Методические указания для преподавателя по организации изучения
дисциплины «Методы и средства получения вакуума»
Необходимость дисциплины: дисциплина общепрофессионального модуля образовательной программы переподготовки по направлению «Разработка ВПТО и технологии вакуумно-плазменных процессов».
Методы преподавания: лекции, лабораторные и практические занятия.
Система оценок: балльно-рейтинговая система и/или диф. зачет.
Позиционирование модулей дисциплиныСодержание дисциплины «Методы и средства получения вакуума» состоит из четырех последовательно изучаемых тем (модулей):
Модуль 1. Механические вакуумные насосы.
1. Классификация откачных средств.
2. Основные параметры вакуумных насосов.
3. Механические насосы объемного действия.
4. Механические молекулярные насосы.
Модуль 2. Струйные вакуумные насосы.
1. Эжекторные насосы.
2. Бустерные пароструйные насосы.
3. Диффузионные паромасляные насосы.
Модуль 3. Насосы поверхностного действия.
1. Электрофизические средства откачки.
2. Низкотемпературные средства откачки.
Модуль 4. Методика выбора откачных средств.
Модульное построение курса предполагает изложение содержания модулей в единстве логического подхода при изучении средств и методов получения вакуума, перспективных для ВПТО. Начинается изучение с механических форвакуумных насосов, затем изучаются механические высоковакуумные насосы, после чего рассматриваются струйные насосы. Последними изучаются насосы поверхностного действия: сначала электрофизические средства откачки на основе геттерных насосов, а затем низкотемпературные средства откачки. Заканчивается курс рассмотрением методики выбора откачных средств.
Модульное структурирование содержания дисциплины предполагает вариативность ее изложения в целях формирования индивидуальной траектории обучения слушателя, способствующей усвоению не только базовых знаний, достаточных для усвоения дисциплины, но и повышенный уровень ее изучения. С этой целью предусматривается, например, углубленное изучение наиболее перспективных методов и средств откачки не только на уровне конструктивного исполнения и принципа действия, но и с элементами расчета параметров насосов.
Базовые рекомендации по организации изучения дисциплиныПреподавание дисциплины осуществляется в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования третьего поколения. Учебная дисциплина включена по рекомендации проектных организаций в общепрофессиональный модуль профессионального цикла ОП ОПП, ориентированной на инвестиционные проекты по расширению производства семейства автоматизированных вакуумных установок для ионно-плазменного нанесения и травления микро - и наноструктур для проектных компаний .
Преподавание учебного курса основано на внедрении модульной системы организации учебного процесса, что предполагает совершенствование методической работы профессорско-преподавательского состава (ППС) на основе внедрения современных образовательных технологий.
Лекции могут проводиться как в обычной, так и мультимедийной аудитории. При проведении лекции в обычной аудитории слушателям раздается раздаточный материал, содержащий иллюстрации и дополнительные сведения, необходимые для освоения материала лекции. В процессе лекции преподаватель использует как доску, так и раздаточный материал, в который слушатели заносят дополнительные сведения, излагаемые преподавателем.
При проведении лекции в мультимедийной аудитории материал дается преподавателем в виде презентаций. Преподавателю рекомендуется выдать слушателям конспекты лекций в формате ppt в электронном виде, тогда на каждой лекции слушатель, имея их в распечатанном виде к текущей лекции, может вести конспект лекции в виде заметок к этим слайдам.
В процессе изучения модулей может быть предусмотрено участие слушателей в лекциях-пресс-конференциях, лекциях-дискуссиях по темам, отражающим особенности выбора средств откачки для оборудования производства изделий микро - и наноэлектроники, использующих электронно-ионные и плазменные технологии.
Слушатель работает на лекции индивидуально, а на семинарах и лабораторных занятиях – как индивидуально, так и с использованием кейс-метода – в группе. В последнем случае группы формируются по объему и сложности рассматриваемого вопроса и могут работать (например, над теоретическим обоснованием или исследованием конкретного метода получения вакуума и средства для его реализации) как под руководством преподавателя, так и самостоятельно с распределением функций внутри группы самими обучающимися.
В процессе изучения курса преподавателем проводятся консультационные
занятия. На консультациях слушателям, выбравшим продвинутый уровень обучения, предлагаются дополнительные задания в рамках выбранного ими профиля дальнейшего обучения.
В процессе изучения дисциплины предполагается самостоятельная работа слушателя (СРС) при подготовке к лекционным и лабораторным занятиям, использование основной и дополнительной литературы, Интернет-ресурсов.
По окончании изучения содержания каждой темы (см. рабочую программу) проводится оценка знаний слушателей по совокупности всех видов работ, выполненных ими в процессе обучения.
После изучения дисциплины в конце обучения сдается дифференцированный зачет. Для промежуточной аттестации рекомендуется использовать балльно-рейтинговую систему.
Основные виды образовательных технологий и форм организации учебного процессаОсновной целью образования по дисциплине «Методы и средства получения вакуума» является усвоение слушателем материала по перспективным для современного ВПТО методам и средствам получения вакуума. В связи с этим задачами дисциплины являются изучение методов получения вакуума; получение знаний в области современных вакуумных насосов; изучение методики выбора откачных средств и проектирования вакуумных систем.
Для решения поставленных задач планируется использовать различные виды образовательных технологий. При этом особое внимание следует уделять активным и интерактивным формам проведения занятий и использованию инновационных технологий обучения, одной из целей которых является переход от преимущественной активности преподавателя к активности обучающихся, создание условий, при которых слушатели самостоятельно приобретают новые знания из разных источников, учатся пользоваться приобретенными знаниями для решения познавательных и практических задач. При проведении лекций и семинарских занятий рекомендуется использовать образовательные технологии, обеспечивающие переход от предметно-информационного типа к креативно-развивающему типу образования, включающих использование проблемного подхода на основе моделирования проблемных ситуаций (кейсы), практико-ориентированного подхода на основе работы в группе, проведения дискуссий
Рекомендуются следующие основные виды образовательных технологий:
1. Информационные технологии – обучение в электронной образовательной среде с целью расширения доступа к образовательным ресурсам, увеличения контактного взаимодействия с преподавателем, построения индивидуальных траекторий подготовки и объективного контроля и мониторинга знаний слушателей. В системе ОРОКС МИЭТ размещены электронные версии лекций и вспомогательный материал для самостоятельной работы слушателей. Различные материалы в электронном виде могут выдаваться слушателям непосредственно преподавателем, ведущим данную дисциплину. Помимо работы с учебниками и учебными пособиями, изучения их электронных версий, слушатели имеют возможность изучения сайтов Интернет-ресурсов с целью написания рефератов.
2. Работа в команде - совместная деятельность слушателей в группе, направленная на решение общей задачи путем творческого сложения результатов индивидуальной работы членов команды с делением полномочий и ответственности. Данный вид образовательных технологий используется, например, при выполнении лабораторных занятий.
3. Кейс-метод - анализ реальных проблемных ситуаций, имевших место в соответствующей области профессиональной деятельности, и поиск вариантов лучших решений. Данный вид образовательных технологий используется на практических занятиях (семинарах). Его можно также применять при проведении текущего контроля и промежуточной аттестации в виде семинара-дискуссии по изученному материалу.
4. Проблемное обучение - стимулирование слушателей к самостоятельному приобретению знаний, необходимых для решения конкретной проблемы. Элементы проблемного обучения могут использоваться как на лекциях, так и на практических занятиях (семинарах), например, в виде подготовки реферата по заданной теме с выступлением перед коллегами.
5. Индивидуальное обучение - выстраивание слушателем собственной образовательной траектории на основе формирования индивидуальной образовательной программы с учетом интересов слушателя. Данный вид обучения наиболее целесообразен в случае большого различия в уровне начальной подготовки слушателей.
6. Опережающая самостоятельная работа - изучение слушателем нового материала до его изучения в ходе аудиторных занятий. Данный вид обучения целесообразен в случае достаточно высокого уровня базовой подготовки слушателей, когда особое внимание необходимо обращать на приобретение специальных знаний в данной области. В этом случае на обсуждение выносятся только те разделы дисциплины, которые вызвали наибольший интерес слушателей или по которым у них возникли вопросы.
Наиболее распространенными видами (формами) организации учебного
процесса для достижения определенных результатов обучения и компетенций являются:
1. Лекция
2. Семинар (практическое занятие)
3. Лабораторная работа
4. Самостоятельная работа
5. Консультация
Дисциплина «Методы и средства получения вакуума» включает лекционные и практические занятия, лабораторные работы, самостоятельную работу слушателя (СРС), консультации, контрольные мероприятия и дифференцированный зачет по курсу.
Рекомендации по основным формам организации учебного процессаЛекционные занятия предназначены для формирования знаний методов получения вакуума и конструктивно-технологических параметров вакуумных насосов, а также специфики их эксплуатации в составе электронно-ионного и вакуумно-плазменного оборудования для реализации различных технологических процессов в производстве изделий микро - и наноэлектроники и микросистемной техники. В результате усвоения материала курса слушатели получают знания, которые являются теоретической и практической базой для разработки, оптимизации и исследования вакуумных систем оборудования электронной техники. При изучении материала необходимо настроить слушателей не на механическое запоминание того или иного метода получения вакуума или конструкции вакуумного насоса, а на особенности его практической реализации и функционирования в составе вакуумно-плазменного оборудования.
1. В начале курса внимание уделяется методологическим вопросам: предмету и задачам дисциплины, ее взаимосвязи с другими дисциплинами, классификации методов и средств откачки и истории их создания.
2. В дальнейшем – последовательная, систематическая подача теоретического и практического материала по методам и средствам получения вакуума: сначала механические форвакуумные насосы, затем – механические высоковакуумные, струйные, геттерные и низкотемпературные, а в заключение – рассмотрение методики выбора откачных средств и расчета вакуумных систем. В процессе изучения делается акцент на особенности и перспективности использования изучаемых средств откачки в технологическом оборудовании нанесения и травления материалов в производстве изделий микро - и наноэлектроники и МЭМС.
3. Акцент – на важнейшие категории (они особо выделяются в виде определений), а также на конструктивно-технологическое решение средств откачки и особенности их эксплуатации в составе ВПТО.
4. Практическая направленность излагаемого материала: подавляющее большинство слушателей – практики.
5. После изучения каждого раздела необходимо дать список контрольных вопросов.
6. В аудиториях, оборудованных для демонстрации видеолекций, рекомендуется использовать электронные презентации, видеофильмы, тестирование (8-10 вопросов для входного контроля или контроля усвоения лекционного материала) с использованием слайдов.
При проведении лекционных занятий рекомендуется использовать как традиционные, так и инновационные (активные) методы обучения. Помимо традиционного изложения материала с применением справочного и иллюстративного раздаточного материала, рекламных проспектов и слайдов, для активизации процесса обучения на лекции используются следующие методы:
- включение в комплект раздаточного материала незавершенных или «слепых» рисунков и схем, требующих от слушателей работы в процессе изложения материала на лекции; выборочный опрос в начале лекции по материалу предыдущей лекции, в первую очередь отсутствовавших слушателей, что стимулирует их работу как на лекции, так и в рамках СРС; подготовка слушателем в рамках самостоятельной работы реферата по теме, вынесенной на самостоятельную проработку, с кратким выступлением и ответами на вопросы; активизация слушателей, не работающих активно на лекции, путем задавания простых вопросов по только что освещенному преподавателем материалу; интерактивный опрос слушателей с разбором конкретных ситуаций по обсуждаемой теме (сравнить методы..., сформулировать требования к вакуумным насосам..., объяснить влияние на... различных факторов, описать состав и принцип действия.... вакуумного насоса, выбрать средства откачки для... и т. п.); постановка преподавателем проблемных вопросов в ходе лекции, как в режиме «круглого стола» (вопрос к группе → обсуждение правильности ответа → корректировка ошибок → правильный ответ), так и с заданием на проработку вопроса в рамках СРС.
Лабораторные работы предназначены для закрепления знаний, полученных на лекционных занятиях и при выполнении самостоятельной работы, а также получения навыков практической работы со средствами откачки вакуумного технологического оборудования.
При выполнении лабораторных работ необходимо настроить слушателей не на механическое выполнение последовательности действий и фиксирования получаемых результатов в соответствии с изложенной в методическом пособии методики проведения эксперимента, а на смысловую постановку задания по изучению наблюдаемых процессов и явлений с последующим анализом и объяснением их на основе теоретических знаний, полученных на лекциях.
Рекомендуется следующая методика проведения лабораторных работ.
Во время самостоятельной работы в системе ОРОКС слушатель знакомится с описанием лабораторной работы и оформляет теоретическую часть отчета в соответствии с изложенными в описании требованиями. При выполнении работы в лаборатории технологического оборудования слушатель сначала проходит допуск, при котором проверяется его готовность к выполнению работы (наличие описания с теоретической частью и заготовленных для проведения эксперимента таблиц, схем и т. п.). Допущенные к работе слушатели знакомятся с описаниями приборов и оборудования, которые необходимы для проведения эксперимента, а затем проводят исследования под руководством преподавателя в соответствии с изложенной методикой проведения эксперимента. При этом в случае обучения группы более
5-7 человек могут быть организованы несколько рабочих групп слушателей.
После проведения экспериментов проводится обработка полученных результатов и их анализ, на основе которого формулируются выводы. Затем осуществляется защита выполненной работы и проставляется зачет. Защита включает предоставление отчета по работе, оформленного в соответствии с требованиями, изложенными в описании к работе, обоснование полученных результатов и сделанных выводов, а также ответы на контрольные вопросы.
Основное внимание при выполнении работы на лабораторном оборудовании следует уделять соблюдению техники безопасности, грамотным осознанным действиям при проведении эксперимента не на уровне последовательности нажатия кнопок, а с четким пониманием происходящих при этом процессов. Обучаемый должен сначала понимать, какой процесс или какое действие необходимо последовательно реализовывать, а уже потом осознанно нажимать ту или иную кнопку.
На лабораторной работе слушатели изучают конструктивно-технологические особенности механических вакуумных насосов: изучают методики исследования параметров насосов (зависимость скорости откачки вакуумного насоса от рабочего давления методами постоянного объема и постоянного давления), а также методов определения натекания в вакуумную систему.
Выполнение работы проводится по изложенной выше методике.
На лабораторном занятии рекомендуется использовать следующие активные методы обучения:
- участие слушателей в сборке и наладке экспериментальных стендов, формирование самими слушателями (при участии преподавателя) рабочих групп и исполнителей для проведения экспериментов; работа слушателей с образцами реальных устройств, приборов, узлов и систем, как действующих, так и препарированных в виде макетов, стендов, на которых изучается их конструкция и демонстрируется их работа; обучение работе с различными контрольно-измерительными приборами
(датчиками и приборами измерения низкого, среднего и высокого вакуума, измерителем скорости откачки насоса при постоянном давлении в виде бюретки с маслом, прибором контроля времени процесса откачки при измерении скорости откачки насоса методом постоянного объема и др.); обучение работе с вакуумной системой действующего технологического оборудования вакуумно-плазменной обработки; интерактивный опрос слушателей с разбором конкретных ситуаций при подготовке и проведении экспериментов; дискуссии при обсуждении и защите полученных результатов (групповое обсуждение), в частности, при наличии расхождений результатов у разных групп экспериментаторов, выявление допущенных в ходе экспериментов погрешностей; постановка преподавателем проблемных вопросов в ходе выполнения лабораторной работы с коллективным поиском путей решения проблемы (режим «круглого стола») и т. п.
Практические занятия (семинары) предназначены для закрепления знаний, полученных на лекционных занятиях и при выполнении СРС. Практическое занятие предусмотрено по теме 4 и посвящено изучению методики проектного и поверочного расчета вакуумной системы, методам расчета параметров вакуумных насосов. Методика проведения ПЗ следующая:
1. Закрепление теоретического материала через проведение устного опроса и выполнение контрольных работ.
2. Акцент на связь теории с актуальными проблемами изучаемой дисциплины, постановка которых стимулирует дискуссии в группах обучающихся: например, теоретическое обоснование процессов и средств получения вакуума и др.
3. Проработка дополнительной полезной информации слушателями по заданию преподавателя (подготовка сообщений на семинарах в виде доклада, реферата, эссе и т. п.): например, рассмотрение конкретных методов и современных средств получения вакуума, а также проведение сравнительного анализа по перспективности их использования в ВПТО для реализации различных технологических процессов и т. п.
В ходе проведения семинара оценивается правильность подхода каждого участника к решению поставленной задачи на основе материала, изложенного на лекциях, в методических материалах, в электронном виде выданных слушателям заранее для проработки в рамках СРС, а также качество проведенного расчета и аргументации в пользу отобранного решения или же, наоборот, его критической оценки.
Самостоятельная работа слушателей (СРС) предполагает анализ дополнительной литературы и интернет-ресурсов с целью более глубокого освоения изучаемой темы, подготовки рефератов, докладов, сообщений и аналитических обзоров (особенно в случае выбора индивидуальной траектории обучения).
СРС ведется с применением следующих видов образовательных технологий:
- информационные технологии – использование электронных образовательных ресурсов при подготовке к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, контрольным мероприятиям и выполнении курсовых работ и проектов; работа в команде – совместная работа слушателей в группе при выполнении творческих заданий в аудитории и групповых заданий, связанных с проектированием, моделированием и исследованием вакуумных систем и средств получения вакуума, процессов форвакуумной и высоковакуумной откачки, анализом полученных результатов и формулированием выводов, рекомендаций и т. п.
Совокупность организационных мероприятий по управлению процессом освоения траектории изучения дисциплины включает регулярную оценку знаний, умений и навыков слушателей в рейтинговых баллах. Проводятся следующие методы контроля освоения знаний и умений: текущий контроль на лекциях и лабораторных занятиях, рубежный контроль по окончании изучения темы (модуля) дисциплины в виде контрольного мероприятия (контрольной работы или теста), промежуточный контроль по окончании изучения дисциплины, осуществляемый в виде оценки в баллах по формам обучения и каждому контрольному мероприятию с использованием балльно-рейтинговой системы.
Текущий контроль.
Текущий контроль на лекциях проводился в виде устного опроса или по результатам дискуссии по теме, вызвавшей наибольший интерес и вопросы слушателей.
Оценка лабораторных работ осуществлялась по знанию теоретического материала по соответствующему разделу курса в процессе изучения вакуумной системы установки, активному участию в обсуждении особенностей реализуемого на ней процесса откачки, полноте и корректности анализа результатов исследований и выводов по работе, а также правильности ответов на контрольные вопросы.
Рубежный контроль.
Рубежный контроль в виде двух контрольных работ запланирован по окончании изучения модуля 1 и модулей 2 и 3.
Предусмотрено два варианта проведения контрольных работ.
Вариант №1. Контрольная работа проводится в лекционной аудитории в виде письменного ответа на контрольные вопросы, занимающего по времени 15-20 минут. Для этого подготовлены билеты с контрольными вопросами. Преподаватель за 15-20 минут до окончания занятия (лекции или семинара) раздает каждому слушателю билет с контрольными вопросами, слушатель дает письменные ответы, которые сдает преподавателю по окончании занятия.
Вариант №2. Контрольная работа проводится в компьютерном классе на базе оболочки ОРОКС в виде теста. Для ее реализации разработан электронный модуль индивидуальной работы слушателя по дисциплине, содержащий материалы по методике проведения тестирования и для подготовки к тестированию (лекционный и дополнительный материал). Слушатель перед тестированием должен изучить содержание указанных преподавателем электронных материалов.
Контрольная работа проводится следующим образом:
1. Вариант задания формируется в виде набора вопросов методом случайной выборки из списка контрольных вопросов по заданной теме и представляется слушателю при его готовности пройти тестирование.
2. С момента входа слушателя в режим тестирования контролируется отведенное для тестирования время (до 30 мин), по истечении которого работа слушателя прекращается, и он должен отправить набранные за отведенное время ответы преподавателю без возможности их дальнейшей доработки и корректировки.
Практика проведения контрольных работ показала, что с наименьшими затратами времени и аудиторного фонда (компьютерного класса) и с более тесным взаимодействием преподавателя со слушателями реализуется вариант письменного ответа. По варианту 2 целесообразно проводить контроль в случае проведения текущего занятия в компьютерном классе, когда не требуется его заказывать специально для проведения контрольной работы.
При проведении контрольной работы практикуется постоянный контакт преподавателя со слушателями, который, с одной стороны, обеспечивает контроль за попытками списывания, а с другой – обеспечивает помощь слушателям, испытывающих затруднения при ответах на вопросы, в виде наводящих вопросов преподавателя.
Возможно также проведение тестирования дистанционно с личного компьютера слушателя по сети Интернет в рамках СРС.
Промежуточный контроль.
По итогам изучения дисциплины рекомендуется использовать балльно-рейтинговую систему оценки, отражающую работу слушателя в течение семестра (см. таблицу 1). Всего слушатель может набрать 100 баллов. Для положительной оценки необходимо набрать не менее 70 баллов, при этом принять участие в итоговом семинаре-дискуссии и написать на положительную оценку контрольные работы и/или пройти тестирование.
При этих условиях преподаватель может дополнительно не экзаменовать слушателя и выставляет итоговую оценку в виде дифференцированного зачета по курсу в соответствии с набранными баллами. Если слушателя не устраивает данная оценка или он не набрал в процессе обучения 70 баллов, то он сдает зачет.
Таблица 1. - Балльно-рейтинговая система оценки.
Вид работы | Максимальное количество баллов, которые может |
Рубежное тестирование (контрольные работы, тесты) | 10 (б.) х 2 = 20 |
Работа в аудитории (контрольный опрос, | 3,0 (б.) х 8 = 24 |
Работа на лабораторных занятиях | 10 (б.) х 1 = 10 |
Посещаемость | 1,0 (б.) х 8 = 8 |
Наличие конспектов | 8 |
Творческая работа: | |
Написание обзора, реферата по заданной теме | 10 |
Участие в семинаре-дискуссии на заданную тему) | 10 |
Бонус преподавателя за освоение вопросов | 10 |
Всего | 100 |
Преимуществом балльно-рейтинговой системы оценки является стимулирование регулярной работы слушателя в течение всего обучения.
Одним из важных этапов промежуточного контроля может быть семинар-дискуссия по теме «Современные средства откачки для вакуумно-плазменного технологического оборудования производства изделий микро - и наноэлектроники». Можно рекомендовать следующую методику подготовки и проведения семинара.
Слушателями в рамках СРС дается на проработку список контрольных тем по изученному материалу. На семинаре каждый слушатель получает вопрос из данного списка и выступает с кратким сообщением, после которого преподаватель и слушатели задают ему вопросы. По результатам обсуждения (дискуссии) преподавателем, ведущим семинар, дается оценка как слушателя-докладчика, так и участвующих в обсуждении других слушателей.
В ходе проведения семинара преподавателем оцениваются правильность подхода каждого участника к решению поставленной задачи на основе материала, изложенного на лекциях, в методических материалах, в электронном виде выданных слушателям заранее для проработки в рамках СРС, а также качество доклада, ответов на вопросы и активность на семинаре.
Таблица 2. - Рекомендуемая шкала перевода баллов в традиционные числовые и качественные эквиваленты.
Баллы | Качественная | Существующая | Существующая |
91 – 100 | Отлично | 5 | Выполнение всех контрольных мероприятий Сдача диф. зачета |
81 – 90 | Хорошо | 4 | Выполнение всех контрольных мероприятий Сдача диф. зачета |
70 – 80 | Удовлетворительно | 3 | Получение диф. зачета |
0 – 69 | Неудовлетворительно | 2 | Несдача диф. зачета |
Полученные слушателями в процессе обучения дисциплины «Методы и средства получения вакуума» знания и навыки являются теоретической и практической базой при освоении междисциплинарных курсов модулей специализации и выполнении выпускной квалификационной работы.
Заведующий кафедрой ____________________ / /
Преподаватель дисциплины ____________________ / /
