《微机械电子系统》课程教学设计

《微机械电子系统》课程教学设计

（一）基本描述

课程名称：微机械电子系统

英文译名：Micro Electrom Mechanical System

总学时：16 讲课学时：16 实验学时：0 上机学时：0 适用专业：机电工程学院机械设计制造及其动化专业、其它相关专业开课教研室：机电工程学院机械制造及自动化系

课程要求：选修

开课时间：第七学期

先修课程：大学数学、大学物理、大学化学、机械制造技术基础、电工电子学

教材与主要参考书：

刘广玉，樊尚春，周浩敏.《微机械电子系其应用》.北京航空航天大学出版社2003年2月

徐泰然（著），王小浩等（译），周兆英等（较）.《MEMS和微系统-设计与制造》.机械工业出版社2004年1月

李德胜，王东红，孙金玮，金鹏.《MEMS技术及其应用》.哈尔滨工业大学出版社2002年3月

（二）课程的性质、研究对象及任务

《微机械电子系统》是一门关于微机械电子系统的概述课程。本课程的主要内容包括：MEMS的组成与应用、MEMS功能材料、微机械制造技术、微机械执行器及微机械传感器等五部分。通过对本课程的学习，学生将了解MEMS的基本概念、基本原理、主要加工工艺及基本的系统设计理念，拓展对机电系统设计制造的认识，并为将

来从事MEMS的相关领域的研究打下基础。

（三）教材的选择与分析

针对机械制造及其自动化专业对本科生培养计划的要求，本课程将以现有教材为主，结合当今MEMS领域的最新技术资料，力争使学生在了解MEMS设计和制造方面的基本知识的同时，能了解MEMS技术的最前沿的发展状况及发展趋势。现在关于微机械电子系统的书籍主要有刘广玉等编写的《微机械电子系统及其应用》（北京航空航天大学出版社），（机械工业出版社），（哈尔滨工业大学出版社）等。这三本书分别面向不同的对象，在涵盖了本课程所要求的主要研究内容的基础上，又各有不同的侧重点。其中，

1)刘广玉等编写的《微机械电子系统及其应用》一书，介绍了当

今微机电系统的核心内容及其发展，重点放在微机电系统和器

件的工作原理、结构形式、设计参数、制造技术、输入到输出

的微弱信号检测、使用特性及应用场合等方面。这本教材是面

向检测与控制等电类专业的，教材用了相当篇幅来讲述各种接

口和信号处理电路，不适合作为面向机械制造及其自动化专业

本科生课程的主要教材。

2)徐泰然著的《MEMS与微系统–设计及制造》一书，在介绍

了MEMS的基本概念、组成及工作原理、功能材料、制造方

法等内容的基础上，更加侧重于MEMS相关的科学理论的介

绍，如物质的分子理论、量子物理、电化学、工程力学、流

体力学、尺寸效应等。同时，本书提供了大量的MEMS元器

件的设计实例。这是一本理论性和实践性均非常强的优秀的

MEMS领域的教材，可以作为本课程首选的参考书籍，但是

由于其大部分内容超出了本选修课的教学要求，故不选其作为

主要教材。

3)李德胜等编著的《MEMS技术及应用》一书，在概述微机电

技术(MEMS)的发展背景、现状及应用前景的基础上，介绍了

MEMS基本理论，对MEMS相关工艺做了详尽的讲述,作为

MEMS应用,分别介绍了数种典型的物理量传感器和化学量传

感器的工作原理及制造工艺，对各类微操作器(执行器)、微机

械零件及微机电系统也做了比较详细的论述。本教材很好地兼

顾了所涵盖内容的深度和广度，适合机械制造及其自动化专业

的本科生教学要求。

因此，选用李德胜等编著的《MEMS技术及应用》作为本课程的主要教材。

（四）本课程各章的主要内容与基本要求、重点与难点、学时分配第一章微机械电子系统的基本概念及应用（讲课2学时）了解MEMS的概念、发展现状。熟悉几种典型的MEMS产品及其应用

第二章微机电系统功能材料（讲课2学时）

了解常用的微机械电子系统功能材料的基本物理、化学性质，掌握针对特定功能的微型元器件设计时的功能材料选择方法。

第三章微机械制造技术（讲课4学时）

了解微机械制造技术，包括硅微机械加工技术（化学腐蚀、离子刻蚀、薄膜生成技术等）、LIGA技术（LIGA技术、SLIGA技术）、特种精密加工技术、固相键合技术等。

第四章微机械执行器（讲课3学时）

了解微电机、微泵和微阀以及微驱动器的特点、作用原理、设计制造以及应用前景。

第五章微传感器（讲课3学时）

了解微传感器的基本物理效应，掌握压力微传感器、加速度微

传感器、角速度微传感器（微陀螺）及热式温度微传感器等的基本工作原理及应用。

第六章微机电系统设计实例（讲课2学时）

了解微系统的设计依据：设计约束、材料选择、制造工艺选择、信号变幻和转换、机电设计及封装。

以微压力传感器硅芯片的设计为例，对微机电系统的设计有初步的认识。

（五）教学环节

教学主要是课堂讲授。

1)根据教学大纲，认真备课，做好教案，熟练掌握课程的基本内

容。

2)课堂讲授表达要准确，板书要整齐，书写要符合规范，并注意

运用直观形象教学。教学手段要完备，根据教学内容的要求，

恰当运用图片、挂图、CAI课件和多媒体等，采用多种形式的

教学手段和方法，调动学习积极性。注重提高学生的自学能力。

3)教书育人，为人师表，上课精神饱满，以人格的魅力和精神气

质激发学生的求知欲和思维活动。

4)讲课思路要清晰，包括：问题的提出、解决问题的条件、建立

模型、分析解决问题的思路、解题和总结等；概念要准确，重

点要突出。

5)采用启发式教学，引导学生在完成本课程学习的同时，通过互

联网等相关渠道，了解MEMS技术的最新进展和发展趋势。

注意理论联系实际，教学内容尽量与实际应用背景相结合，使

教与学均有更明确的针对性，提高学生的学习兴趣。

（六）信息交流，教学相长

学内容要做到与学生沟通，授课中及时了解到学生的兴趣，并根