服務于科技人才培養的微納光子學課程教學改革探索

姚偉　呂剛

摘要：隨著現代社會對科技人才的需求日益增長，微納光子學作為一個前沿領域，具有廣泛的應用前景。文章探討在科技人才培養模式下，通過教學內容更新、跨學科合作、中英雙語教學、多方位實踐教學、教師緊跟前沿科研、考核方式優化等教學改革措施，改革微納光子學課程，旨在培養微納光子學領域的科技人才。

關鍵詞：微納光子學；科技人才培養；教學改革

一、引言

隨著世界各國科技水平的高速發展，科技人才對國家生產力的發展越來越重要，成為建設現代化強國的重要力量。科技人才培養一直是高等教育領域的核心任務，高校作為教育、科技、人才的集中交匯點，需培養具備前沿科技知識和創新能力的人才。同時，高校的課程也應積極適應社會的變化，不斷改進教育方法和內容，以滿足社會對高素質科技人才的需求。

微納光子學作為一門前沿領域的交叉學科，主要研究在微納尺度下光與物質相互作用的規律及其光的產生、傳輸、調控、探測和傳感等方面的應用，其融合了微納米技術和光子學的研究領域。微納光子學在信息技術、生物醫學、能源環境、電子通信、材料科學等重大科技領域具有廣闊的應用前景，所以培養具備微納光子學知識和技能的科技人才成為許多高校的迫切需求。然而，傳統教育體系一成不變的課程內容和教學方法往往落后于微納光子學領域的快速發展和不斷更新的知識體系，難以滿足現代科技人才培養的需求。因此，高校要改革微納光子學課程的教學內容和方法，以提高學生的綜合素質和競爭力。

二、傳統微納光子學課程教學存在的問題

作為一門重要的交叉學科，微納光子學課程的設立有利于學生建立包括物理學、材料科學、電子工程、光學等多學科領域的交叉知識體系，對培養科技人才至關重要。然而，相關調研發現，傳統微納光子學課程教學存在一系列教育問題。

（一）教學內容滯后于微納光子學理論和技術的發展

微納光子學是一個不斷發展和演進的前沿領域，新的高性能光學材料、高效率光學器件和更便捷的微納結構制備技術不斷涌現，衍生出新的光與物質相互作用的理論和科學問題。例如，早期的微納光學材料多為無機半導體，后來有機微納光功能材料出現在人類視野中，而近幾年以過渡金屬硫化物、金屬鹵化物和金屬氧化物為代表的二維材料家族因其獨特的光學性質得到國內外研究人員的關注。因此，傳統微納光子學課程往往難以跟上這一領域的最新進展，使得教材和課程內容很快過時、滯后。

（二）跨學科性質使學生望而卻步

微納光子學涉及復雜的電磁場理論、波動光學、激光原理和微納米結構的設計，要求學生具備多個學科領域的知識，包括物理學、材料科學、電子工程和光學等。跨學科性質使得課程設計和教學變得更加復雜，學生需要花更多的時間學習和理解這些不同領域的知識，容易產生畏難情緒。

（三）純漢語教學模式不利于培養具備國際競爭力的科技人才

作為全球性的研究領域，微納光子學吸引了不同國家和文化背景的研究人員。相關的國際學術論文和會議涉及很多專業英語詞匯，純漢語教學可能會減少學生信息獲取渠道，不利于培養學生獲取英語文獻、國際期刊和全球信息的能力，進而妨礙他們對最新國際研究的了解。同時，學生可能會因為英語不流利，缺乏與國際同行互動的機會，無法掌握跨文化交流和合作能力，在國際競爭中失去競爭力。

（四）知識點與實際應用結合不夠緊密

傳統微納光子學課程過于側重光子學的抽象理論知識，如波導理論、激光原理、光子晶體帶隙等，而忽略了實際案例研究或項目以展示微納光子學如何應用于實際，導致學生可能不清楚微納光子學在行業、科研或社會中的實際應用。此外，微納光子學需要實驗技能，但傳統課程缺乏實驗室時間或實驗項目，學生缺少獲得實際操作經驗的機會，不利于將理論知識轉化為實際技能，限制其發展成創新型科技人才。

三、微納光子學課程教學改革及實踐

（一）教學內容緊跟研究前沿

傳統微納光子學的教學內容包括微納光子學基礎、微納光纖及光波導、光學微腔及微納激光器、表面等離子體、微納材料制備、微納光子學器件加工技術等部分。然而，微納光子學的研究領域發展迅速，教師應時刻關注領域內的最新進展，以及新的理論和實驗結果，每學年至少進行一次審查和更新課程內容，以確保課程知識與前沿研究保持同步，幫助學生接觸到最新的知識和發展趨勢。此外，在教學內容方面，教師可以增加“微納米光子學前沿討論”這一章節，重點介紹最新的研究成果。在教材方面，除了傳統的微納光子學相關書籍之外，教師應引入靈活的教材，如開源教材、在線資源和數字教育工具等，以便實時更新內容，及時反映領域的變化。

（二）促進跨學科合作

基于微納光子學學術交叉的特點，高校設立跨學科微納光子學授課團隊，以促進不同學科領域的交流合作，助力學生從多個角度了解微納光子學。例如，在講解量子點時，不同學科教師可以聯合授課，材料學教師側重量子點的可控制備，光學教師講解量子點的光學性質，生物學教師則展示如何將量子點與生物分子結合成一種高亮度且穩定的熒光探針應用于生物成像。這種跨學科合作不僅可以滿足不同學生的需求，降低學習門檻，還可以鼓勵學生跨足多個領域，為學生深入研究提供機會。

（三）進行雙語授課

為了培養具備國際競爭力的科技人才，教師可以在漢語授課基礎上引入英語授課，但是不能急于求成進行全英文授課。鑒于跨學科高門檻的課程性質，全英文授課會影響學生對復雜知識的吸收，反而不利于學生能力的提高。因此，教師可以進行雙語授課。在漢語環境下，學生更易接收新的課程內容，專有名詞和專業技術則需要配上英語詞匯，提高學生英語科技術語和文獻閱讀能力。例如，在講授激光原理的章節時，教師可以使用一些在日常英語交流中不常用的專業詞匯，包括激光器、粒子數反轉、諧振腔、Q因子、模間距等，使學生在國際競爭中更具吸引力，也更容易獲得國際獎學金、交換項目和國際實習機會，提高國際競爭力。

（四）構建多方位的實踐教學體系

創新實踐能力是學生綜合素質的重要體現，也是衡量高等教育人才培養質量的重要指標。然而，傳統微納光子學課程的基礎知識教學與實踐教學仍處于分離狀態，將實踐訓練融入理論學習過程，是提高教學效率的重點和難點。微納光子學采用實驗室實踐驗證和實際案例研究構建多方位的實踐教學體系，教師應鼓勵并引導學生親自進行微納光子學領域的實驗，將課堂上的理論知識具體化。例如，在講授微納材料章節時，教師可以帶領學生進入微納器件實驗室，指導學生嘗試制備不同形貌的微納結構；在講授激光原理章節時，教師可以向學生展示不同類型的激光器，并在保證安全的前提下鼓勵學生自己動手調節光路，成功使激光準直進入顯微鏡。另外，在理論教學中，教師應引入微納光子學在通信、生物醫學、能源和傳感等領域的實際案例研究，以展示微納光子學的應用價值。

（五）加強教師與前沿科研的聯系

首先，教師要持續關注微納光子學領域的最新研究進展，通過訂閱相關學術論文，積極參與微納光子學領域的學術會議，與微納光子學領域的研究人員交流學習等方式，持續不斷地提高自己的專業知識。其次，教師要加強與其他學科領域的研究團隊合作。最后，教師可以嘗試科研導向的教學，將科研成果融入教學，以提供更豐富的教育經驗，激發學生的科研興趣，促使學生深入了解微納光子學。

（六）優化課程考核方式

課程考核不僅能調動學生的學習積極性，考查學生的學習成果，而且是檢驗教師教學成果和教學改革的重要手段。微納光子學打破傳統的一張試卷評定成績的模式，采用40%的平時成績和60%的期末成績的考核方式。

一方面，教師要優化平時成績的考核方式，加大教學過程的考查比重，將課程考核貫穿整個教學環節，如課堂表現、小組討論、課后作業、是否自主學習等，尤其注重學生基礎知識掌握后，對前沿的光子學研究熱點的創新性思考和實踐性應用。

另一方面，教師要優化期末考試方式，采用開放式報告方式，由學生自行選擇微納光子學內容相關的課題，進行20分鐘的口頭報告，內容涉及該課題的研究背景、科學問題、當前進展、未來挑戰等，并鼓勵學生用英語匯報，全面評估學生的知識和技能，測試他們解決問題的能力。

四、課程教學改革成果分析

優秀的教學改革實踐經得起時間的考驗，南京工業大學的研究生課程微納光子學自2018年設立以來，為微納光子學領域培養出多名具有國際競爭力的科技人才。

（一）提高教育質量

教師通過引入多層次、多學科合作，多語言的教學模式和多樣化的考核方式，使微納光子學課程的教學更有層次性和引導性，學生更積極地參與課堂互動，光子學知識吸收快，記憶牢，并在期末考核和實踐項目中取得更好的成績。微納光子學課程自授課以來，年年獲得學生的一致好評，獲得很高的滿意度。

（二）促進創新和研究

有效的教學改革必然會激發學生的創新和研究興趣，在各種微納光子學和跨學科前沿研究實際案例的影響下，學生對此領域的研究充滿了好奇和向往。例如，多名學習本課程的研究生，在后續的實驗室微納光子學研究中展現出較高的創新實踐能力，發表了高質量國際學術論文，在畢業時榮獲“校優秀畢業生”稱號。

（三）推動微納光子學領域發展

在科技人才培養模式下，微納光子學課程的教學改革對微納光子學領域的學術研究產生積極影響，幫助學生掌握多學科的前沿知識，培養學生的創新實踐思維，有利于學生創新性地、創造性地參與科研項目，發表研究論文，推動該領域的發展和創新。

五、結語

微納光子學領域的前沿科研、科技創新對推動社會進步和改善生活質量至關重要，教師必須不斷改進微納光子學課程，建立一套完整的理論教學和實踐教學系統，培養更多具備前沿知識、實踐技能和國際視野的科技人才，為微納光子學領域的未來作貢獻。

參考文獻：

[1]相雪.科研院所創新型青年科技人才培養策略探究[J].人才資源開發，2023（6）.

[2]李翔宇.全面提高高校人才自主培養質量：價值意蘊、理論內涵與發展進路[J].航海教育研究，2023（3）.

[3]趙凱，王俊生，董建紅.基于“專創融合”的微納光子集成課程教學探討[J].科教文匯，2022（23）.

[4]李濤，祝世寧.微納光學[J].科學觀察，2022（2）.

[5]王濤，胡曉會，卜久賀.產教融合背景下“水污染控制工程”課程教改實踐[J].環境教育，2023（9）.

[6]李巧紅.機械電子工程專業“控制工程基礎”課程[J].工業和信息化教育，2023（8）.

基金項目：南京工業大學2023年校級教改課題“實踐導向下的課程優化與創新研究”，項目編號：20230197。