微纳制造前沿应用学科拓展课程的教学研究
作者：郝秀清
来源：《课程教育研究》2019年第29期
        【摘要】微纳制造前沿应用课程作为我校的学科拓展课程，针对工科、理科专业本科二年级以上学生开设，内容多、课时短和专业性强是讲授该课程必须解决的难题。本文在分析了课程和学生特点的基础上，提出科学梳理教学内容，开展背景知识融合、技术分类和模块化教学，坚持案例导入，优化教学方法，加强实践环节，注重能力培养等教学方法，取得了良好的教学效果。
        【关键词】微纳制造 ;前沿应用 ;拓展课程 ;教学研究
        【基金项目】本课程受到“江苏高校品牌专业建设工程资助项目”（项目号PPZY2015A021）资助，开展教学改革和方法探索研究。
        【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）29-0001-01
        1.引言
        微纳米制造技术已在航空、航天、能源装备、汽车等行业广泛应用并占有极其重要的地位，对国民经济和社会发展具有深远影响，特别是随着中美“芯片之战”的开始，微纳米制造技术变得愈发关键。微纳制造前沿应用课程主要讲授各类微纳制造技术及各技术的实际前沿应用，课程教学时间为24学时。
        本课程是衔接基础课与专业课的一门技术基础课，主要面向机械工程专业、材料工程、航空宇航、自动化、管理工程、理学院及相近专业本科二年级以上的学生。由于学生来自不同专业和不同年级，他们所具有专业差异性、兴趣差异性和个体差异性，因此，能否通过课堂讲解和讨论突破学科的狭隘视线，开阔学生的视野，获得思维的扩展和科学的研究方法，是本课程教学成功与否的关键。
        2.科学梳理教学内容，开展背景知识融合、技术分类和模块化教学
        微纳制造前沿应用课程具有很强的学科交叉的特点，涉及机械制造、设计、材料等基础课程，因此相关专业背景知识介绍非常必要。首先，专业背景知识介绍有助于培养学生的学习兴趣，建立新学知识和已有知识的感性联系。其次，专业背景知识融合有助于巩固已有基础知识，为新学知识奠定专业基础。同时，专业背景知识融合有助于提高学生的综合专业能
力，使学生成为具有跨专业工程能力的综合人才。
        本课程主要内容包括先进制造工艺产生的背景及发展趋势，芯片、传感器、光电子器件、微纳流体器件等器件制造过程中涉及的光刻和刻蚀技术、3D打印技术、纳米压印技术、精密超精密加工技术、微细加工方法等各项技术，以及各项技术在航空、航天、武器装备、智能装备、海洋探测、汽车、轨道交通等方面的前沿应用。在科学梳理教学内容之后，本课程安排以技术分类为主线，采用模块化教学方法，学生可在短时间内（一般为两节课时间）快速了解一种技术的特点、分类、具体过程、主要应用，以及发展趋势等方面，有利于学生在脑海中形成完整的技术系统。
        3.坚持案例导入，优化教学方法
        针对该课程内容繁多、学生跨专业和多年级特点，为增强课堂授课效果，主要采取了以下措施：
        （1）案例导入，激发兴趣，明确学习目标。
        以热门事件、周围事物或高端装备等作为各章的案例，由案例开始分析其中的关键问题
和涉及到的关键技术，学生积极性会大大提高。比如，在讲解光刻和刻蚀技术之前，先从中美芯片之战开始讲起，让学生了解为什么芯片这么重要，再来讲述芯片是如何制造出来的，这其中的主要关键技术是什么，由此明确学习目标。这样一是增加了学生在事件中的参与感，增强学生爱国热情;二是引导学生主动寻问题的根源，在心中埋下一粒种子，为后续研究生学习或工作奠定铺垫。
        （2）课程内容联系学生的专业背景，提高其学习兴趣。
        由于学生来自各个不同专业，兴趣点差异性大，故如何寻求平衡点和兴趣激发措施也是本课程的重要环节。本课程在内容安排上会对各个技术进行分解，哪些涉及机械专业，哪些涉及材料专业，哪些涉及物理和化学专业等，增强学生的专业荣誉感。例如，微细电化学加工技术，其中包含了机械（加工装置）、材料（被加工件的不同）、化学（电解液）、流体力学（电解液需要流动带走电解产物）等各方面的知识，只有综合掌握好各方面的知识和技术，才能形成高精和尖端技术。
        （3）利用多种展示途径，增强课程内容的直观性。
        课程讲述过程中，若只是通过单一讲述方式，学生很快会注意力不集中。如何提高上课的“抬头率”和知识的“掌握程度”，也是该课程教师授课过程中的难点和重点。本课程在科学梳理内容时，综合利用PPT、视频、实物等进行现场讲解和演示，给学生直观印象，同时吸引学生的注意力，有利于提高上课效果。
模块化教学        （4）设计具有挑战性的讨论话题，引导学生主动参与。
        在传统教学模式中，一直是教师主讲，学生主听。随着目前社会形势的迅速发展，对人才的分析问题、解决问题和讲述能力等方面的要求越来越高，教学模式也必须随之更新。本课程在教学过程中，设计了很多具有挑战性的讨论话题，对学生进行分组，由此开展小组讨论、小组讲述、小组作品展示，以及班级辩论赛等不同的学习方式，不仅提高了学生的课堂参与度，而且锻炼了学生的综合能力，形成了合作、竞争、互动的课程氛围。
        （5）利用数据库让学生主动查阅最新文献，增强学生学术能力。
        课程中涉及很多前沿知识，必须依靠学生的自主性去完成。因此，本课程首先会让学生学会如何利用学校的各种数据库去查阅文献。然后，会给学生一个主题，让学生围绕这个主
题去查阅这方面的最新进展，并结合PPT制作、讲述等方式，让学生主动探究该技术的特点，发现其中的问题，增强学生的学术能力和专业技能。
        4.加强实践环节，注重能力培养
        由于课程涉及的很多技术分类复杂且不够直观，学生只凭借听课很难形成直观认识。因此本课程充分挖掘课程资源，有效利用学院不同方向的实验室，对课程技术涉及的3D打印实验室、光刻实验室、电化学加工实验室以及精密机械加工实验室等实地参观学习，拓展学科课程内容，实现学科间的整合，真正提升学生的操作技能和综合素养。
        5.结论
        微纳制造前沿应用课程内容专业性强，应用范围广，学生学习难度较大。因此本文探究了该课程的教学方法。通过本课程的学习，使学生进一步发现各专业之间的内在关系，突破学科的狭隘视线，获得思维的扩展和科学的研究方法。当然，我国工科教育发展正在经历变革和转型，“新工科”建设已成为我国工科教育发展的新风向、新模式和新思路。如何在新工科环境下，进一步提高学生的学习能力、实践能力、合作能力、沟通能力和问题解决能力，为国家培养具有高职业技能和综合素质的人才，有待于我们在今后教学中进一步探索研究。
        参考文献：
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        [3]施程翔.怎样开发“小巧精致”的拓展性课程——以《百草园》课程为例[J]. 科学课，2018（5-6）.
        [4]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）.

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