基于产学研协同育人的薄膜物理与技术课程教学模式探索

基于产学研协同育人的薄膜物理与技术课程教学模式探索
作者：杨继凯王连锴王国政王新
来源：《高教学刊》2024年第07期
摘要：在產学研协同育人培养技能型和应用型全面人才的背景下，以长春理工大学薄膜物理与技术课程为例，通过课程内容优化、线上教学资源建设、课内实验及竞赛联合项目设置，教学设计改革、课程测试与评价建设及课程思政建设几方面对产学研协同育人的课程教学模式进行探索，最终提高学生实践创新能力、科研能力及自身就业竞争力。

同时，其也是培养合格员工且缩短人才培养周期的最佳途径，另外，也为高校产学研协同育人的课堂教学改革及实践提供一定的参考。

关键词：产学研；协同育人；薄膜物理与技术；教学改革；教学实践
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）07-0102-04
Abstract： Under the background of cultivating skilled and applied all-round talents in the context of industry-university-research collaboration， this paper takes Changchun University of Science and Technology's Thin-film Physics and Technology course as an example. We explore and do some research of the curriculum teaching mode of industry-university-research cooperation education by optimizing the course content， constructing online teaching resources， joining project of in-class experiments and competitions， carrying out the teaching design reform， constructing curriculum testing and evaluation and the ideological and political construction of courses. Finally，the study improves students' practice， innovation， scientific research ability and their own employment competitiveness. It is also the best way to train qualified employees and shorten the talent training cycle. In addition， it also provides a certain reference for the classroom teaching reform and practice of collaborative education of industry， university and research in colleges and universities.
Keywords： industry-university-research; collaborative education; Thin Film Physics and Technology; teaching reform; teaching practice
薄膜物理与技术是长春理工大学（以下简称“我校”）微电子科学与工程专业的一门专业教育课程，面向我校微电子科学与工程和电子科学与技术专业的本科生，课程内容方案的设置符合我校的培养目标和定位。

通过本课程的学习，可以使学生懂得各种薄膜的形成机理和制备方法，同时懂得薄膜的结构、组分分析方法，以及薄膜材料应用和技术领域的一些前沿研究情况和应用，培养学生理论联系实际的能力、创新能力及科学研究思想，使学生具备从事光学薄膜、电子薄膜及各种功能薄膜科学研究和开发的能力，为以后从事微电子科学与工程领域光电功能材料及器件制备的相关科学研究和就业奠定理论和实践基础。

然而，目前传统的教学模式普遍存在“理论脱离实践”的现象[1]，在教学模式、教学内容、教学手段及课程考核等方面都存在或多或少的一系列问题。

另一方面，产学研协同育人是集生产、学习、实践研究于一体的教育形式，可以实质性地解决学校培养与企业岗位需要、学生学习脱离社会实践的问题。

在产学研协同育人调控下，理工院校、科研院所、机构与企业各种资源共享，能够为学校、科研机构提供教育资源，也为企业、公司提供适应企业生存的合格员工，从而为理工院校、科研机构、企业及社会都带来更多的收益[2]。

同时，在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020 年）》中，明确指出要求高等学校要突出教学特色，培养技能型和应用型等人才[3]。

因此，建立线上结合线下、理论结合实验及科研的融合结构体系，探索产学研协同育人的薄膜物理与技术课程的教学模式改革途径，进而提高专业人才质量，满足行业、企业专业岗位人才需求是非常重要的。

一薄膜物理与技术课程教学改革背景
长春理工大学微电子科学与工程专业，起源于1958年建校时创始人王大珩院士建立的技术物理专业。

本专业现为国家一流专业建设点、吉林省高等学校品牌专业。

根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中培养技能型和应用型人才的要求，我校高度重视产学研协同育人相关课程建设研究。

本教研团队主持吉林省教育科学规划课题1项；主持
教育部产学合作协同育人项目1项；主持一流课程建设项目1项，指导省级大学生创新创业项目1项；指导学生参加“互联网+”大学生创新创业大赛，获得省级二等奖1项，校级奖项若干；指导学生参加“挑战杯”吉林省大学生创业计划竞赛，获得省级一等奖1项，省级二等奖1项。

同时，本教研团队主持的国家级、省部级科研项目和SCI论文均和本专业学生共同完成，通过课程建设、思政建设、科研创新研究及专业教育与创新创业结合探索研究，为校企共建产学研合作协同育人的课程体系完善奠定了理论和实践基础。

另外，本专业教研团队可提供超320平方米净实验室，500余平方米科研场地，总价值约2 000余万元仪器设备，在此基础上本专业教研团队通过申报成果转化项目、指导学生发表科技创新SCI论文、指导学生参加“互联网+”“挑战杯”等创新创业竞赛，真正实现了产、学、研一体，促进理论与实践有机结合。

同时，本专业教研团队已经与长春理工大学国家大学科技园、长春威视追光科技有限责任公司、长春市洁环光电科技有限公司等企业建设了校企合作平台，初步满足了企业生产实践和学校教学、科研实践的双向需求，这些为校企共建产学研合作协同育人的实践实习基地扩展奠定了理论和实践基础。

二产学研协同育人的薄膜物理与技术课程内容优化
首先，本教研组将实验室科研成果融入课程内容，且在教学过程中我们努力把课题组的科研方向和成果介绍给学生，并把自己课题组主要的研究方向电致变色薄膜、环境净化薄膜及新能源薄膜等涉及多类薄膜材料及其在产业中的实际应用，用科学的思维和方法介绍给学生并融入教学过程中。

其次，在教学过程中，除了教材涉及的基本内容之外，充实教学内容，紧跟科学前沿，与时俱进，把研究进展和科学前沿介绍给学生，不仅丰富了课堂教学内容，更培养了学生的科研思想，提高了学生对本课程的学习兴趣，同时激发了学生的爱国热情、培养了学生的荣誉感、自豪感。

再次，丰富了课程中课件相关内容的图片、动画或者视频等，将学习内容丰富化、简单化、形象化和具体化，以期达到良好的教学效果。

最后，向学生介绍当前以薄膜工艺为工作背景的热门企业发展前景、工作情况、薪资待遇等，并且邀请相关企业管理人员来我校为学生做相关的企业宣传讲座，联系到本课程的知识内容，从而调动学生学习本门课程的动力。

三产学研协同育人的薄膜物理与技术课程线上教学资源建设
为了适合本专业培养目标的教学改革思路，建立纸质资源，建立了电子版教案、教学PPT、教学大纲、教学日历、课后作业题题库（不少于200道题）、章节测试题题库及不少于5套期末考试题库，另外录制了教学微视频，建立了雨课堂薄膜物理与技术网络资源站，同时借鉴中国大学MOOC网站资源共同进行线上教学工作，并进行课后问卷调查，及时了解学生对授课方式接受情况及课堂内容掌握情况，并在后续授课过程中不断持续改进更新。

另外，继续丰富线上教学资源，主动融入企业实践教学内容，如工艺流程、设备、实际产品等，以求满足企业用人需求。

最后，通过引入VR等手段进行实验课程微视频的制作，具体介绍薄膜工艺原理及实验制备方法，演示薄膜材料与技术中电镀、阳极氧化、溶液镀膜等工艺，进而推进实
验课程进理论课堂的建设，同时进一步完善当前先进薄膜工艺的理论知识融入到课程当中，使本课程不限于教材。

四产学研协同育人的薄膜物理与技术课程课内实验及竞赛联合项目设置
以薄膜材料和技术的特性和特点出发，引导学生参与到薄膜制备的研究和创新应用过程中，培养学生的创新能力和研发兴趣。

传统演示性和验证性的薄膜制备原理及过程对于学生积极性和兴趣的调动有限，通过指导学生亲自参与实验创造和设计，让学生亲身参与实验全过程，使得其被动参与变为主动参与，以学生为中心，教师辅助，如学生自己动手操作电镀、阳极氧化及溶液镀膜等实验，培养学生理论联系实际的能力，提高学生正确认识问题、分析问题、解决问题的能力。

以实验课为渠道，指导学生参加大学生创新创业训练计划项目、“互联网+”大学生创新创业大赛及“挑战杯”吉林省大学生创业计划竞赛等[4-5]。

学生通过实验实践训练，可以更好地掌握各种薄膜制备方法及表征手段的工作原理和应用，激发了学生的学习热情，并提高了他们的动手能力和基本科研能力，实现自己的青春梦想和人生价值。

因此，产学研协同育人的薄膜物理与技术课程课内实验及竞赛联合项目设置，对于高校来说，是提高学生实践、创新、科研能力及自身就业竞争力的重要途径；对企业来说，是尽快培养合格员工，提升企业创新能力及经济效益的有效方法，尤其对于理工科教育实用性较强的特性，产学研结合育人更能够减少人才培养周期时间，提升高校和企业实力，共同获益。

五产学研协同育人的薄膜物理与技术课程教学设计改革
由于该课程具有很强的实用性和专业性特点，为了达到课程教学目标，目前我们已经采用课堂讲授、启发式、讨论式和案例分析式等方式进行线上、线下混合式教学方法[6]，主要运用多媒体PPT教学手段，讲授相关教学内容，用课件和准确清晰的语言来讲解工作原理及机制，考勤10次，每4课时留一次作业或进行一次单元小测试，提高授课效果。

其中，我们进行了翻转课堂教学，以第四章的离子镀膜为例，其是在第二章真空蒸发镀膜和第三章溅射镀膜基础上提出的镀膜技术，结合了真空蒸发镀膜和溅射镀膜的特点，是这两种镀膜技术的优化，并且离子镀中的等离子技术涉及的化学反应为后面第五章的化学气相沉积和第六章的溶液镀膜技术提供了重要知识铺垫，既是本章的重点也是本门课程的重点。

通过本節课的学习如图1所示，学生能够掌握离子镀膜的原理、特点及类型，理解离子的轰击作用，理论上能够利用离子镀工艺进行镀膜，同时了解了离子镀膜工艺的应用方向。

培养学生科学研究的思想方法、理论联系实际的能力及创新能力，培养学生解决实验、生产中产生问题的能力。

本节课采用翻转课堂+视频教学+小组讨论等方式相结合的混合式教学方法，具体策略如图2所示。

（一）课前设计
课前发布离子镀的发展历史相关视频，如王大珩和钱学森等著名科学家的科学事迹案例视频学习资料，提高学生对本课程的学习兴趣，对学生进行爱国主义教育，激发学生的爱国热情，培养学生民族荣誉感、自豪感；同时发布课件、自制离子镀膜的微课视频，让学生自主学习；发布互动题目预习题，让学生自主学习并进行作答，从而让学生初步理解离子镀原理、特点、离子轰击的作用及离子镀的类型。

（二）课中设计
针对梳理出的知识点、核心知识点内容要在课堂内采用启发式或讲解式进行详细讲授。

结合学情分析，通过学习的第二章真空蒸发镀膜和第三章溅射镀膜技术的回忆讲解，引出离子镀膜的概念，并引出学习离子镀膜的意义——获得不同物理气象沉积工艺的优缺点和应用适用性（以上内容10分钟内完成）。

为了考核学生课前的学习效果，其后60分钟主要采用参与式、互动式的课堂小组形式让学生对互动题目进行讲解讨论，并提出不理解的问题请老师解答，针对学生讲解情况反馈学生的自学学习效果。

最后，教师对核心知识问题进行总结讲解。

其具体形式如下。

首先，对学生提出问题：①离子镀膜的原理；②离子镀膜的特点；③离子的轰击作用；④离子镀膜的类型。

其次，在雨课堂把全班学生分成4个组（5～6人/组），按顺序选择其中一组为翻转展示组，翻转展示组中的每位学生针对课堂里提出的问题进行分配并讲授讨论，同时进行师生和生生评价（此部分内容60分钟内完成）。

最后，老师提出自己的观点并总结本节课的重点、难点内容，并且布置思考题（此部分内容20 分钟内完成）。

在互动过程中，要求学生课堂气氛要活跃，要求每名同学都要积极发言、争取自己的主张，强调学生批判性思维能力的培养，形成一个热烈讨论的课堂气氛。

这既能够促进学生学习的积极性，也能够使学生在多方面有所收获，增强学习的成就感和自信。

另外，在研讨过程中，教师就能够了解每名学生的学习态度、发言的情况、对知识理解的程度，从而了解到每个学生的学习情况和状态。

二产学研协同育人的薄膜物理与技术课程内容优化
首先，本教研组将实验室科研成果融入课程内容，且在教学过程中我们努力把课题组的科研方向和成果介绍给学生，并把自己课题组主要的研究方向电致变色薄膜、环境净化薄膜及新能源薄膜等涉及多类薄膜材料及其在产业中的实际应用，用科学的思维和方法介绍给学生并融入教学过程中。

其次，在教学过程中，除了教材涉及的基本内容之外，充实教学内容，紧跟科学前沿，与时俱进，把研究进展和科学前沿介绍给学生，不仅丰富了课堂教学内容，更培养了学生的科研思想，提高了学生对本课程的学习兴趣，同时激发了学生的爱国热情、培养了学生的荣誉感、自豪感。

再次，丰富了课程中课件相关内容的图片、动画或者视频等，将学习内容丰富化、简单化、形象化和具体化，以期达到良好的教学效果。

最后，向学生介绍当前以薄膜工艺为工作背景的热门企业发展前景、工作情况、薪资待遇等，并且邀请相关企业管理人员来我校为学生做相关的企业宣传讲座，联系到本课程的知识内容，从而调动学生学习本门课程的动力。

三产学研协同育人的薄膜物理与技术课程线上教学资源建设
为了适合本专业培养目标的教学改革思路，建立纸质资源，建立了电子版教案、教学PPT、教学大纲、教学日历、课后作业题题库（不少于200道题）、章节测试题题库及不少于5套期末考试题库，另外录制了教学微视频，建立了雨课堂薄膜物理与技术网络资源站，同时借鉴中国大学MOOC网站资源共同进行线上教学工作，并进行课后问卷调查，及时了解学生对授课方式接受情况及课堂内容掌握情况，并在后续授课过程中不断持续改进更新。

另外，继续丰富线上教学资源，主动融入企业实践教学内容，如工艺流程、设备、实际产品等，以求满足企业用人需求。

最后，通过引入VR等手段进行实验课程微视频的制作，具体介绍薄膜工艺原理及实验制备方法，演示薄膜材料与技术中电镀、阳极氧化、溶液镀膜等工艺，进而推进实验课程进理论课堂的建设，同时进一步完善当前先进薄膜工艺的理论知识融入到课程当中，使本课程不限于教材。

四产学研协同育人的薄膜物理与技术课程课内实验及竞赛联合项目设置
以薄膜材料和技术的特性和特点出发，引导学生参与到薄膜制备的研究和创新应用过程中，培养学生的创新能力和研发兴趣。

传统演示性和验证性的薄膜制备原理及过程对于学生积极性和兴趣的调动有限，通过指导学生亲自参与实验创造和设计，让学生亲身参与实验全过程，使得其被动参与变为主动参与，以学生为中心，教师辅助，如学生自己动手操作电镀、阳极氧化及溶液镀膜等实验，培养学生理论联系实际的能力，提高学生正确认识问题、分析问题、解决问题的能力。

以实验课为渠道，指导学生参加大学生创新创业训练计划项目、“互联网+”大学生创新创业大赛及“挑战杯”吉林省大学生创业计划竞赛等[4-5]。

学生通过实验实践训练，可以更好地掌握各种薄膜制备方法及表征手段的工作原理和应用，激发了学生的学习热情，并提高了他们的动手能力和基本科研能力，实现自己的青春梦想和人生价值。

因此，产学研协同育人的薄膜物理与技术课程课内实验及竞赛联合项目设置，对于高校来说，是提高学生实践、创新、科研能力及自身就业竞争力的重要途径；对企业来说，是尽快培养合格员工，提升企业创新能力及经济效益的有效方法，尤其对于理工科教育实用性较强的特性，产学研结合育人更能够减少人才培养周期时间，提升高校和企业实力，共同获益。

五产学研协同育人的薄膜物理与技术课程教学设计改革
由于该课程具有很强的实用性和专业性特点，为了达到课程教学目标，目前我们已经采用课堂讲授、启发式、讨论式和案例分析式等方式进行线上、线下混合式教學方法[6]，主要运用多媒体PPT教学手段，讲授相关教学内容，用课件和准确清晰的语言来讲解工作原理及机制，考勤10次，每4课时留一次作业或进行一次单元小测试，提高授课效果。

其中，我们进行了翻转课堂教学，以第四章的离子镀膜为例，其是在第二章真空蒸发镀膜和第三章溅射镀膜基础上提出的镀膜技术，结合了真空蒸发镀膜和溅射镀膜的特点，是这两种镀膜技术的优化，并且离子镀中的等离子技术涉及的化学反应为后面第五章的化学气相沉积和第六章的溶液镀膜技术提供了重要知识铺垫，既是本章的重点也是本门课程的重点。

通过本节课的学习如图1所
示，学生能够掌握离子镀膜的原理、特点及类型，理解离子的轰击作用，理论上能够利用离子镀工艺进行镀膜，同时了解了离子镀膜工艺的应用方向。

培养学生科学研究的思想方法、理论联系实际的能力及创新能力，培养学生解决实验、生产中产生问题的能力。

本节课采用翻转课堂+视频教学+小组讨论等方式相结合的混合式教学方法，具体策略如图2所示。

（一）课前设计
课前发布离子镀的发展历史相关视频，如王大珩和钱学森等著名科学家的科学事迹案例视频学习资料，提高学生对本课程的学习兴趣，对学生进行爱国主义教育，激发学生的爱国热情，培养学生民族荣誉感、自豪感；同时发布课件、自制离子镀膜的微课视频，让学生自主学习；发布互动题目预习题，让学生自主学习并进行作答，从而让学生初步理解离子镀原理、特点、离子轰击的作用及离子镀的类型。

（二）课中设计
针对梳理出的知识点、核心知识点内容要在课堂内采用启发式或讲解式进行详细讲授。

结合学情分析，通过学习的第二章真空蒸发镀膜和第三章溅射镀膜技术的回忆讲解，引出离子镀膜的概念，并引出学习离子镀膜的意义——获得不同物理气象沉积工艺的优缺点和应用适用性（以上内容10分钟内完成）。

为了考核学生课前的学习效果，其后60分钟主要采用参与式、互动式的课堂小组形式让学生对互动题目进行讲解讨论，并提出不理解的问题请老师解答，针对学生讲解情况反馈学生的自学学习效果。

最后，教师对核心知识问题进行总结讲解。

其具体形式如下。

首先，对学生提出问题：①离子镀膜的原理；②离子镀膜的特点；③离子的轰击作用；④离子镀膜的类型。

其次，在雨课堂把全班学生分成4个组（5～6人/组），按顺序选择其中一组为翻转展示组，翻转展示组中的每位学生针对课堂里提出的问题进行分配并讲授讨论，同时进行师生和生生评价（此部分内容60分钟内完成）。

最后，老师提出自己的观点并总结本节课的重点、难点内容，并且布置思考题（此部分内容20 分钟内完成）。

在互动过程中，要求学生课堂气氛要活跃，要求每名同学都要积极发言、争取自己的主张，强调学生批判性思维能力的培养，形成一个热烈讨论的课堂气氛。

这既能够促进学生学习的积极性，也能够使学生在多方面有所收获，增强学习的成就感和自信。

另外，在研讨过程中，教师就能够了解每名学生的学习态度、发言的情况、对知识理解的程度，从而了解到每个学生的学习情况和状态。