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摘要：本文根据中北大学微电子专业的特点以及MEMS技术的发展需求，对微电子专业的MEMS课程群的设置进行了研究和探索，从课程体系的整合、教学内容的组织、教学方式与教学方法以及教学团队与试验基地的建设等方面进行了详细讨论，提出了具有本专业特色的教学体系，在实施过程中取得了一定的成绩，使学生的理论知识和实践技能得到了提高。
关键词：MEMS技术；教学改革；微电子专业
作者简介：石云波（1972-），男，山西运城人，中北大学电子与计算机科学技术学院，副教授；唐军（1981-），男，四川资中人，中北大学电子与计算机科学技术学院，讲师。（山西 太原 030051）
基金项目：本文系中北大学教改项目“MEMS原理、设计、加工与测试专业课程综合教学方案探讨”的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）23-0099-02
微电子学是电子学的一门分支学科，主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的学科。它以实现电路和系统的集成为目的。微电子学又是信息领域的重要基础学科，在这一领域上，微电子学是研究并实现信息获取、传输、存储、处理和输出的科学，是研究信息获取的科学。[1]在我国开设微电子学的一本高校有清华大学、中国科技大学、北京大学、复旦大学等，这些学校的重点在于培养学生掌握集成电路和其他半导体器件的分析与设计方法，使其具有独立进行版图设计、器件性能分析和指导VLSI工艺流程的基本能力。中北大学的微电子专业成立于2004年，在成立伊始，结合中北大学教师在微电子领域的科研优势，把我校的微电子定位于微机电系统（MEMS），主要培养能在微电子学、微机械电子系统（MEMS）、光电子科学等领域从事科学研究、教学、产品设计、工程技术、生产管理等工作的工程技术人才。该专业的基础课程与大多数微电子专业类似，专业特色课程群包括MEMS设计、MEMS CAD、MEMS工艺与微纳测试四门课程，这四门课程的内容既具有自身的完整性，又有一定的交叉，课程内容相互关联、相互渗透。因此，在讲授过程中，需要优化课程体系，通过课程群的建设提高教学效率，同时使学生对课程中的关键点达到融会贯通。
一、课程体系与教学内容
MEMS技术本身涉及的范围比较广，结合我校的实际教学状况，以力学器件为主设计了我校的MEMS技术课程群，其课程体系和教学内容涵盖了MEMS技术的主要要点，课程体系结构如表1所示。
其中MEMS CAD主要讲授MEMS器件设计过程中所用到的仿真软件，内容涉及器件的结构设计、静态仿真、动态仿真、耦合场仿真等；MEMS工艺主要讲授体硅加工工艺、表面加工工艺以及LIGA工艺，并以具体实例讲授器件的系统加工工艺；MEMS设计讲授MEMS器件的工作原理、器件的设计中的力学知识、流体与力学器件的设计理论、封装设计等；在第6学期的课程设计阶段结合课程学习内容，用2周时间设计1个MEMS器件，要求进行结构设计、仿真、以及工艺设计与工艺仿真，进行课程人融会贯通；在第7学期，系统的讲述用于微纳器件的高精度测试技术，主要包括光学显微测试、电镜显微测试与探针显微测试等。
该课程体系横向覆盖了MEMS领域的设计、加工与测试三大内容，纵向以MEMS力学传感器件为主要例子，使学生学习后对MEMS器件有一个清晰的理解与掌握。同时，该课程体系理顺了各门课程之间的教学内容，明确了各课程的任务和地位，既包含了所有的知识要点，又避免了课时的浪费，结合设计性实验、验证性实验和综合性实验的开展，使得整个课程群系统性、完整性、实践性得到了明显提高。
二、教学方式与教学方法
1.采用多媒体教学方式
MEMS技术在我国还属于一个新兴的产业，其涉及的内容多、知识量大，特别是在应用层面上具有前所未有的广阔前景。同时该课程体系的设计中包含有大量的公式、图表、以及动画演示，工艺、测试等涉及大型的试验设备。采用多媒体教学可以形象地显示这些内容，使学生在接受知识的同时获得与该知识点相关联的其他知识。[2]在教学过程中，把知识要点、重要概念等通过板书写在黑板上，可以随时对照，以避免课件内容过多而使学生掌握不了重点。
2.采用实验室教学方式
课程体系中的MEMS CAD与微纳测试这两门课程的实验课时比较多，特别是MEMS CAD占了50%，如果单凭利用多媒体讲学，然后在上实验课，学生的理解和掌握会大打折扣。因此，依托我院建立的计算机实验室，直接在实验室进行教学，在讲解的过程中让学生动手操作，讲授与实验相结合，既提高了实验室的利用率，又使学生快速的掌握了教学内容。[3]对于微纳测试，主要就是讲授各种测试原理及相关实验，我们主要在课堂上对基本原理进行讲解，然后结合多媒体教学，对实验设备的组成、功能有一个初步的认识，然后到实验室再针对实验现场进行详细讲解与实验，使学生的感性认识得到提高。
3.采用互动性教学方式
大学生是知识更新比较快的一代，加上现在网络化的普及，传统的填鸭式教育方式已远远不能满足大学生对知识的需求。因此，在教学过程中，我们把相关知识点进行分解，然后对学生进行分组，由学生在课余时间进行知识点的分析与总结，最后由各组学生代表在课堂上对该知识点进行讲解，教师进行知识点的讲评与总结。[4]这种方法大大激励了学生学习的积极性，使得课堂教学真正以学生为主。既活跃了课堂气氛，又让学生掌握了知识要点。
4.博士－硕士－学士联动人才培养机制
在课程设计与毕业设计阶段，依托本校的“动态测试实验教学”示范中心，中心的教师全部承担着科研项目，具备丰富的工程实践经验和很强的工程实践能力。在实施过程中，采用博士－硕士－学士联动机制，博士追踪学术前沿，硕士完成技术创新和攻关，学士参与实践和工训环节，共同完成科研项目，使本科生尽早进入工程思维，了解工程理念和工程方法。形成本科生在实践中体验科学奥秘和技术能力的文化氛围，培养他们科学研究的创新思考和实践能力，经受了科研能力培养的学生，拥有了服务社会的能力，能够快速融入到相应的社会岗位上去。
三、课程群教学团队与实验基地的建设
1.教学团队建设
作为教学改革的实施者，教师自身对课程的理解对于教学改革的效果有着重要的影响。加之MEMS技术还属于新兴技术，因此课程群教师的教学实践能力的培养显得尤为重要。
课程群负责人主要承担课程建设的总体规划，其对课程的理解、探索与定位直接影响着课程群的发展方向。课程群任课教师应了解课程群内的各门课程，能胜任课程群内课程的教学工作。这样，在教学工作中，特别是在后续课程的教学中，才能做到融会贯通，把以前学习的内容应用到实践中去。课程群的教师定期进行教学研讨活动，并结合各自的科研工作，以应用为导向，导引学生对核心专业课程的学习兴趣和能力培养，把学生科研能力、创新能力和社会服务能力的培养作为本科教学的理念。对于年轻教师的培养，首先从基础做起，一方面，安排年轻教师去给课程群骨干教师助课，学习上课的技巧；另一方面，安排年轻教师进行相关科研工作，了解MEMS技术各个环节的实践内容，把书本上的知识与实践联系起来。在年轻教师上讲台之后，课程群中相关教师在学期中进行跟踪听课，对年轻教师的讲课环节进行评价与指导，加快年轻教师的成长速度。
2.实验基地建设
依托中北大学教育部仪器科学与动态测试教育部重点实验室，建立了MEMS CAD仿真实验室、厚膜加工实验室、MEMS加工实验室、微纳测试实验室。实验室的教师全部承担着科研项目，具备丰富的工程实践经验和很强的工程实践能力，学生除进行实验外还可以参与科研项目的相关研究，直接接受科研能力的培养；将课外科技创新活动、电子实践课程培训、创新基金立项和电子类全国大赛纳入到实验教学体系中，培养学生创新能力。[5]
实验室与国防领域企业保持长期密切合作，在攻克技术难题的过程中，将技术思路整合提炼后，引入到实验教学中，设计了多个创新设计实验。学生通过相关器件的设计、制造和使用，其创新设计能力、实际动手能力和已有知识的运用能力都得到了全方位的提高。学生毕业后也被用人单位评为“动手能力强、踏实肯干的中北生”。实验室开设了“创新设计与实践”实践课程，并结合每年的MEMS“美新杯”与“挑战杯”竞赛，要求学生根据参赛项目的研究过程通过方案论证及选择、设计计算仿真、编制说明书、实验答辩等环节，全面了解科研项目的实施过程。其中2007年度获得挑战杯山西赛区一等奖，2009年度获得了全国美新杯竞赛一等奖，2010年度获得了全国美新杯竞赛二等奖。通过此类实验与竞赛，提高了学生的学习积极性和创新能力，受到了学生们的普遍欢迎。
四、小结
以培养复合型人才为原则，通过进一步优化实践教学体系，深化教学改革，促进了学生实践能力及创新能力的提高。MEMS技术课程群教学改革仍在不断探索和实践，并逐步完善各个教学环节，进一步提高教学的质量和效益，让学生在有限的学时内获得更多的知识，使MEMS技术课程群的教学真正发挥出其应有的作用。实践证明，MEMS技术课程群教学的改革符合时代和科学发展的要求，教学改革对学生们的研发能力和就业竞争力都起到积极的推动作用。
参考文献：
[1]高伟,陈立家,张忠锁.测控技术与仪器专业实践教学改革探索[J].长春教育学院学报,2011,(1):122-123.
[2]李天文,等.地理信息系统专业课程体系建设[J].中国大学教学,2011,(1).
[3]周小微,金宁,胡建荣.信号处理课程群教学改革的实践与探索[J].中国电力教育,2011,(1).
[4]杨俊.互动式教学让机电专业课堂“活”起来[J].科学大众(科学教育),2011,(1).
[5]李秀忠.“单片机应用技术”课程教学改革研究与实践.[J].中国电力教育,2010,(4).
（责任编辑：麻剑飞）
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关键词：MEMS技术；教学改革；微电子专业
作者简介：石云波（1972-），男，山西运城人，中北大学电子与计算机科学技术学院，副教授；唐军（1981-），男，四川资中人，中北大学电子与计算机科学技术学院，讲师。（山西 太原 030051）
基金项目：本文系中北大学教改项目“MEMS原理、设计、加工与测试专业课程综合教学方案探讨”的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）23-0099-02
微电子学是电子学的一门分支学科，主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的学科。它以实现电路和系统的集成为目的。微电子学又是信息领域的重要基础学科，在这一领域上，微电子学是研究并实现信息获取、传输、存储、处理和输出的科学，是研究信息获取的科学。[1]在我国开设微电子学的一本高校有清华大学、中国科技大学、北京大学、复旦大学等，这些学校的重点在于培养学生掌握集成电路和其他半导体器件的分析与设计方法，使其具有独立进行版图设计、器件性能分析和指导VLSI工艺流程的基本能力。中北大学的微电子专业成立于2004年，在成立伊始，结合中北大学教师在微电子领域的科研优势，把我校的微电子定位于微机电系统（MEMS），主要培养能在微电子学、微机械电子系统（MEMS）、光电子科学等领域从事科学研究、教学、产品设计、工程技术、生产管理等工作的工程技术人才。该专业的基础课程与大多数微电子专业类似，专业特色课程群包括MEMS设计、MEMS CAD、MEMS工艺与微纳测试四门课程，这四门课程的内容既具有自身的完整性，又有一定的交叉，课程内容相互关联、相互渗透。因此，在讲授过程中，需要优化课程体系，通过课程群的建设提高教学效率，同时使学生对课程中的关键点达到融会贯通。
一、课程体系与教学内容
MEMS技术本身涉及的范围比较广，结合我校的实际教学状况，以力学器件为主设计了我校的MEMS技术课程群，其课程体系和教学内容涵盖了MEMS技术的主要要点，课程体系结构如表1所示。
其中MEMS CAD主要讲授MEMS器件设计过程中所用到的仿真软件，内容涉及器件的结构设计、静态仿真、动态仿真、耦合场仿真等；MEMS工艺主要讲授体硅加工工艺、表面加工工艺以及LIGA工艺，并以具体实例讲授器件的系统加工工艺；MEMS设计讲授MEMS器件的工作原理、器件的设计中的力学知识、流体与力学器件的设计理论、封装设计等；在第6学期的课程设计阶段结合课程学习内容，用2周时间设计1个MEMS器件，要求进行结构设计、仿真、以及工艺设计与工艺仿真，进行课程人融会贯通；在第7学期，系统的讲述用于微纳器件的高精度测试技术，主要包括光学显微测试、电镜显微测试与探针显微测试等。
该课程体系横向覆盖了MEMS领域的设计、加工与测试三大内容，纵向以MEMS力学传感器件为主要例子，使学生学习后对MEMS器件有一个清晰的理解与掌握。同时，该课程体系理顺了各门课程之间的教学内容，明确了各课程的任务和地位，既包含了所有的知识要点，又避免了课时的浪费，结合设计性实验、验证性实验和综合性实验的开展，使得整个课程群系统性、完整性、实践性得到了明显提高。
二、教学方式与教学方法
1.采用多媒体教学方式
MEMS技术在我国还属于一个新兴的产业，其涉及的内容多、知识量大，特别是在应用层面上具有前所未有的广阔前景。同时该课程体系的设计中包含有大量的公式、图表、以及动画演示，工艺、测试等涉及大型的试验设备。采用多媒体教学可以形象地显示这些内容，使学生在接受知识的同时获得与该知识点相关联的其他知识。[2]在教学过程中，把知识要点、重要概念等通过板书写在黑板上，可以随时对照，以避免课件内容过多而使学生掌握不了重点。
2.采用实验室教学方式
课程体系中的MEMS CAD与微纳测试这两门课程的实验课时比较多，特别是MEMS CAD占了50%，如果单凭利用多媒体讲学，然后在上实验课，学生的理解和掌握会大打折扣。因此，依托我院建立的计算机实验室，直接在实验室进行教学，在讲解的过程中让学生动手操作，讲授与实验相结合，既提高了实验室的利用率，又使学生快速的掌握了教学内容。[3]对于微纳测试，主要就是讲授各种测试原理及相关实验，我们主要在课堂上对基本原理进行讲解，然后结合多媒体教学，对实验设备的组成、功能有一个初步的认识，然后到实验室再针对实验现场进行详细讲解与实验，使学生的感性认识得到提高。
3.采用互动性教学方式
大学生是知识更新比较快的一代，加上现在网络化的普及，传统的填鸭式教育方式已远远不能满足大学生对知识的需求。因此，在教学过程中，我们把相关知识点进行分解，然后对学生进行分组，由学生在课余时间进行知识点的分析与总结，最后由各组学生代表在课堂上对该知识点进行讲解，教师进行知识点的讲评与总结。[4]这种方法大大激励了学生学习的积极性，使得课堂教学真正以学生为主。既活跃了课堂气氛，又让学生掌握了知识要点。
4.博士－硕士－学士联动人才培养机制
在课程设计与毕业设计阶段，依托本校的“动态测试实验教学”示范中心，中心的教师全部承担着科研项目，具备丰富的工程实践经验和很强的工程实践能力。在实施过程中，采用博士－硕士－学士联动机制，博士追踪学术前沿，硕士完成技术创新和攻关，学士参与实践和工训环节，共同完成科研项目，使本科生尽早进入工程思维，了解工程理念和工程方法。形成本科生在实践中体验科学奥秘和技术能力的文化氛围，培养他们科学研究的创新思考和实践能力，经受了科研能力培养的学生，拥有了服务社会的能力，能够快速融入到相应的社会岗位上去。
三、课程群教学团队与实验基地的建设
1.教学团队建设
作为教学改革的实施者，教师自身对课程的理解对于教学改革的效果有着重要的影响。加之MEMS技术还属于新兴技术，因此课程群教师的教学实践能力的培养显得尤为重要。
课程群负责人主要承担课程建设的总体规划，其对课程的理解、探索与定位直接影响着课程群的发展方向。课程群任课教师应了解课程群内的各门课程，能胜任课程群内课程的教学工作。这样，在教学工作中，特别是在后续课程的教学中，才能做到融会贯通，把以前学习的内容应用到实践中去。课程群的教师定期进行教学研讨活动，并结合各自的科研工作，以应用为导向，导引学生对核心专业课程的学习兴趣和能力培养，把学生科研能力、创新能力和社会服务能力的培养作为本科教学的理念。对于年轻教师的培养，首先从基础做起，一方面，安排年轻教师去给课程群骨干教师助课，学习上课的技巧；另一方面，安排年轻教师进行相关科研工作，了解MEMS技术各个环节的实践内容，把书本上的知识与实践联系起来。在年轻教师上讲台之后，课程群中相关教师在学期中进行跟踪听课，对年轻教师的讲课环节进行评价与指导，加快年轻教师的成长速度。
2.实验基地建设
依托中北大学教育部仪器科学与动态测试教育部重点实验室，建立了MEMS CAD仿真实验室、厚膜加工实验室、MEMS加工实验室、微纳测试实验室。实验室的教师全部承担着科研项目，具备丰富的工程实践经验和很强的工程实践能力，学生除进行实验外还可以参与科研项目的相关研究，直接接受科研能力的培养；将课外科技创新活动、电子实践课程培训、创新基金立项和电子类全国大赛纳入到实验教学体系中，培养学生创新能力。[5]
实验室与国防领域企业保持长期密切合作，在攻克技术难题的过程中，将技术思路整合提炼后，引入到实验教学中，设计了多个创新设计实验。学生通过相关器件的设计、制造和使用，其创新设计能力、实际动手能力和已有知识的运用能力都得到了全方位的提高。学生毕业后也被用人单位评为“动手能力强、踏实肯干的中北生”。实验室开设了“创新设计与实践”实践课程，并结合每年的MEMS“美新杯”与“挑战杯”竞赛，要求学生根据参赛项目的研究过程通过方案论证及选择、设计计算仿真、编制说明书、实验答辩等环节，全面了解科研项目的实施过程。其中2007年度获得挑战杯山西赛区一等奖，2009年度获得了全国美新杯竞赛一等奖，2010年度获得了全国美新杯竞赛二等奖。通过此类实验与竞赛，提高了学生的学习积极性和创新能力，受到了学生们的普遍欢迎。
四、小结
以培养复合型人才为原则，通过进一步优化实践教学体系，深化教学改革，促进了学生实践能力及创新能力的提高。MEMS技术课程群教学改革仍在不断探索和实践，并逐步完善各个教学环节，进一步提高教学的质量和效益，让学生在有限的学时内获得更多的知识，使MEMS技术课程群的教学真正发挥出其应有的作用。实践证明，MEMS技术课程群教学的改革符合时代和科学发展的要求，教学改革对学生们的研发能力和就业竞争力都起到积极的推动作用。
参考文献：
[1]高伟,陈立家,张忠锁.测控技术与仪器专业实践教学改革探索[J].长春教育学院学报,2011,(1):122-123.
[2]李天文,等.地理信息系统专业课程体系建设[J].中国大学教学,2011,(1).
[3]周小微,金宁,胡建荣.信号处理课程群教学改革的实践与探索[J].中国电力教育,2011,(1).
[4]杨俊.互动式教学让机电专业课堂“活”起来[J].科学大众(科学教育),2011,(1).
[5]李秀忠.“单片机应用技术”课程教学改革研究与实践.[J].中国电力教育,2010,(4).
（责任编辑：麻剑飞）
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文