從“水蒸氣凝結(jié)”到“阿凡達(dá)科幻”，一場(chǎng)別開(kāi)生面的薄膜技術(shù)課正在電子科學(xué)與工程學(xué)院的課堂上展示。
課程主講教師、電子學(xué)院白飛明教授正以電影《阿凡達(dá)》中的“超導(dǎo)礦石”為切入點(diǎn)，講解高溫超導(dǎo)薄膜的制備原理，“電影里的‘潘多拉’星球富含室溫超導(dǎo)材料，但現(xiàn)實(shí)中，我們通過(guò)制備釔鋇銅氧超導(dǎo)薄膜，已實(shí)現(xiàn)液氮溫區(qū)的超導(dǎo)性能?！?
電子學(xué)院白飛明教授
這種將科幻想象與科研實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)方式，正是白飛明團(tuán)隊(duì)打造“薄膜材料與技術(shù)”課程的獨(dú)特密碼。作為校級(jí)研究生精品課程，該課程以“趣味性、實(shí)用性、創(chuàng)新性、藝術(shù)性”四維融合為特色，將冰冷的薄膜材料科學(xué)轉(zhuǎn)化為有溫度、有深度的育人實(shí)踐。
趣味教學(xué)：讓知識(shí)從“黑板”走進(jìn)“生活”
“好的課堂，首先要有趣?！卑罪w明深諳“興趣是最好的老師”。他認(rèn)為，對(duì)于研究生而言，授課內(nèi)容更應(yīng)摒棄一味深?yuàn)W，因此他總是努力尋找各種生動(dòng)形象的比喻和貼近生活的例子，將復(fù)雜的自然科學(xué)現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為學(xué)生們易于理解和接受的知識(shí)。
白飛明教授在課堂答疑中
講解薄膜形核和生長(zhǎng)原理時(shí)，他以“冬天玻璃上的水蒸氣凝結(jié)”為喻：“薄膜生長(zhǎng)就像水分子在玻璃上‘安家’，只不過(guò)我們操控的是固態(tài)原子層?！?/span>
白飛明還善于運(yùn)用社會(huì)現(xiàn)象來(lái)解釋自然科學(xué)中的原理。以原子對(duì)在襯底上的吸附和凝結(jié)為例，他將原子對(duì)的過(guò)程形象地類(lèi)比為“談朋友”：“原子要形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的原子對(duì)，在襯底上安家，就像找自己的終身伴侶——你不能只在春天找，夏天、秋天、冬天都要去找，這樣統(tǒng)計(jì)概率自然會(huì)增加，最終肯定會(huì)找到，“捕獲面積“就會(huì)增大。”這種社會(huì)科學(xué)與自然科學(xué)的跨界類(lèi)比，讓學(xué)生在笑聲中深刻理解了“凝結(jié)過(guò)程”的關(guān)鍵機(jī)制和“捕獲面積”這一重要概念。
實(shí)用導(dǎo)向：從“避坑指南”到“行業(yè)經(jīng)驗(yàn)”
白飛明強(qiáng)調(diào)知識(shí)傳授要講究“實(shí)用”。他常通過(guò)一些實(shí)用的案例甚至是失敗的案例，讓學(xué)生們了解到不同專(zhuān)業(yè)背景下的知識(shí)應(yīng)用，幫助他們建立起系統(tǒng)的知識(shí)體系，為未來(lái)的科研工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
課程中，白飛明特別設(shè)置了“避坑指南”模塊。他通過(guò)真實(shí)案例警示學(xué)生們務(wù)必保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)：“曾有學(xué)生因疏忽，使機(jī)械泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)天，導(dǎo)致設(shè)備油密封性能下降，實(shí)驗(yàn)室一夜間變得烏煙瘴氣”?！胺肿颖帽仨毾瘸轭A(yù)真空，否則相當(dāng)于用羽毛球拍擊打鉛球?！薄盀R射過(guò)程忘了水冷，小心靶材被打穿?！辈皇г溨C的提醒，讓同學(xué)們?cè)跉g笑的氛圍中深刻記憶。
“大量真實(shí)案例的分享及源自科研一線的經(jīng)驗(yàn)，幫助同學(xué)們規(guī)避了常見(jiàn)錯(cuò)誤，更讓我們領(lǐng)悟到‘技術(shù)細(xì)節(jié)決定成敗’的工程思維?！毖芯可鷱堷P莉同學(xué)說(shuō)。
課程還通過(guò)“特別培養(yǎng)計(jì)劃”鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)作案例。例如，學(xué)生基于課外調(diào)研和自身課題研究，形成了“柔性電子器件制備技術(shù)”、“鈣鈦礦太陽(yáng)能電池-從機(jī)理到大面積制備”、“晶圓級(jí)高質(zhì)量二維材料制備技術(shù)”等實(shí)踐報(bào)告，并在課堂上進(jìn)行展示。這種“學(xué)研結(jié)合”模式，不僅提升了學(xué)生的綜合能力，更反哺了課程案例庫(kù)的更新。
創(chuàng)新思維：打破“底層假設(shè)”的科技突圍
“創(chuàng)新是科研的靈魂?！卑罪w明在教學(xué)中特別注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。他常通過(guò)分享自己和同行們的“五層次”創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)研究生敢于質(zhì)疑，學(xué)會(huì)打破底層邏輯，探索新的研究方向。
在講解表面改性技術(shù)時(shí)，他就以“離子鍍技術(shù)替代化學(xué)鍍”為例，闡述了打破傳統(tǒng)思維框架的重要性。他提到，化學(xué)鍍中廣泛使用的六價(jià)鉻雖能提升材料硬度和耐磨性，但因其致癌性，對(duì)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重威脅?！耙虼宋覀儾捎秒x子鍍這一物理氣相方法，不僅硬度和耐磨性更好，還避免了使用鉻。這就叫打破底層假設(shè)?！彼诌M(jìn)一步補(bǔ)充道：“社會(huì)發(fā)展和科技創(chuàng)新正朝著經(jīng)濟(jì)與環(huán)保協(xié)同并進(jìn)的方向邁進(jìn)，離子鍍的技術(shù)路線突破了化學(xué)鍍的底層邏輯，實(shí)現(xiàn)了以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)可持續(xù)發(fā)展，在綠色制造業(yè)及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著重要作用。”
研究生倪浩喜歡上白老師的課，對(duì)他以我國(guó)新能源汽車(chē)的崛起闡述創(chuàng)新的重要性的例子印象深刻，“從馬車(chē)到汽車(chē)，再到新能源車(chē)，每一次的轉(zhuǎn)變都是對(duì)底層邏輯的突破，每一次技術(shù)革新都是對(duì)傳統(tǒng)路徑的顛覆。馬車(chē)時(shí)代人們擔(dān)心的是糞便污染，汽車(chē)時(shí)代人們擔(dān)心的是空氣污染和石油危機(jī)，現(xiàn)在新能源車(chē)則解決了這些問(wèn)題，這就是創(chuàng)新的力量，敢于換道并尋找新的機(jī)遇，也與我國(guó)‘碳達(dá)峰’‘碳中和’的戰(zhàn)略目標(biāo)高度契合?！?/span>
“這種將創(chuàng)新與國(guó)家戰(zhàn)略結(jié)合的教學(xué)，讓學(xué)生們深刻了解到創(chuàng)新的內(nèi)涵和價(jià)值，有效激發(fā)起大家科技報(bào)國(guó)的使命感?！蹦吆普f(shuō)。
藝術(shù)賦能：科技與美學(xué)的“雙向奔赴”
從李連杰的動(dòng)作片、周星馳的喜劇，到阿凡達(dá)的科幻想象和哪吒的文化內(nèi)核，白飛明認(rèn)為科學(xué)與藝術(shù)是相通的，他努力將藝術(shù)審美融入材料教學(xué)，通過(guò)深入淺出的講授，帶領(lǐng)研究生學(xué)子領(lǐng)悟到追求卓越科學(xué)與藝術(shù)美的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。
“薄膜材料與技術(shù)”課件
他不僅通過(guò)我校的“發(fā)現(xiàn)材料之美”攝影大賽、吳全德院士的薄膜藝術(shù)研究等案例，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)科技中的美學(xué)價(jià)值，還以喬布斯追求手機(jī)殼觸感的故事為例，致力于將極致的藝術(shù)審美體驗(yàn)傳達(dá)給學(xué)生，幫助學(xué)生培養(yǎng)在科研乃至工作中發(fā)現(xiàn)美、鑒賞美的素養(yǎng)。
“科技產(chǎn)品不僅要性能卓越，更要讓用戶(hù)獲得美的體驗(yàn)?！卑罪w明說(shuō)。這種理念也體現(xiàn)在其課程設(shè)計(jì)中——學(xué)生需將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可視化圖表，并通過(guò)藝術(shù)化處理，提升論文吸引力。
2024年畢業(yè)的張磊博士對(duì)課程學(xué)習(xí)經(jīng)歷感受頗深，他談到，在課程設(shè)計(jì)中，白教授注重產(chǎn)教結(jié)合和對(duì)學(xué)生的審美培養(yǎng)，同學(xué)們?cè)谘芯可A段就能掌握理論知識(shí)的最新實(shí)踐應(yīng)用，畢業(yè)后無(wú)需在這方面特意花大量時(shí)間學(xué)習(xí)，培養(yǎng)貫穿于科研的審美水平，有助于提升同學(xué)們未來(lái)面對(duì)工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)所需要的核心能力。
“就像當(dāng)年喬布斯十幾次反復(fù)開(kāi)模打造蘋(píng)果手機(jī)機(jī)身一樣，要想做出讓用戶(hù)驚艷、市場(chǎng)滿意的產(chǎn)品，就要把藝術(shù)與科技要結(jié)合。同樣的，把藝術(shù)想象、藝術(shù)加工融入我們?nèi)粘５目蒲兄校粌H能提升自我體驗(yàn)，還能使科研變得有趣起來(lái)，生動(dòng)起來(lái)，再把這種感受帶給讀者或者用戶(hù)，當(dāng)然大家都會(huì)喜歡?！卑罪w明說(shuō)。
課程思政：在“技術(shù)細(xì)節(jié)”中培育“家國(guó)情懷”
課程種的思政元素如何體現(xiàn)？白飛明自有妙招，他將其總結(jié)為“以史為鑒”“價(jià)值引領(lǐng)”和“思辨能力”三個(gè)層次，助力學(xué)子在潛移默化中明了科技自立的“薄膜密碼”，領(lǐng)悟從“工程師之戒”到“創(chuàng)新之道”的內(nèi)涵，學(xué)會(huì)用哲學(xué)思維破解技術(shù)難題。
課程梳理了薄膜技術(shù)在集成電路發(fā)展中的關(guān)鍵作用，結(jié)合中美貿(mào)易戰(zhàn)背景，強(qiáng)調(diào)“掌握核心技術(shù)就是掌握國(guó)家命脈”。白飛明特別介紹了電子科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)薄膜領(lǐng)域的突破：“李言榮院士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的百米級(jí)高溫超導(dǎo)線材，正是科技報(bào)國(guó)的生動(dòng)實(shí)踐?！边@種將校史融入課程的方式，讓學(xué)生深刻理解“國(guó)之所需，吾之所向”的擔(dān)當(dāng)。
他引用課程思政案例庫(kù)中的“工程師之戒”故事，講述了加拿大七大工程學(xué)院因魁北克大橋兩次坍塌事故，將殘骸鋼材形狀的鐵戒設(shè)立為加拿大工程師職業(yè)倫理象征的故事。以此為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思考：“作為未來(lái)的科研工作者，我們的技術(shù)選擇將影響社會(huì)發(fā)展，要謹(jǐn)記對(duì)公眾和社會(huì)的責(zé)任與義務(wù)。”他還通過(guò)“只爭(zhēng)朝夕，不負(fù)韶華”案例，激勵(lì)學(xué)生將個(gè)人成長(zhǎng)與國(guó)家戰(zhàn)略同頻共振，如在“雙碳”目標(biāo)下探索低損耗薄膜材料的應(yīng)用。
在講解“薄膜缺陷控制”時(shí)，白飛明引入“矛盾對(duì)立統(tǒng)一”原理，培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維：“缺陷既是材料性能的‘?dāng)橙恕?，也是?chuàng)新的‘機(jī)遇’?！边@種訓(xùn)練幫助學(xué)生跳出“非黑即白”的兩難思維局限，學(xué)會(huì)在復(fù)雜問(wèn)題中增加自由度、尋找最優(yōu)解。
白飛明教授寄語(yǔ)學(xué)子以薄膜之“薄”，筑科技之“厚”
從“知識(shí)傳遞”到“思維革命”，白飛明對(duì)學(xué)生提出三點(diǎn)建議：一要“腳踏實(shí)地”，重視實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和工程經(jīng)驗(yàn)；二要“敢于換道”，在科研中突破傳統(tǒng)路徑；三要“跨界融合”，將藝術(shù)審美與技術(shù)創(chuàng)新結(jié)合。
用“趣味”點(diǎn)燃學(xué)習(xí)熱情，“實(shí)用”夯實(shí)工程基礎(chǔ)，以“創(chuàng)新”引領(lǐng)科研方向，“藝術(shù)”拓寬思維邊界，更憑“思政”厚植家國(guó)情懷。這就是“薄膜材料與技術(shù)”課程，正如白飛明所言：“薄膜雖薄，卻承載著科技強(qiáng)國(guó)的夢(mèng)想。我們培養(yǎng)的不僅是技術(shù)專(zhuān)家，更是有溫度、有擔(dān)當(dāng)?shù)臅r(shí)代新人。”
