007年哈尔滨工业大学由工信部及教育部批准首批开设了电子封装技术专业，在本科层次培养电子制造的紧缺人才[2]。《微纳加工技术》是电子封裝技术专业的一门重要的必修课。同时近年来国家十分重视大学生创新创业能力的培养[3]。为了贯彻落实“以学生为中心，学生学习与发展成效驱动”教育理念，深化创新教育改革，本文结合笔者在哈尔滨工业大学电子封装技术专业讲授《微纳加工技术》课程的经验，对该课程的教学方法与考试方法改革进行探索和实践，旨在提高人才培养质量，强化学生创新能力，培养国际化视野。

1  《微纳加工技术》课程内容及教学现状分析

目前国内众多高校开设了《半导体制造技术》和《微纳制造技术》等课程，重点讲授半导体芯片的微纳制造技术，如光刻、氧化、离子注入、金属化、刻蚀、化学机械平坦化等工艺。而我校的《微纳加工技术》课程不以半导体芯片的制造工艺为重点，主要讲授各种微纳米尺度加工方法，包括光学曝光技术、电子束曝光技术、聚焦离子束加工技术、激光加工技术、扫描探针加工技术、纳米压印技术、薄膜与刻蚀技术、间接加工技术、自组装纳米加工技术等。课堂教学采用传统板书和多媒体演示相结合的方式，使学生理解和掌握各种典型微纳加工方法的原理与技术特点，指导学生将所学的微纳加工技术应用于电子、光学、机械、生物等领域。笔者经过多年讲授，发现该课程在教学方法和考试模式等方面仍存在如下几个问题。

1.1 重视知识讲授，缺乏独立思考

微纳加工方法种类繁多，该课程涵盖了9大类数十种加工技术。教师通过充分的备课，在课堂上详细讲授各种方法的原理和特点。学生能够理解掌握，但学习方式较为被动，在教学环节中与学生互动不足，尚缺乏对学生创新思维的系统性引导。课后思考题也多基于对课堂讲授内容的归纳和总结，学生从教材中即可找到标准答案，结果往往千篇一律，很少能通过独立思考给出较具个性的回答。

1.2 学习主动性不足，获取知识能力弱

由于每一类加工方法都在不断发展进步，新的加工方法层出不穷，相关教材和讲授内容不可能做到全面涵盖和实时更新。这就需要引导学生课后阅读前沿科技领域中的微纳加工技术最新进展，培养学生主动学习意识，提高学习热情。另外，本课程的各项微纳加工技术中涉及大量英文专业词汇，而学生普遍在科技英文阅读方面较为薄弱，对部分专业词汇的发音与英文表达方式更为陌生，能够通过查阅最新高水平学术期刊获取相关知识的学生数量甚少。

1.3 考试题目刻板，创新思维受限

该课程的考核采用累加式评价手段，其中期末考试成绩仍占有相当大的权重，包含概念题、简答题和问答题等题目，主要考察学生对各种微纳加工方法的掌握情况。传统题目往往都拘泥于课堂讲授内容，学生通过课后巩固复习，依靠记忆能够在考试中顺利完成问题的解答，但对个人创新性思维发挥的空间十分有限。同时笔者发现学生虽然当时记住各个知识点，但一旦考试结束较容易在短时间内忘记，学生很难在后续学习和工作中获益。

2  教学方法与考试方法改革实践

针对上述问题，笔者近年来开始摸索对《微纳加工技术》课程教学方法和考试方法的改革，主要包括以下几个方面的尝试。

2.1 “以学为中心”课堂教学模式改革

借鉴国际一流高校微纳加工课程的教学设计（如麻省理工学院的在线开放课程，MIT OpenCourseWare），该课程定期会给学生布置一定量的作业。课程作业不单纯采用查阅资料归纳总结撰写报告的形式，往往涉及较多设计类和计算类问题。学生不仅需要主动学习相关知识，而且还需要运用工具软件（如绘图软件和数据处理软件）方能完成作业。另外，开展“翻转课堂”教学模式，让学生利用课堂所学知识和课后查阅资料，掌握微纳加工技术在前沿领域的发展状况，激发学生的新想法新思路。针对微纳加工课程部分内容重新调整课堂内外的时间，将学习的决定权从教师转移给学生，让学生能够更专注于主动的基于相关内容项目的学习，再通过课堂讨论共同研究各种微纳加工方法的最新案例，从而获得对微纳加工技术更深层次的理解，让学习更加灵活、主动。

2.2 双语教学对全课程的改革与实践

结合国外高校微纳加工课程资料和英文参考书，制作中英文双语教案。在课堂上采用双语教学，不仅教授各类加工方法，而且有意识地讲解英文专业术语及其表达方式。双语教学既能提高学生把握专业英语的学习能力，也有助于中英文表达的连贯性。微纳制造与当今信息科技的发展息息相关，为了更好地吸收和学习微纳加工的最新进展，教师从国际高水平期刊（如Nature、Science及其子刊）遴选出若干篇与微纳加工技术相关的代表性科技论文让学生阅读，提高学生们的主动学习热情。对英文基础好的学生，鼓励在课堂上做英文报告，要求利用5张幻灯片在5min内讲解论文中最新加工方法的基本原理和创新点，并在课堂上讨论交流。

2.3 由微纳加工案例启发创新思维

针对教学环节中与学生的互动不足，采用微纳加工案例教学模式培养学生的创新意识。开展大学生创新创业教育是我国建设创建新型国家、人才资源强国的重要举措，但当前创新创业项目主要基于“互联网+”为平台，并没有充分利用到自身所学的专业。为将微纳加工技术与创新教育两者结合，笔者近年来多次参加电子封装专业的教学研讨会，与国内高校、企业、研究所专家，紧密联系应用领域积累各种加工技术中的创新案例，强化学生创新能力的培养，初步建立创新思维的引导体系。除此之外，還从教师主持的科研项目中凝练出一些与微纳制造相关的小课题，留给学生们课后思考和设计，启发创新思维，同时体会到科研中的乐趣。

2.4 开放性题目与考试方法改革

对课程的考核仍采用累加式评价手段，但期末考试所占的权重有所减少，加大了平时作业和课堂报告占总成绩的份量。期末考试试卷中有标准答案的传统概念题和问答题所占比例减少，取而代之的是新型开放性题目。比如，让学生在阐述某种加工技术的原理的基础上进一步预测该项技术的理论加工极限与未来发展前景。此外，笔者尝试从Nature或Science等国际知名学术期刊中挑选出问题，每年形成一道期末考试题目，让学生在解答的过程中思考理论知识的实际应用。例如，在特定条件下采用何种方法如何加工出纳米级尺寸的珠穆朗玛峰？经笔者调查显示多名学生认为该类题目很有技术含量，即使考完试1～2年后仍能回忆出相关考题。

3  结语

通过开展教学方法和考试方法的改革，《微纳加工技术》课程现阶段已取得了较为良好的教学效果，学生对该课程的学习热情明显提高，课堂活跃度也大幅提升。微纳加工技术当前仍在不断发展进步，该课程涉及到的微纳加工技术的种类繁多，如何引导学生主动学习最新相关文献且不感到枯燥，避免消极对待，需要采用得当的方式和方法。学生的英文基础个体上有所差异，双语教学过程中要注意观察学生的接受能力，利用中英文两方面交互式讲授，如何能够让全体学生对讲授内容透彻理解，积极主动地参与互动也是本课程与其他电子封装技术专业课程未来需要解决的问题。

参考文献

[1] 周圣军.《微纳制造技术》教学经验与感受浅谈[J].教育教学论坛，2016（21）：97-98.

[2] 田艳红，王春青.电子封装技术研究与教育机构十年发展[J].电子工业专用设备，2013，42（Z1）：13-14，16.

[3] 马慧敏.大学生创新创业能力三位一体培养体系研究[J].教育理论与实践，2012，32（36）：12-14.

[4] 王文艳. "三位一体"培养大学生创新创业能力的研究与探索[J]. 新校园旬刊， 2017（8）：99-99.

[5] 方合其， 李妮. "三位一体"培养大学生创新创业能力的研究与探索[J]. 文存阅刊， 2017（20）.

[6] 陈洁茹. "三位一体"的大学生创新创业能力培养体系探析[J]. 教育与职业， 2018， 000（006）：60-63.