“微納加工技術”課程思政案例設計研究

摘" 要：將專業(yè)課與思想政治理論課有機結合，實現(xiàn)課程思政教育是對高校專業(yè)課教育提出的新要求。文章通過分析“微納加工技術”課程的授課內(nèi)容，對課程中蘊含的思政元素及所承載的思想政治教育功能進行了深入挖掘，根據(jù)不同的教學單元課程內(nèi)容特點和內(nèi)涵，分別融合了科學素養(yǎng)、愛國情懷、工匠精神、創(chuàng)新意識等方面的思政元素，并設計了完整的課程思政案例，以期為其他課程的課程思政案例設計提供參考。

關鍵詞：微納加工；課程思政；教學案例；課程改革

科學技術的飛速發(fā)展對相關專業(yè)人才提出很高的要求，除精通專業(yè)知識外，還必須有過硬的政治思想、良好的職業(yè)素養(yǎng)、強烈的社會責任感等。2016 年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議中強調(diào)，要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應。［1］2020年，教育部關于印發(fā)《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知，明確指出建設高水平人才培養(yǎng)體系，必須將思想政治工作體系貫通其中，必須抓好課程思政建設。［2］以專業(yè)技能知識為載體加強大學生思想政治教育，具有強大的說服力和感染力，有助于將課堂主渠道功能發(fā)揮最大化，扭轉(zhuǎn)專業(yè)課程教學重智輕德現(xiàn)象，具有其他教育方式不可替代的優(yōu)勢。［3］通過在理工專業(yè)課程的課堂教學中引入合理的思政元素，將課程專業(yè)知識與思政內(nèi)容緊密融合設計優(yōu)秀的課程思政案例，在授課過程既能避免教學內(nèi)容枯燥乏味，提高學生注意力，又能促進學生形成正確的世界觀、人生觀、價值觀，實現(xiàn)潛移默化的“思政融合”和“寓教于學”。［4-7］

一、微納加工技術課程思政教學基本思路

“微納加工技術”課程是東南大學電子科學與技術專業(yè)類本科四年級學生的一門選修課程。該課程主要從微納加工技術的基礎知識出發(fā)，介紹微納加工技術的特點、關鍵技術和成套工藝技術，使學生了解和掌握微納加工技術的基礎知識和技術特點，并學會綜合利用多種微納加工技術實現(xiàn)微納器件的制造方法，為學生未來從事該領域的研究和工作提供必要的基礎和指導。

結合學科知識與思政教育目標，在保證課程教學內(nèi)容完整性的前提下引入課程思政元素，結合課程部分教學內(nèi)容特點，通過深入挖掘課程的德育內(nèi)涵與元素，提煉形成愛國情懷、社會責任、科學素養(yǎng)、工匠精神、創(chuàng)新意識等思政元素。這個過程需要循序漸進，任課教師需要充分發(fā)揮主體作用，不斷學習思政教學能力和技巧，才能潛移默化地實現(xiàn)思政教學，取得預期的教學效果。本研究考慮到課時限制和本課程思政教育處于初步階段，探索了在課程的四個教學單元中系統(tǒng)、深入地融合思政元素，如表1所示。

在教學過程中，刻意地單獨安排思政教育環(huán)節(jié)，會導致形式突兀與生硬，流于表面，課程思政的效果達不到預期效果。因此需要任課教師根據(jù)課程思政元素精心策劃和運用典型案例，借鑒多種教學載體將思政元素巧妙地融入知知識點的講解中，提升課程思政課堂教學質(zhì)量和效果。從價值引領、能力培養(yǎng)和知識傳授三個層面將思政元素與知識講授相融合，創(chuàng)新教學方法，實現(xiàn)協(xié)同育人的效果。

二、微納加工技術課程思政案例設計及實踐

教學案例選取與設計恰當與否，關系到案例的引入是否緊密結合專業(yè)課知識點，是否能夠達到課程思政育人潤物細無聲的良好效果。［8-9］以“光學光刻技術”教學單元融合愛國和敬業(yè)精神、工匠精神思政內(nèi)容為例，介紹本課程完整的思政案例設計。

（一）教學目標

1. 知識目標：（1）光學曝光技術的發(fā)展歷程；（2）光學光刻技術原理和技術特點；（3）計算機仿真技術。

2. 能力目標：（1）培養(yǎng)學生的科學意識，提高學生分析能力、邏輯思維能力；（2）培養(yǎng)學生獨立思考、理論聯(lián)系實際的意識和思維。

3. 情感和思政目標：（1）拓展學生思維，增強學生對本專業(yè)學習的興趣；（2）樹立民族自信心，培養(yǎng)學生的社會責任感、愛國主義情懷及科學素養(yǎng)。

（二）教學方法

利用啟發(fā)引導、仿真演示、提問討論等多種方式，將理論知識與思政元素有機融合，一方面激發(fā)學生的學習興趣，另一方面還可以加強學生對相關知識的理解。具體舉措包括：1. 啟發(fā)引導。以問題為導向，引導學生積極思考，在課程開始時給學生展示實驗室獲得一系列不同尺寸（最小線寬0.5微米以上）和形貌光刻實驗SEM照片，進行簡單提問：這是實驗室獲得的光刻結果，實驗室的365nm光刻機能不能用于光刻90nm以下的線條，為什么？以此激發(fā)學生的學習興趣，帶著疑問主動學習。2. 仿真演示。對于加工工藝課程來說，如果只是口頭講授課程內(nèi)容有些抽象和枯燥，學生對很多概念難以理解和記憶。為此，借助仿真軟件演示和視頻等手段，將課程內(nèi)容具象化、生動化。如利用實驗室研發(fā)的光學光刻仿真軟件演示接觸式、接近式和投影式光刻過程和光刻結果，讓學生直觀感受三種光刻方式光刻結果和技術特點，活躍課堂氣氛，同時幫助學生更好地理解和掌握光刻分辨率理論公示的內(nèi)涵。3. 提問討論。設計具有啟發(fā)性的討論題讓學生先自行思考，然后展開分組討論，充分培養(yǎng)學生的思考能力。分組討論結束后，可以讓不同小組學生主動分享小組討論結論，老師和其他同學進行點評，實現(xiàn)師生充分互動，調(diào)動課堂學習氣氛。

（三）教學過程

光學光刻工藝是半導體制造中最為重要的工藝步驟之一，其主要作用是將掩膜板上的圖形復制到硅片上，為下一步進行刻蝕、離子注入等工序做好準備。光刻的成本約為整個硅片制造工藝的1/3，耗費時間約占整個硅片工藝的40%～60%?！肮鈱W光刻技術”教學單元的主要教學過程如下。

在學生帶著疑問學習的基礎上，開始講解光學曝光的工藝過程、光學曝光的方式和原理，在講授接觸式、接近式和投影式光刻技術的特點和過程時，利用實驗室研發(fā)的光學光刻仿真軟件分別演示接觸式、接近式和投影式光刻過程，并講解分析光刻仿真結果，讓學生直觀感受三種光刻方式的光刻結果和特點，活躍課堂氣氛，同時幫助學生更好地理解和掌握光刻機光刻分辨率理論公示的內(nèi)涵。

隨后從理論上深入地分析探討實驗室的光刻機不能用于光刻90nm以下的線條的原因。逐步過渡到講授如何提高光學曝光分辨率的方法，結合回顧國內(nèi)外光刻機研發(fā)的歷史，介紹光刻機的在不同歷史時期的研發(fā)難點和關鍵技術，穿插講述我國先進光刻機長期以來依賴國外進口，受到國際制裁的限制。近幾年以美國為首的西方國家為了進一步限制中國的科技發(fā)展，加強了對ASML光刻機的禁運措施。在這一挑戰(zhàn)面前，上海微電子并未退縮，反而加大了自主研發(fā)和創(chuàng)新的步伐，成功研制出了90nm量產(chǎn)光刻機，并再進一步研發(fā)28納米國產(chǎn)光刻機，進一步解決光刻機領域的“卡脖子”問題，激發(fā)學生的愛國情懷和敬業(yè)精神。然后，播放5分鐘EUV光刻機原理的視頻，探討研發(fā)更先進的EUV光刻機研制面臨著納米級制造高精度的光源對準系統(tǒng)、光學鏡頭等技術難點。例如EUV光刻機的反射鏡，精細程度相當于把整個地球打磨光滑，凸起不能超過一根頭發(fā)絲，如此高的精度要求只能靠手磨工藝實現(xiàn)，需要經(jīng)驗豐富、手藝達到極致的“老工匠”來打磨這些元件，從而讓學生領會和追求“工匠精神”。

超大規(guī)模集成電路加工追求光學曝光的極限分辨率，而微系統(tǒng)或微機電系統(tǒng)追求光學曝光的另一個極端——超厚膠曝光。因此，在以上講解的基礎上，講授厚膠光刻技術原理和特點，包括垂直入射曝光、厚膠移動掩模曝光和傾斜入射曝光等多重曝光方式，在此繼續(xù)利用實驗室研發(fā)的光學光刻仿真軟件進行各種厚膠光刻工藝的仿真演示，讓學生直觀感受不同厚膠光刻方式的光刻結果和特點。

最后，針對文獻中采用厚膠光刻工藝得到的復雜的三維顯影結構，［10］提出一個問題：如何直接利用厚膠光刻工藝得到這樣的微結構？引導學生分組積極討論，結合所學知識說明自己的想法，激發(fā)學生的學習積極性，加深學習印象和拓展思維能力。學生分組匯報討論結果，師生共同點評，最后老師進行總結，并給出一個比較優(yōu)選的曝光方式，并借此具有一定“奇思妙想”的曝光技術鼓勵學生培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

（四）教學效果

在本教學單元課程結束后，設計調(diào)查問卷，對學生的學習動機、學習態(tài)度、學習積極性、思想狀況等進行評價，利于教學方法策略的持續(xù)改進。參與調(diào)查的2022級本課程班級學生共28人，調(diào)查結果如圖1 所示。由圖1可以看出，通過本教學單元的學習，大部分學生很好地掌握了光學光刻技術的基本原理和特點等知識要點，并認為本教學單元的教學過程對個人的成長很有幫助。這說明本教學單元的內(nèi)容和教學模式較好地實現(xiàn)了專業(yè)知識性與思想教育性合二為一，有助于學生在未來的工作崗位或職業(yè)道路上走得更遠、更穩(wěn)。由圖1的各項問卷指標可知，學生不僅在專業(yè)知識方面有所提高，而且在提高學習熱情、增強創(chuàng)新意識和社會責任感等方面都有很好的表現(xiàn)，說明本教案的教學設計一定程度上實現(xiàn)思想政治教育與知識體系教育的有機統(tǒng)一，其中蘊含的思政元素，能夠引起學生的關注和共鳴，達到了預期的教學效果。

三、結語

習近平總書記指示高校教師，要用好課堂教學這個主渠道，使各類課程與思想政治理論課同向同行。本研究深入挖掘了“微納加工技術”課程的思政元素，在此基礎上提出了課程思政案例教學設計的思路，將學科知識與思想政治教育內(nèi)容有機結合，將相關思政元素潛移默化地傳授給學生，讓課程內(nèi)容既有豐富的科學知識，又有深邃的思想深度，引導學生樹立正確價值觀，培養(yǎng)優(yōu)秀的精神品質(zhì)和道德修養(yǎng)，使學生成為“德才兼?zhèn)洹钡纳鐣髁x新時代建設者。

參考文獻：

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［8］ 陳龍. 基于課程思政理念的“電路原理”課程教學案例設計研究［J］. 工業(yè)和信息化教育，2022（05）：57-60.

［9］ 張勇猛，李青松，羅巧君，等. 工科前沿課程思政案例設計與教學實踐——以微機電系統(tǒng)與納米技術為例［J］. 高教學刊，2023，9（01）：178-181.

［10］ Yoon Y，Park J，Allen G M. Multidirectional UV Lithography for Complex 3-D MEMS Structures［J］. Journal of Microelectromechanical Systems：A Joint IEEE and ASME Publication on Microstructures，Microactuators，Microsensors，and Microsystems，2006，15（05）：1121-1130.

（責任編輯：陳華康）

基金項目：2020年東南大學課程思政教育教學改革與研究實踐項目“‘微納加工技術’課程思政教學設計案例研究”（項目編號：2020-33）；2021年東南大學課程思政校級示范課改革試點立項建設項目“微納加工技術”（項目編號：2021-81）。

作者簡介：周再發(fā)（1978—），男，博士，東南大學MEMS教育部重點實驗室常務副主任、博士生導師，東南大學特聘教授，研究方向為MEMS CAD軟件開發(fā)、MEMS和集成電路協(xié)同設計技術、微納傳感器設計和制造技術等。