张 艳 李方杰 郭隐犇 徐书生

（上海工程技术大学材料工程学院 上海 201620）

随着现代科学技术的发展和进步，材料分析方法课程于二十世纪末出现在材料类专业高等教育中，并逐步发展成为一门专业主干课程。目前，我国多数普通高等工科院校的材料相关专业均设置了该课程或相似课程。与其他科技领域一样，半导体科学技术也有其本身特色的检测与分析研究。半导体领域是介于基础研究和应用之间的交叉边缘，也是一个跨学科（半导体物理，半导体化学，材料科学，各种实验科学和技术等）的交叉学科边缘，所包含的范围很广泛。由此可见，为了保证材料能用于器件，而器件又满足实际应用要求，材料分析和检测工作是不可或缺的。

本课程具有知识覆盖面广，学科交叉性强；理论性强；实操要求高；某些章节过于抽象四大特点。针对上述问题，在教学过程中对教学方式和方法进行改进和优化。

1 教学内容安排方式及组织实施

正是由于学科与多学科交叉，与现今科学联系紧密，故更新极为迅速。课程内容主要介绍材料分析测试方法，按照分析结果进行分类：组织形貌所用的光学显微镜、扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜等；物相分析所用的X射线衍射仪和电子衍射分析；成分分析所用的测试手段有能谱仪、X射线光电子谱和俄歇电子能谱等。采用该种分类方式能够对多种测试手段进行有效归纳，条理性更为清晰。

采用多媒体教学、案例讨论相结合的教学模式和方法进行讲授。用文本案例或影像资料重现真实情况，让学生在案例的分析、解决过程中形象的感受分析测试方法，并通过对现实问题的分析帮助学生融会贯通，掌握运用理论剖析问题的方法。通过传授最新的科学理论和科学技术，以培养“爱岗、敬业”的专业技术人才，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的加过情怀和使命。

2 教学理念方面

好的大学课程，应能够结合学科特色，融汇特色方法，将知识的掌握与能力的训练妥善的整合为一体，突破传统知识灌输式教学的禁锢。更为重要的是通过教学互动，启发学生领悟隐藏课堂讲授背后的“思政元素”“科学素养”，从而使得课堂不仅成为知识的殿堂，更为德的指南。

3 教学方法手段

（1）在教学方法方面：由于课程涉及到全新的理论知识，知识辨识度不高、易混淆，且难度也较大，这时学生心理上难免会产生一定的疲倦感和畏惧感。

根据课程的特点，采用在教学方法上可以选择以案例启发式引出课程内容。例如，从我国五千年源远流长的中华文化引入教学。古文物是历史印证。2000多年前汉代工匠在铜镜上铸刻下“中国安”“中国宁”“中国强”的文字，时至今日，我们看了都深深体会到五千年的中国历史长河中烙刻在每个中国人心中的“国家兴亡，匹夫有责”的使命。在工匠精益求精的技艺下，铜镜展示出来历史文脉和镌刻着文化自信。我们在欣赏和惊叹之余，如何深入了解古文物，实现现代科技和古代文明的沟通，以及我们当代的人们与上古祖先的文化重逢呢？以及面对残缺的古文物，如何与古文物对话，进行针对性的保护修复处理？都需要借助先进的科学仪器，例如我们将要学习的扫描电子显微镜。通过上述背景介绍，将课程思政融入到专业课的教学中，引导学生坚定文化自信，培养精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的加过情怀和使命。

在课程难点理论部分的讲解中，可以尝试通过提出问题——质疑——理论讲解——交流应用活动的教学模式。辅助动画模型，生动展示各种易混淆知识点。通过提出问题，思考问题，解决问题等教学过程，结合学生观察对比，概况归纳来激发学生的学习兴趣，调动学生的主体能动性，让每一个学生充分参与到学习活动中来。学生在通过设置的问题情景中，通过观察、类比、思考、探究、概括和归纳尝试相结合，体现了学生的主体地位，培养了学生由具体到抽象的科学思维能力，形成了实事求是的科学态度，增强了锲而不舍的求学精神。随后针对课程开始时设置的案例，进一步进行利用所学进行解读和分析，培养学生的分析能力。案例中贯穿整个课程，从而对整个课程实现闭环设计，并实现课堂思政。

多媒体课件的设计方面：通过多媒体辅助动画的形式，生动的解释了理论过程，吸引学生注意力，加强学生对于知识的掌握。

（2）案例引用：在教学过程中引入案例，结合章节内容设计情景案例，并运用视频、图片等多媒体资料丰富案例内容，让学生通过对案例的观看、分析、讨论，使学生形象、直观地感受专业知识，加深学生对教学内容的理解。

例如：集成电路产业是支撑经济社会发展的战略性、基础性、先导性产业，也是中国当前需要重点突破的“卡脖子”领域。3月5日，李克强总理在政府工作报告中强调，要打好关键核心技术攻坚战，促进科技创新与实体经济深度融合。我们同学们已经学习过，芯片生产过程可以分成3个部分，分别是芯片设计、芯片制造和封装测试。随着产业升级，在MEMS/微系统中，封装可能比芯片制造更加困难，成本可能上升为70%～90%；封装已经成为新器件商业化的瓶颈。器件失效中，约有1/3与封装有关。我们需要发挥艰苦奋斗，自力更生的精神突破“卡脖子”问题。同时，作为电子封装专业的同学们，更要掌握先进的分析手段，能够准确判断产品的失效问题，提高产品的质量，从点点滴滴做起。我们所学习的扫描电子显微分析技术可以有效观测不同的缺陷导致的失效，例如无铅焊料的锡晶须，引线键合过程中的金线断路，目前高端芯片封装中倒装焊中焊接头断裂等。通过上述背景介绍，引导学生坚定培养精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的加过情怀和使命。

（3）教学课堂环节多样化：学生以课前演讲、案例分析和小组讨论的方式参与课堂教学，让学生成为学习的主体；学生积极参与课堂讨论，及时发现学生的问题和困惑。还可以结合翻转课堂，制作线上小视频供学生课下学习复习，课堂上学生小组可以通过课堂抢答、提问等方式对班级学生进行提问，对于学生在提问和回答中出现的问题，老师及时纠错和解答，从而提高学生学习的积极性，有利于学生消化、吸收学习内容，巩固专业知识。

（4）重视实践环节：针对该课程缺乏实践教学，均以理论介绍为主。更需要将理论教学和实验教学相结合。本课程可与专业综合实验进行配套学习。课程讲授理论知识，综合实验进行实际操作。本课程实验可以与其他相关课程实验相关联。例如，电子封装中涉及到封装体的表征测试以及可靠性研究，这就需要借助扫描电子显微镜等进行形貌分析。如图1所示，通过扫描电子显微镜观测金丝球焊第一焊点和第二焊点的形貌。通过相关课程的联动，有利于让学生对整个专业的知识构架有清晰认识，培养学生的动手能力，加深对理论知识的理解和运用。此外，学生可以在各种创新实验以及创新训练项目中对本课程进行实践，有利于提高学生的创新能力和科研能力。

图1：金丝球焊第一焊点（a）和第二焊点（b）的形貌

4 结语

综上所述，通过对教学内容合理安排和组织实施，将学科特点与知识点相结合，提高《材料分析方法》课程的教学质量，帮助学生建立一个完整的材料分析方法的知识体系，以材料结构表征技术为主线，通过原理介绍、研究实例分析和综合项目训练，使学生在掌握材料表征技术的基础上，了解材料研究过程的一般性思维与方法，使学生切实掌握半导体材料领域的现代测试技术的基本原理，掌握不同测试技术的分析特点；培养学生能运用所学知识，思考问题、分析问题、解决问题的意识，培养学生综合应用材料基本知识和分析方法解决材料制备和应用中的科学、工程问题。