关于应用型人才培养背景下大型设备实验教学及考核的思考

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  摘要:应用型人才培养背景对地方高校大型设备的教学提出了更高的要求。结合台州学院材料类专业磁控溅射镀膜实验教学的经验,提出了充分利用各个实践环节,分阶段多次安排实验,通过合理设置各阶段实验内容并有针对性进行考核,达到在应用型人才培养背景下让学生充分掌握该项技能的目的。这套方案可以借鉴到其他大型设备的实验教学改革上,克服大型设备教学不能充分应用到学生技能培养所面临的问题。
  关键词:应用型人才;大型设备;磁控溅射;实验教学
  中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2018)30-0274-03
  当前,地方高校面临着向培养应用型人才转型,需要加强学生实践实验的教学,加大动手能力的培养,使得学生一出校门就已经掌握本专业的基本技能。在材料类人才培养中,材料的制备及性能检测分析是必备的技能,在缺乏大型设备的情况下,很难满足应用型人才培养的要求。近年来,得益于中央及地方各级财政的支持,类似于台州学院的地方高校材料类专业购置了一些大型设备。但是由于大型设备比较昂贵,又是单台套,同时还承担着全校师生一定的科研任务。因此,基于大型设备开设的实验课程有别于基础物理类、电工电子类等常规的实验教学课程。所开设的实验课程大多以演示性为主,与应用型人才培养的目标不符,大型设备的实验教学和管理一致困扰着许多高校。如此一来,针对大型设备管理及实验教学开展了相关研究,围绕着大型设备管理机制[1-3]、大型设备实验教学改革[4-8]、大型设备在创新性人才培养上的应用[7,9]等方面开展了有益的探讨。台州学院材料类专业磁控溅射镀膜实验教学同样面临着相似的问题,引发了我们对该实验课程教学的思考。
  一、我校材料类专业磁控溅射镀膜实验教学现状分析
  目前,我们利用磁控溅射镀膜系统开设了磁控溅射制备金属薄膜等实验课程。实验采用分组进行。由于设备单一,同时承担了科研任务,在时间安排上没法让每个学生上机操作。同时所购置的设备比较昂贵,维修费也高,在不能确定已学会情况下,也不允许学生上机镀膜。这些因素导致了所开设的实验课程以演示性为主,主要讲授实验原理、设备结构及常规注意事项等内容,学生动手机会少。
  虽然以演示性实验为主,但是实验时间通常较长,而且枯燥,无法引起学生的兴趣。实验中有些步骤如更换靶材、抽真空等已经提前完成,即便如此,在装好基片到镀膜结束也需要至少2—3个小时。这段时间内,除极个别学生会主动与指导老师进行交流外,大部分积极性不高,学生对实验也很少有自己的思考。在没有对实验课程进行梳理前,磁控溅射镀膜实验还重复出现在不同实验课程中。由于课程没有统一规划,造成有些同学反复来做这个实验。对于这些学生来说,每次实验无非更换了镀膜材料。造成学生对这个实验的兴趣不高,他们来做实验时多数有着混学分、完成任务的态度,更谈不上积极性。
  再者由于上课方式以演示为主,成绩考核也面临着问题。在实验分组后,让每一组分别按要求清洗基片,然后一起进行镀膜,通过观察这些操作及镀膜质量作为操作考核依据,同时要求上交一份实验报告作为最终考核。虽然采取了一些避免实验报告互相抄袭的措施,但是还是出现实验报告雷同的问题。另外,由于没有统一的标准,操作也很难进行合理的考核。在实际中,除了发现极个别不按要求或者基片表面留有污渍等现象外,其余的很难做出好与坏的区别。
  二、对于我校材料类专业磁控溅射镀膜实验教学及考核的思考
  通过多年磁控溅射镀膜实验的安排,日益暴露出我校该实验项目存在的问题。通过对实验课程地梳理,我们逐渐对该实验教学中存在的问题有了清晰的认识。作为该实验课程的主要指导教师,本人对如何安排实验教学及考核进行了思考,提出了一套切实可行且可以借鉴到其他大型设备实验教学中的方案。本方案通过结合各个实践环节,分阶段多次安排实验,达到在应用型人才培养背景下让学生充分掌握该项技能的目的。
  1.利用认知实践吸引学生对磁控溅射镀膜实验的兴趣。在我校,新生入学后第一学期有材料专业认知实践的环节,主要是让学生对材料专业及专业实验室有初步的了解,并会安排到各个实验室进行见习。利用这个机会,从物理气相沉积在身边的应用入手,让他们对真空镀膜建立感性的认识。并结合教师科研及高年级同学的开放实验项目成果,展示所制备的薄膜、扫描电镜照片及性能测试数据等吸引他们对该实验项目的兴趣。
  专业认知实践是让材料类专业学生对本专业及实验室有初步的认识,由于是一年级新生,基本未触及专业知识,在考核上很难要求他们能够掌握原理等内容。实践报告中对真空镀膜及其应用的认识可作为考核的主要依据。在这个环节,对于本实验项目,学生能够做到对真空镀膜及其应用有所了解,引起他们对磁控溅射镀膜实验的兴趣,就算达到目的。
  2.利用专业课程的实验教学进行演示性教学。当材料类学生进入二年以后就會逐渐接触专业课程,有的课程包含了真空镀膜及磁控溅射镀膜相关内容。任课教师就会安排磁控溅射镀膜实验,通过该实验教学,加深学生对该方法的了解。实验以演示性为主,讲述磁控溅射原理、设备结构、关键零部件使用注意事项、操作流程及镀膜流程等内容。实验时会安排分组分别准备基片并镀制金属膜样品。该实验虽然以演示为主,但也会尽可能安排学生参与实验操作中,例如基片的切割、清洗以及安装等环节。学生在实验后一般会以实验报告作为考核主要依据。由于实验以演示性为主,数据很少,容易出现雷同,本实验以编写镀膜作业指导书为替代。作业指导书作为企业操作岗位的一个重要文件,如何编写是工艺工程师必备的技能。实验结束后,要求学生参考作业指导书的格式,结合实验操作流程,编写一份磁控溅射镀膜作业指导书。要求用自己的语言进行总结,不得抄袭,对雷同的情况有所改善。实验室中的操作也是考核的环节之一,作为该实验操作成绩的主要依据。
  3.利用专题实验进行系统的实验教学。在四年级时,材料类专业安排了必修的专题实验,其中有磁控溅射镀膜实验模块。专题实验结合了教师科研,需要学生参与完成实验设计、样品制备、分析测试等实验环节,体现了设计性及创新性的培训目的。磁控溅射专题实验模块包含了真空的获得与测量、薄膜样品制备、微观分析以及性能测试等至少4个实验项目。磁控溅射薄膜样品的制备是这个专题实验的主体,讲授磁控溅射原理、薄膜的功能及设计、设备结构与操作等内容。专题实验采用分组开展,小组负责人需要根据项目任务设计实验并分工安排,然后由具体负责的学生开展实验。专题实验的考核主要体现在实验的进展、实验操作以及实验报告上。由于实验上下环节相扣,实验的进度及与指导教师交流情况,体现了学生对专业知识及专业设备的掌握程度,可以作为考核的主要依据。磁控溅射镀膜作为实验教学的主体,也是操作考核的重点,通过观察他们的操作来考核他们对设备操作及注意事项的掌握情况。在完成所有实验后,每组会要求上交一份专题实验报告,这份报告是考核的主要依据。   4.利用开放实验项目进行补充教学。除了大型设备的使用外,大型设备的管理与维护也是实验室的重要工作。大型设备管理与维护涉及面广,例如真空泵等部件维护、真空腔内清理等内容,在通常实验课中不会涉及。利用开放实验项目,可以围绕相关知识开始课程,吸引学生参与大型设备的管理和维护中,对传统实验及专题实验进行补充,掌握相应技能。
  开放实验课作为学生的课外实践课,考核方式相对较为灵活。在磁控溅射镀膜实验室,通常根据学生的参与情况及实际动手能力作为平时考核依据。同时,会安排每位学生编写一份维护作业指导书作为考核主要依据。
  三、结束语
  由于数量少,所开设的实验课程常以演示性为主,大型设备的实验教学一直困扰着许多高校。在向培养应用型人才转型的背景下,类似于台州学院等地方高校在大型设备的实验教学上面临着更大的挑战。结合多年磁控溅射镀膜实验教学的经验,笔者对磁控溅射镀膜系统的实验课程教学及考核进行了深度的思考,提出了一套切实可行的方案。方案利用人才培养方案中的专业认知实践、课程实验教学、专题实验等各个环节,针对授课对象专业知识的掌握情况,讲授不同的实验内容,并有偏重进行考核,最终让学生掌握磁控溅射镀膜这项基本技能。同时利用开放实验项目,讲授磁控溅射镀膜系统维护的相关知识,让学生增加一项技能,对课程实验及专题实验教学进行互补。这套方案对应用型人才背景下磁控溅射镀膜实验的教学安排、内容及考核做了详细的讨论,切实可行,同样可以借鉴到其他大型设备实验教学及考核中。
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