“微机电系统”课程多元化教学方法研究

赵小燕，张朝晖，侯庆文

(北京科技大学自动化学院，北京100083)

微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)是21世纪一项前沿技术，近年来得到迅猛发展并广泛应用于汽车、信息、航空、生物、医药等领域［1］。国内多个高校相继在本科和研究生阶段开设了“微机电系统”课程。不同专业对本课程教学的侧重点也不同：有的侧重材料科学领域针对MEMS传感器的制作工艺方向进行研究，有的侧重机械领域进行MEMS传感器的设计和应用，有的侧重检测技术和消费类电子进行MEMS传感器电子设计和应用。由于该学科是新兴学科，传统的单一教学方式难以适应当前社会对人才知识结构的要求，本文以仪器科学与技术专业本科生教学为背景，探讨了该课程的多元化教学方法。如何采用多元化手段从深度和广度等方面提高教学效果是本文的研究重点。

1 多元化教学模式

1.1 现代多元化教学手段和方法

现代多元化的教学主要包括：理论知识传授与学生自主实践相结合，教学实践与组织学生参加科学研究相结合，课堂教学与课外创新实践活动相结合，强调启发式教学和研究型教学［2，3］，注重学生自学能力的培养。现代多元化教学模式与传统教学方式的对比如表1所示。

1.2 课程的特点及教学策略

“微机电系统”作为一门专业课，既具有较深的理论性，又有很强的应用实践性;其高度的学科交叉性对于教师专业素质提出了更高的要求。教师本身不仅要掌握微电子学、机械学、材料学和电子学等方面的知识，同时还要具备生物医学、半导体和自动化等方面的背景。教师在讲课时要充分考虑学生的知识基础、理解能力和接受能力，以及MEMS技术发展与当前技术的应用，因此该课程的传授一定是理论联系实际的多元化教学模式。

表1 现代教学与传统教学对比表

2 教学内容安排

“微机电系统”是电子与机械结合的系统，涉及微电子、微细加工、微机械、材料学、信息与控制等技术科学，并紧密依靠数学、物理、化学、力学、生物等基础学科，课程架构和具体教学内容如图1所示。

图1 装置总体框图

按照教学计划，该课程的教学时间是32学时，课程的主要内容包括：MEMS概念和设计方法，集成电路和MEMS的基本制造技术，MEMS微传感器和执行器的工作原理及应用，当前MEMS发展现状及未来发展趋势。

为了使学生对本门课程有全局的了解，在第一节课从MEMS系统的制造和应用等方面进行介绍，重点介绍MEMS系统在各领域应用，使学生对该课程获得感性认识，在后期授课中也采用了从设计、制造和应用等方面结合实际案例进行教学。

MEMS传感器的设计和制作是本课程的重点章节，通过生活中应用的大量实例进行讲解和演示，学生通过掌握典型的MEMS传感器与执行器的相关知识，可以运用微机电系统的基本原理和技术方法解决实际问题的能力。

3 多元化教学方式

3.1 多媒体教学

由于微机电系统涉及材料和机械加工等方面的知识，利用多媒体课件、动画及视频等方式，有助于提高学生的学习效果。如在硅晶片制作章节，采用美国硅谷的短片介绍，将半导体加工的主要流程展示给学生;医用内窥镜胶囊和电子耳蜗作为医学应用的典型MEMS传感器，单凭口授无法将问题阐述清楚，因此课堂上将其工作原理、制作过程通过多媒体视频展示，将专业知识与生活实践相结合。

3.2 案例教学

MEMS应用范围极为广泛，因此理论教学必须要结合实践。在传感器和执行器章节中穿插着许多应用案例，如表2所示。

表2 MEMS技术应用案例

随着消费类电子产品的快速更新换代，大量MEMS传感器已在手机、电视、投影仪和汽车等方面得到应用。我们在课堂上以汽车用MEMS传感器为例，全面介绍了汽车发展与MEMS传感器之间的联系，不但生动传授了MEMS产品如何制造的知识，而且结合实际应用让学生感受到该学科与日常生活密不可分，培养他们的观察能力和市场意识。

3.3 学生为主体的教学模式

为了体现课堂上学生是主体，通过让学生在课堂上展示自己予先准备的工程案例，引导学生主动学习获取新知识。例如，在课程的MEMS传感器和执行器章节，我们每节课都抽出一些时间供学生展示他们准备的案例内容，建立以学生为中心的交流授课模式，活跃课堂气氛。

学生分别从消费电子、动漫文化产业、航空航天、军事和医学等领域进行案例展示。这些领域是教师一个人的视野所不能进行的，这样可以丰富课堂教学内容，增强学生主动学习和参与教学的意识。

3.4 结合项目的科研训练

由于我校目前暂时不具备本课程的实验条件，只能利用国内微电子工艺多媒体教学软件进行工艺原理和实验的计算机辅助教学，以此加深学生的感性认识，弥补实验暂无条件开出的不足。另外，我们提出一些适合于本科生创新能力培养的科研小课题，让学有余力的学生参与到科研训练项目中，训练他们的动手能力和创新能力。

3.5 多环节考核综合评判

我们针对MEMS多元化教学进行了考核改革，通过平时成绩、专题报告、工程作业和考试等多个环节综合评判，同时调动学生平时学习的积极主动性，力争使考核更加公平公正，以考核促进教学。

［1］Chang Liu.Foundations of MEMS［M］，北京：机械工业出版社，2011.09

［2］蒲晓蓉.研究型互动式教学浅析［R］，北京：高校课堂教学方法的改革与创新培训.2011.6

［3］郑洁.“数字电子技术”课程实施研究性教学的探索［J］，南京：电气电子教学学报，2007，29(6)：94-96.

［4］刘晓明，刘民岷，徐尚龙等.微机电系统课程的实践教学与方法研究［J］，成都：实验科学与技术，2008，6(1)：89-91.

［5］俞必强.微机电系统多学科设计优化［J］.北京：机械工程学报，2006(5)：65-68.