光学镀膜技术课程融入创新创业元素的探索

杨文宇

（宁德师范学院数理学院，福建 宁德 352100）

0 引言

光学镀膜技术作为工科课程在物理师范类教育中对于增强学生实验操作技能以及提升学术视野有着重要的作用[1]。光学镀膜技术内容囊括有实验操作和理论学习两大模块。实验操作涉及热蒸发技术以及磁控溅射技术的使用。理论学习主要围绕真空技术、镀膜方法、薄膜表征技术等内容展开讲授。在教学过程中出现学生并不重视该门课程的学习，认为此课程可有可无，在理论学习以及实验操作环节浑水摸鱼。归根结底在于光学镀膜技术没有让学生切身感受到所学习内容的实用性，更多的是内容的枯燥无味。

在新时代的背景下，要赋予光学镀膜技术课程更多深层内涵，在进一步增加学生学习热情的同时，也让学生深刻感受到光学镀膜技术课程学习的意义。鉴于光学镀膜技术的实用性，在万众创业的热潮下[2-4]，探索出融入有创新创业元素的全新的不同于以往的光学镀膜技术课程迫在眉睫，使得学生真真切切地感受到学习该门课程的乐趣。这份尝试既充满了挑战，又蕴含着许多值得我们待深挖的宝藏。

为了培养复合型人才，满足当下社会发展对多样式人才的需求，我们将在光学镀膜技术中融入创新创业教育环节，借助专业知识讲授，有意识地让学生参与光学镀膜技术的创新创业训练，在潜移默化当中实现对学生创新创业教育，既激发了学生学习兴趣，同时提高了其学习效率。最为重要的是通过有别于偏重理论学习的专业课程，光学镀膜技术凭借其工科特性极大地培养锻炼了物理师范生的创新思维，与此同时磨炼了不怕吃苦，不畏苦难，勇于向前的大国工匠品质。接下来，我们将以磁控溅射这堂课为例来展现如何开展光学镀膜技术课程的创新创业教育。期望我们初步的光学镀膜技术与创新创业元素融合探索研究能为后面工科课程的教学改革提供借鉴与研究思路。

1 教学过程中融入创新创业元素

磁控溅射是光学镀膜技术课程中的重要学习内容之一。学习内容丰富，涉及溅射定义、原理、特征、各类溅射装置以及使用方法。该章节分为4个课时进行讲解授课，其中理论课3课时，实验操作1课时。在理论讲解时，满堂灌输知识点显然对于学生所需的高效学习是背道而驰的。为此，考虑到光学镀膜课程的工科特性，积极响应万众创新创业的时代背景下，我们采用多种富有学科特色的教学模式，尝试推进创新创业元素在光学镀膜技术课程中的有效融合，实现传统光学镀膜技术课不管在教学效果、还是教学形式上都有着质的提升，使得学生对光学镀膜技术课枯燥无味的刻板印象会有根本性的改变。

磁控溅射是指具有足够高能量的粒子轰击固体表面而使其中的原子发射出来的过程。该现象类似于往平静的湖面投入石子会溅起水花一样。而这种发射出来具有较高能量的原子则相当有利于降低薄膜的粗糙度。学生对于粗糙度已有一定的认识，但是并没有切身感受到薄膜在什么程度是非常粗糙，什么程度是非常平整。这是一个创新创业元素融入的点。为了加深学生对于薄膜平整度的体验，我们在上磁控溅射这一章节的前一周，事先招募一些本班有着强烈动手制作教具意愿的学生，人数不做限制要求，我们把他们称之为教具制作小组，围绕着教师已确定好的教具制作主题，大家汇集在一起学习讨论，商讨裁定出教具制作所需的原材料以及后期教具制作加工中的细节注意事项问题。在磁控溅射这堂课前，我们布置给教具制作小组的教具主题是超声喷雾装置。本着培养训练学生的创新思维，我们大致给了初步的设计方案，就是我们所设计的超声喷雾装置是基于超声空化作用自下而上的薄膜沉积装置，剩下的元件添加就交给教具制作小组去讨论得出。确实我们在实施讨论过程中碰到了不少的问题，大致有这几个问题：（1）光学镀膜技术学习基础不牢，学生在讨论过程中暴露出许多专业概念理解错误；（2）学生在小组讨论学习中敢于表达抒发自己意见的能力有待提高；（3）学生灵活运用所学知识进行教具制作的主观能动性急需锻炼提升，既创新思维能力。发现问题是好的，我们通过小组学习讨论的形式，参与讨论学习的学生及时地发现了自己的不足，如果是专业知识的问题，赶紧会后查缺补漏。如果是不敢发言的，周边的学生与教师会积极地给予该学生鼓励，并且努力营造温馨的、无压力的讨论氛围，让其在讨论会上敢于发言，提升表达能力。讨论会发起的初衷，就是要让学生在讨论会过程中经历想主意—讨论—否决—再想主意，经过几轮的想法碰撞，最终确定翔实的方案。从结果来看教具制作的讨论会确实发挥了其最为重要的功能，既是锻炼了学生的创新思维能力。

一轮讨论后，学生渐入佳境。几轮激烈讨论，超声喷雾装置教具的结构最终确定下来。所需要购买的教具原材料主要有真空钟罩一个、四方形底座一个、超声雾化器一台、定制曲面衬底一个、细长连杆若干、电动马达一个、铜丝导线若干米、电源控制开关一个。待原材料采购完毕，接下来就马不停蹄地开展创新创业中重要的实物组装操作环节。实物组装意在锻炼学生的动手能力，品质方面磨炼遇到难处，勇往向前的坚强毅力。看似简单的教具组装，其难度一点也不亚于学生经常接触的专业实验操作。由于学生所接触的专业知识更多的是理论层面，即使有开展实验课，所训练的动手能力远不能满足作为全能复合型人才服务社会生产活动的需要，所以很有必要在创新创业能力训练元素中设置实物组装操作环节。从实际的结果来看，虽然我们事先已讨论拟定好具体而又翔实的教具组装操作方案，但是真要开始时，大家显得还是有点手足无措，不知道从哪里开始下手。正当学生为从何着手而发愁时，此时教师就要起到积极引导的作用。及时有效的引导以及适时的鼓励是学生能够在从未涉及领域中继续前进的动力源泉。当下第一个棘手的问题，学生对于超声喷雾装置不知从哪里开始组装。其中的根源在于学生对于我们所设计的超声喷雾装置的工作原理还理解不够深，尤其是该装置的创新点。为此，我们在鼓励他们不要气馁的同时，告知他们该装置的工作原理是通过超声空化作用将溶液撕裂成小水滴，至下而上将小水珠沉积在衬底上。创新点在于自下而上利用水滴自重实现水滴均匀挑选，并结合曲面衬底的设计，进而成功制备覆盖均匀物质的薄膜。深入理解原理之后，指导学生将超声喷雾装置组装所需的原材料有序地排列在桌面，按照我们已讨论拟定出来的方案，从超声喷雾装置的底部开始组装。由于参与该装置的学生较多，我们将该装置有规律地分解为几个部分，分别交代给事先分好的小组，待各个小组完成自己的组装任务后，召集大家围成一桌，将分散的已组装好的元件拼接在一起。最终通过大家的齐心协力，我们成功创造出了超声喷雾的实物装置，如图1所示。创新创业教育训练中我们充分发挥学生的主观能动性，给予学生多样的锻炼形式，包括轻松愉悦而又富有创新气息的圆桌讨论，又或者是能发挥各自特长的实训创造教学教具环节。虽然过程充满难度和挑战，但是事后学生收获的是创新能力的培养以及吃苦耐劳精神的磨炼。而教师的定位更像是能在必要时给予积极引导的指路人，让学生能够享受创新创业元素有效融入课堂所带来的快乐。总而言之，光学镀膜技术课程中创新创业元素的融入，尤其是教具组装环节的设置，对于物理师范生创新思维的培养以及动手能力的进一步加强，甚至精神品质的磨砺都起到强有力的补充作用。

图1 超声喷雾的实物装置

正如上文提到，我们在上磁控溅射这一章节的前一周，事先招募的是对动手制作教具有强烈意愿的学生。可能是归咎于学生对于光学镀膜技术课中的教具制作比较陌生，其实有很大部分学生并没有参与到我们的创新创业实训环节。为了让这次没有加入我们创新创业实训环节的学生能够有浓重的参与感，让其感受创新创业训练的乐趣，进而主动自愿积极地参与下一次的创新创业实训活动。为此，我们将已制作好的超声喷雾装置作为重要的课程引入教具使用。在讲授磁控溅射这节课之前，我们先向大家展示我们团队成员最近通力合作制作出来的教具──超声喷雾装置。在教具演示前，先对装置的各个组件进行简单的介绍，并讲到我们制作该教具过程中所碰到的难处，最后又是怎么解决的，其中边讲边展示制作过程中的照片，将其投影在投影布上。经历过此活动的学生满满自豪感，而未参与此次活动的学生眼神中充满好奇的同时，会不时地向身边有参与创新创业活动的学生投去羡慕的眼光。紧接着，开始装置的运作演示，现象很奇特，见图2。讲台下传来一片惊叹声。显然，大家的上课热情由于该现象的神奇而得到了极大的激发，纷纷表示这个教具很有趣。当大家还在好奇时，立马拿出该装置中刚刚沉积出来的薄膜向大家展示，抛出第一个重要的问题，该装置制备出来的薄膜有什么特点。大家异口同声地说，薄膜表面起伏不平，有很多大小不一致的液滴。此时，教师做一个总结，我们自制的超声喷雾装置有沉积薄膜简易的优点，缺点就是薄膜表面略微粗糙。而我们今天要学习的磁控溅射技术就可以满足半导体制造领域对薄膜表面光滑平整的要求。至此，我们课前的自制演示教具引入达到了三个方面的作用：（1）激发学生的学习欲望，渲染课堂学习氛围；（2）展示教具制作小组创新创业训练的教具成果，团队在获取大家的认同中极大提升创新自信，以此吸引其他学生积极参与创新创业训练；（3）讲述教具制作过程中的困难，以及分享攻克难关之后的兴奋之情，让未参与创新创业活动的学生感受制作教具过程的艰辛和喜悦，间接以我们自己的切身体会向学生传递吃苦耐劳的精神。

图2 超声喷雾现象

2 结论

在本文我们借助磁控溅射这节课，尝试在光学镀膜技术课程中融入创新创业教育元素，创新创业的教学形式主要采用小组讨论学习以及实物装置动手制作，过程中努力创造条件让学生积极参与光学镀膜技术的创新创业训练，结合创新创业元素的光学镀膜技术将凭借其工科特性极大地培养提升了物理师范生的创新思维和动手能力，与此同时还磨炼了学生不怕吃苦、不畏苦难，勇于向前的大国工匠品质。显然，通过创新创业训练元素与光学镀膜技术课的有机融合将会在潜移默化当中实现对学生的创新创业教育，进而可为社会发展培养复合型人才提供强而有力的支撑。最后，我们期望本文初步的光学镀膜技术与创新创业元素融合探索的研究工作能为后面工科课程的教学改革提供借鉴与研究思路。