光电材料制备与加工技术的教学探索和实践
唐立丹++王冰++齐锦刚++彭淑静
[摘 要]光电材料制备与加工技术是光电材料专业的必修课，该课程涉及内容广泛和实践性很强。结合新型的教学技术和实际教学情况，提出在教学过程中引入微课教学和创新实验教学等新型教学方式，提高学生的学习热情和学习效率，改善教学质量，实现光电功能材料专业人才培养，提高学生就业和创业的竞争力。
[关键词]光电材料；微课教学；创新实验教学
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）02-0123-02
信息、能源和材料是目前国民经济的三大支柱，尤其自20世纪90年代末开始，世界各国积极发展光电市场，极大促进了光电产业的发展。光电产业以光电技术为核心，光电材料制备为基础，实现光电器件的生产与制造，光电产业涵盖发光二极管、光伏发电、光通信、激光等各领域。光电产业作为一门新兴的高新技术产业，自2004以来一直快速稳步增长，据预计2015年其产值将达9631亿美元。光电产业将成为21世纪最大产业，各个国家对于该产业发展及其人才培养都投入了大量的人力物力，例如美国率先在亚利桑那大学建立“美国光谷”，我国也在武汉也建立“中国光谷”。光电产业被认为是21世纪全球经济发展的“战略性行业”之一。目前，发达国家光电产业非常完备，已进入大规模商业化阶段。而我国光电产业尚在起步阶段，光电技术及光电人才的不足极大影响了光电产业的发展。光电产业的发展急需大量的具有扎实的半导体物理、光电技术和材料制备技术等基础知识的综合性人才，尤其是偏重于光电材料及其制备方面的工程类人才极度欠缺。为了迎合光伏产业发展的需求，各高校积极培养光电材料方向的创新性技术人才。辽宁工业大学材料科学和工程学院开设了光电材料和器件方向专业，积极培养光电材料方向人才。光电材料制备与加工技术是光电材料与器件专业的必修课，介绍了各种光电器件的基本结构、工作原理和各种制备工艺，着重从材料制备和性能的角度出发，主要阐述了光电材料的制备技术以及材料的成分、结构及缺陷和对各种光电器件的影响。由于该课程开课时间较晚，课程内容较新，如何讲授好光电材料加工与制备技术这门课仍然在探索过程中。
一、教学中存在的问题
1.光电材料制备与加工技术课程的综合性较强，几乎涵盖了信息、能源和材料三大领域，因此教学内容比较广泛而且抽象，使学生难以理解，各个知识点也比较分散，课程学习的连续性差。一般课程安排只有40学时内，因此很难在规定的学时内将所有内容讲授清楚，尤其对于材料科学与工程学院的学生，半导体物理方面知识比较薄弱，对于光电器件的理解不够透彻，更增加了讲授难度。
2.该课程涉及的制备及加工技术部分的实践性较强，很多的生产设备及其工艺过程很难用简单的示意图来表达清楚，单纯的理论教学不能满足学生对光电材料的直观认识，导致教学效果不佳。如果能够带领学生到半导体企业和光电器件生产企业参观实习，较为理想，但是受多数高校条件限制，无法满足学生实习需求，例如：辽宁工业大学所处区域范围内的半导体企业较少，异地实习所需时间较长，花费较大，难以满足学生需求。
3.光电材料制备与加工技术也是一门创新性较强的学科，光电材料发展非常迅速，相对而言，其教材教学内容相对滞后，如何使学生紧跟学科前沿，了解最新学科动态，培养认识事物探索知识能力，成为创新性技术人才是另一难题。
针对以上提出的教学难题，本论文提出几种教学方案，通过引入微课教学和创新实践教学，提高学生学习热情，进而提高光电材料制备与加工技术课程教学质量。
二、微课教学的引入
微课教学概念是在当前通信技术发展的基础上出现的一种新型的教学手段，以其直观可视、短小精悍、重点突出等特点，在高等教学界受到教育工作者的极大重视，并应用到教学中，取得十分理想的效果。微课教学是以视频教学为主要载体，围绕某个知识点开展的简短、完整的教学活动。这种教学视频，学生可以随时随地的通过各种移动终端的接受设备，比如手机、手提电脑等加以展示，利用自己零散的碎化时间来快速学习自己想要了解的知识点和教师在课堂上的教学内容。
光电材料制备与加工技术这门课程所包含的光电材料及器件较多，知识点比较分散。光电器件包括各种太阳能电池、光电倍增管、发光二极管、摄像管和光电二极管等；光电材料包括光伏材料、光电子发射材料、光电导材料、透明导电薄膜材料和光电显示材料等。然而由于课程学时限制，无法将所有器件和材料情况一一阐述，例如，本课程的第三章太阳能电池制备，主要介绍各种太阳能电池的工作原理、结构以及电池工艺过程，其中所涉及的电池种类繁多，知识点零散，无法利用课堂有限时间将所有电池的工作原理和结构一一阐述。在本课程引入微课教学，将部分太阳能电池的结构和光电转换通过视频的形式展示出来，而且每个视频包含一个知识点，授课目的明确，充分发挥多媒体教学的优势，学生通过直观观察可以更好的理解，达到教学目的。
光电材料制备与加工技术课程涉及的制备及加工技术部分的实践性较强，很多的生产设备及其工艺过程难以用文字和简单图形表达清楚，导致学生理解困难，失去学习兴趣，无法达到教学目的。例如，在讲授单晶硅光电材料制备工艺流程时，单晶硅的制备包括：籽晶的制作、原料的清洗与处理、装料、多晶硅熔融、种晶、缩颈、放肩、等径以及收尾等多步工序，工艺过程繁琐，仅从简单的工艺流程图很难讲述清楚。而利用微课教学模式，可以通过模拟单晶硅现场的工艺过程将整个单晶硅制备流程视频展示出来，学生可以通过观看生动的视频，进而了解单晶硅生产的整个过程，该种教授形式直观、生动，便于理解，解决了学生无法现场实习的问题。
微课教学作为一种新型的教学模式，教学形式灵活、授课时间短，不再局限于课堂，学生的注意力集中，提高了学习效率。微课教学充分利用学生的课外时间，进行知识传授，可以很好解决课时不足的问题，拓展了学生的知识面，具有重要的意义。
三、创新实验教学引入
培养创新性的人才是目前光电材料学科的关键问题，也是难题之一。相对于光电科学发展的速度，课堂内的教学受时间限制，教学内容相对滞后。为了使学生了解最新光电材料发展动态，应调动学生学习热情，拓展学生视野，进而提高学生创新能力。本文提出在光电材料制备与加工技术的教学环节中引入创新性的实验，将先进光电材料生长设备和光电检测设备引入课堂，开展一系列的光电材料制备和器件性能测试实验，让学生掌握各种光电材料的制备流程，熟悉光电器件的工作原理，起到事半功倍的作用，同时还可以让学生在实验过程中不断思考和探索一些前瞻性的科学研究问题。例如，磁控溅射制备光电薄膜材料实验，通过现场操作和原理讲解，使得学生能够深刻理解光电薄膜的生长过程、生长原理，引导学生思考如何提高光电薄膜材料质量等问题，培养学生的创新思维。此外，可以在教学过程中将教学和科研统一起来，引导学生参与教师的科研工作，形成对科研工作的感性认识，进而培养学生的创新精神。
四、结语
光电材料制备与加工技术是一门综合性和实践性较强的新兴学科，课程几乎涵盖了信息、能源和材料三大领域，要求光电材料方向人才不仅具有较广泛的基础知识，也要具有较强的创新能力。在教学过程中，引入微课教学和创新实验教学，微课教学形式灵活、授课时间短，不再局限于课堂，提高了学习效率，可以很好解决课时不足的问题，拓展了学生的知识面。创新实验教学不仅能拓展学生视野，还能培养其探索事物的能力，提高其创新的能力，使他们成为创新性技术人才。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 谢卫红.科研促进教学的途径[J].中国冶金教育，2007（2）：75-77.
[2] 胡铁生，黄明燕，李民.我国微课发展的三个阶段及其启示[J].远程教育杂志，2013（6）：36-42.
[3] 朱晓东.材料专业物理化学教学改革探索[J].教育与教学研究，2011（12）：90-92.
[责任编辑：钟 岚]
[摘 要]光电材料制备与加工技术是光电材料专业的必修课，该课程涉及内容广泛和实践性很强。结合新型的教学技术和实际教学情况，提出在教学过程中引入微课教学和创新实验教学等新型教学方式，提高学生的学习热情和学习效率，改善教学质量，实现光电功能材料专业人才培养，提高学生就业和创业的竞争力。
[关键词]光电材料；微课教学；创新实验教学
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）02-0123-02
信息、能源和材料是目前国民经济的三大支柱，尤其自20世纪90年代末开始，世界各国积极发展光电市场，极大促进了光电产业的发展。光电产业以光电技术为核心，光电材料制备为基础，实现光电器件的生产与制造，光电产业涵盖发光二极管、光伏发电、光通信、激光等各领域。光电产业作为一门新兴的高新技术产业，自2004以来一直快速稳步增长，据预计2015年其产值将达9631亿美元。光电产业将成为21世纪最大产业，各个国家对于该产业发展及其人才培养都投入了大量的人力物力，例如美国率先在亚利桑那大学建立“美国光谷”，我国也在武汉也建立“中国光谷”。光电产业被认为是21世纪全球经济发展的“战略性行业”之一。目前，发达国家光电产业非常完备，已进入大规模商业化阶段。而我国光电产业尚在起步阶段，光电技术及光电人才的不足极大影响了光电产业的发展。光电产业的发展急需大量的具有扎实的半导体物理、光电技术和材料制备技术等基础知识的综合性人才，尤其是偏重于光电材料及其制备方面的工程类人才极度欠缺。为了迎合光伏产业发展的需求，各高校积极培养光电材料方向的创新性技术人才。辽宁工业大学材料科学和工程学院开设了光电材料和器件方向专业，积极培养光电材料方向人才。光电材料制备与加工技术是光电材料与器件专业的必修课，介绍了各种光电器件的基本结构、工作原理和各种制备工艺，着重从材料制备和性能的角度出发，主要阐述了光电材料的制备技术以及材料的成分、结构及缺陷和对各种光电器件的影响。由于该课程开课时间较晚，课程内容较新，如何讲授好光电材料加工与制备技术这门课仍然在探索过程中。
一、教学中存在的问题
1.光电材料制备与加工技术课程的综合性较强，几乎涵盖了信息、能源和材料三大领域，因此教学内容比较广泛而且抽象，使学生难以理解，各个知识点也比较分散，课程学习的连续性差。一般课程安排只有40学时内，因此很难在规定的学时内将所有内容讲授清楚，尤其对于材料科学与工程学院的学生，半导体物理方面知识比较薄弱，对于光电器件的理解不够透彻，更增加了讲授难度。
2.该课程涉及的制备及加工技术部分的实践性较强，很多的生产设备及其工艺过程很难用简单的示意图来表达清楚，单纯的理论教学不能满足学生对光电材料的直观认识，导致教学效果不佳。如果能够带领学生到半导体企业和光电器件生产企业参观实习，较为理想，但是受多数高校条件限制，无法满足学生实习需求，例如：辽宁工业大学所处区域范围内的半导体企业较少，异地实习所需时间较长，花费较大，难以满足学生需求。
3.光电材料制备与加工技术也是一门创新性较强的学科，光电材料发展非常迅速，相对而言，其教材教学内容相对滞后，如何使学生紧跟学科前沿，了解最新学科动态，培养认识事物探索知识能力，成为创新性技术人才是另一难题。
针对以上提出的教学难题，本论文提出几种教学方案，通过引入微课教学和创新实践教学，提高学生学习热情，进而提高光电材料制备与加工技术课程教学质量。
二、微课教学的引入
微课教学概念是在当前通信技术发展的基础上出现的一种新型的教学手段，以其直观可视、短小精悍、重点突出等特点，在高等教学界受到教育工作者的极大重视，并应用到教学中，取得十分理想的效果。微课教学是以视频教学为主要载体，围绕某个知识点开展的简短、完整的教学活动。这种教学视频，学生可以随时随地的通过各种移动终端的接受设备，比如手机、手提电脑等加以展示，利用自己零散的碎化时间来快速学习自己想要了解的知识点和教师在课堂上的教学内容。
光电材料制备与加工技术这门课程所包含的光电材料及器件较多，知识点比较分散。光电器件包括各种太阳能电池、光电倍增管、发光二极管、摄像管和光电二极管等；光电材料包括光伏材料、光电子发射材料、光电导材料、透明导电薄膜材料和光电显示材料等。然而由于课程学时限制，无法将所有器件和材料情况一一阐述，例如，本课程的第三章太阳能电池制备，主要介绍各种太阳能电池的工作原理、结构以及电池工艺过程，其中所涉及的电池种类繁多，知识点零散，无法利用课堂有限时间将所有电池的工作原理和结构一一阐述。在本课程引入微课教学，将部分太阳能电池的结构和光电转换通过视频的形式展示出来，而且每个视频包含一个知识点，授课目的明确，充分发挥多媒体教学的优势，学生通过直观观察可以更好的理解，达到教学目的。
光电材料制备与加工技术课程涉及的制备及加工技术部分的实践性较强，很多的生产设备及其工艺过程难以用文字和简单图形表达清楚，导致学生理解困难，失去学习兴趣，无法达到教学目的。例如，在讲授单晶硅光电材料制备工艺流程时，单晶硅的制备包括：籽晶的制作、原料的清洗与处理、装料、多晶硅熔融、种晶、缩颈、放肩、等径以及收尾等多步工序，工艺过程繁琐，仅从简单的工艺流程图很难讲述清楚。而利用微课教学模式，可以通过模拟单晶硅现场的工艺过程将整个单晶硅制备流程视频展示出来，学生可以通过观看生动的视频，进而了解单晶硅生产的整个过程，该种教授形式直观、生动，便于理解，解决了学生无法现场实习的问题。
微课教学作为一种新型的教学模式，教学形式灵活、授课时间短，不再局限于课堂，学生的注意力集中，提高了学习效率。微课教学充分利用学生的课外时间，进行知识传授，可以很好解决课时不足的问题，拓展了学生的知识面，具有重要的意义。
三、创新实验教学引入
培养创新性的人才是目前光电材料学科的关键问题，也是难题之一。相对于光电科学发展的速度，课堂内的教学受时间限制，教学内容相对滞后。为了使学生了解最新光电材料发展动态，应调动学生学习热情，拓展学生视野，进而提高学生创新能力。本文提出在光电材料制备与加工技术的教学环节中引入创新性的实验，将先进光电材料生长设备和光电检测设备引入课堂，开展一系列的光电材料制备和器件性能测试实验，让学生掌握各种光电材料的制备流程，熟悉光电器件的工作原理，起到事半功倍的作用，同时还可以让学生在实验过程中不断思考和探索一些前瞻性的科学研究问题。例如，磁控溅射制备光电薄膜材料实验，通过现场操作和原理讲解，使得学生能够深刻理解光电薄膜的生长过程、生长原理，引导学生思考如何提高光电薄膜材料质量等问题，培养学生的创新思维。此外，可以在教学过程中将教学和科研统一起来，引导学生参与教师的科研工作，形成对科研工作的感性认识，进而培养学生的创新精神。
四、结语
光电材料制备与加工技术是一门综合性和实践性较强的新兴学科，课程几乎涵盖了信息、能源和材料三大领域，要求光电材料方向人才不仅具有较广泛的基础知识，也要具有较强的创新能力。在教学过程中，引入微课教学和创新实验教学，微课教学形式灵活、授课时间短，不再局限于课堂，提高了学习效率，可以很好解决课时不足的问题，拓展了学生的知识面。创新实验教学不仅能拓展学生视野，还能培养其探索事物的能力，提高其创新的能力，使他们成为创新性技术人才。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 谢卫红.科研促进教学的途径[J].中国冶金教育，2007（2）：75-77.
[2] 胡铁生，黄明燕，李民.我国微课发展的三个阶段及其启示[J].远程教育杂志，2013（6）：36-42.
[3] 朱晓东.材料专业物理化学教学改革探索[J].教育与教学研究，2011（12）：90-92.
[责任编辑：钟 岚]
