姚偉　呂剛

摘要：隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)科技人才的需求日益增長(zhǎng)，微納光子學(xué)作為一個(gè)前沿領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。文章探討在科技人才培養(yǎng)模式下，通過(guò)教學(xué)內(nèi)容更新、跨學(xué)科合作、中英雙語(yǔ)教學(xué)、多方位實(shí)踐教學(xué)、教師緊跟前沿科研、考核方式優(yōu)化等教學(xué)改革措施，改革微納光子學(xué)課程，旨在培養(yǎng)微納光子學(xué)領(lǐng)域的科技人才。

關(guān)鍵詞：微納光子學(xué)；科技人才培養(yǎng)；教學(xué)改革

一、引言

隨著世界各國(guó)科技水平的高速發(fā)展，科技人才對(duì)國(guó)家生產(chǎn)力的發(fā)展越來(lái)越重要，成為建設(shè)現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)的重要力量?？萍既瞬排囵B(yǎng)一直是高等教育領(lǐng)域的核心任務(wù)，高校作為教育、科技、人才的集中交匯點(diǎn)，需培養(yǎng)具備前沿科技知識(shí)和創(chuàng)新能力的人才。同時(shí)，高校的課程也應(yīng)積極適應(yīng)社會(huì)的變化，不斷改進(jìn)教育方法和內(nèi)容，以滿足社會(huì)對(duì)高素質(zhì)科技人才的需求。

微納光子學(xué)作為一門前沿領(lǐng)域的交叉學(xué)科，主要研究在微納尺度下光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律及其光的產(chǎn)生、傳輸、調(diào)控、探測(cè)和傳感等方面的應(yīng)用，其融合了微納米技術(shù)和光子學(xué)的研究領(lǐng)域。微納光子學(xué)在信息技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、能源環(huán)境、電子通信、材料科學(xué)等重大科技領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，所以培養(yǎng)具備微納光子學(xué)知識(shí)和技能的科技人才成為許多高校的迫切需求。然而，傳統(tǒng)教育體系一成不變的課程內(nèi)容和教學(xué)方法往往落后于微納光子學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展和不斷更新的知識(shí)體系，難以滿足現(xiàn)代科技人才培養(yǎng)的需求。因此，高校要改革微納光子學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容和方法，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。

二、傳統(tǒng)微納光子學(xué)課程教學(xué)存在的問(wèn)題

作為一門重要的交叉學(xué)科，微納光子學(xué)課程的設(shè)立有利于學(xué)生建立包括物理學(xué)、材料科學(xué)、電子工程、光學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的交叉知識(shí)體系，對(duì)培養(yǎng)科技人才至關(guān)重要。然而，相關(guān)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)微納光子學(xué)課程教學(xué)存在一系列教育問(wèn)題。

（一）教學(xué)內(nèi)容滯后于微納光子學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展

微納光子學(xué)是一個(gè)不斷發(fā)展和演進(jìn)的前沿領(lǐng)域，新的高性能光學(xué)材料、高效率光學(xué)器件和更便捷的微納結(jié)構(gòu)制備技術(shù)不斷涌現(xiàn)，衍生出新的光與物質(zhì)相互作用的理論和科學(xué)問(wèn)題。例如，早期的微納光學(xué)材料多為無(wú)機(jī)半導(dǎo)體，后來(lái)有機(jī)微納光功能材料出現(xiàn)在人類視野中，而近幾年以過(guò)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(dú)特的光學(xué)性質(zhì)得到國(guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注。因此，傳統(tǒng)微納光子學(xué)課程往往難以跟上這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展，使得教材和課程內(nèi)容很快過(guò)時(shí)、滯后。

（二）跨學(xué)科性質(zhì)使學(xué)生望而卻步

微納光子學(xué)涉及復(fù)雜的電磁場(chǎng)理論、波動(dòng)光學(xué)、激光原理和微納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生具備多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，包括物理學(xué)、材料科學(xué)、電子工程和光學(xué)等。跨學(xué)科性質(zhì)使得課程設(shè)計(jì)和教學(xué)變得更加復(fù)雜，學(xué)生需要花更多的時(shí)間學(xué)習(xí)和理解這些不同領(lǐng)域的知識(shí)，容易產(chǎn)生畏難情緒。

（三）純漢語(yǔ)教學(xué)模式不利于培養(yǎng)具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的科技人才

作為全球性的研究領(lǐng)域，微納光子學(xué)吸引了不同國(guó)家和文化背景的研究人員。相關(guān)的國(guó)際學(xué)術(shù)論文和會(huì)議涉及很多專業(yè)英語(yǔ)詞匯，純漢語(yǔ)教學(xué)可能會(huì)減少學(xué)生信息獲取渠道，不利于培養(yǎng)學(xué)生獲取英語(yǔ)文獻(xiàn)、國(guó)際期刊和全球信息的能力，進(jìn)而妨礙他們對(duì)最新國(guó)際研究的了解。同時(shí)，學(xué)生可能會(huì)因?yàn)橛⒄Z(yǔ)不流利，缺乏與國(guó)際同行互動(dòng)的機(jī)會(huì)，無(wú)法掌握跨文化交流和合作能力，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中失去競(jìng)爭(zhēng)力。

（四）知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合不夠緊密

傳統(tǒng)微納光子學(xué)課程過(guò)于側(cè)重光子學(xué)的抽象理論知識(shí)，如波導(dǎo)理論、激光原理、光子晶體帶隙等，而忽略了實(shí)際案例研究或項(xiàng)目以展示微納光子學(xué)如何應(yīng)用于實(shí)際，導(dǎo)致學(xué)生可能不清楚微納光子學(xué)在行業(yè)、科研或社會(huì)中的實(shí)際應(yīng)用。此外，微納光子學(xué)需要實(shí)驗(yàn)技能，但傳統(tǒng)課程缺乏實(shí)驗(yàn)室時(shí)間或?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目，學(xué)生缺少獲得實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，不利于將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際技能，限制其發(fā)展成創(chuàng)新型科技人才。

三、微納光子學(xué)課程教學(xué)改革及實(shí)踐

（一）教學(xué)內(nèi)容緊跟研究前沿

傳統(tǒng)微納光子學(xué)的教學(xué)內(nèi)容包括微納光子學(xué)基礎(chǔ)、微納光纖及光波導(dǎo)、光學(xué)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(xué)器件加工技術(shù)等部分。然而，微納光子學(xué)的研究領(lǐng)域發(fā)展迅速，教師應(yīng)時(shí)刻關(guān)注領(lǐng)域內(nèi)的最新進(jìn)展，以及新的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每學(xué)年至少進(jìn)行一次審查和更新課程內(nèi)容，以確保課程知識(shí)與前沿研究保持同步，幫助學(xué)生接觸到最新的知識(shí)和發(fā)展趨勢(shì)。此外，在教學(xué)內(nèi)容方面，教師可以增加“微納米光子學(xué)前沿討論”這一章節(jié)，重點(diǎn)介紹最新的研究成果。在教材方面，除了傳統(tǒng)的微納光子學(xué)相關(guān)書籍之外，教師應(yīng)引入靈活的教材，如開源教材、在線資源和數(shù)字教育工具等，以便實(shí)時(shí)更新內(nèi)容，及時(shí)反映領(lǐng)域的變化。

（二）促進(jìn)跨學(xué)科合作

基于微納光子學(xué)學(xué)術(shù)交叉的特點(diǎn)，高校設(shè)立跨學(xué)科微納光子學(xué)授課團(tuán)隊(duì)，以促進(jìn)不同學(xué)科領(lǐng)域的交流合作，助力學(xué)生從多個(gè)角度了解微納光子學(xué)。例如，在講解量子點(diǎn)時(shí)，不同學(xué)科教師可以聯(lián)合授課，材料學(xué)教師側(cè)重量子點(diǎn)的可控制備，光學(xué)教師講解量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)，生物學(xué)教師則展示如何將量子點(diǎn)與生物分子結(jié)合成一種高亮度且穩(wěn)定的熒光探針應(yīng)用于生物成像。這種跨學(xué)科合作不僅可以滿足不同學(xué)生的需求，降低學(xué)習(xí)門檻，還可以鼓勵(lì)學(xué)生跨足多個(gè)領(lǐng)域，為學(xué)生深入研究提供機(jī)會(huì)。

（三）進(jìn)行雙語(yǔ)授課

為了培養(yǎng)具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的科技人才，教師可以在漢語(yǔ)授課基礎(chǔ)上引入英語(yǔ)授課，但是不能急于求成進(jìn)行全英文授課。鑒于跨學(xué)科高門檻的課程性質(zhì)，全英文授課會(huì)影響學(xué)生對(duì)復(fù)雜知識(shí)的吸收，反而不利于學(xué)生能力的提高。因此，教師可以進(jìn)行雙語(yǔ)授課。在漢語(yǔ)環(huán)境下，學(xué)生更易接收新的課程內(nèi)容，專有名詞和專業(yè)技術(shù)則需要配上英語(yǔ)詞匯，提高學(xué)生英語(yǔ)科技術(shù)語(yǔ)和文獻(xiàn)閱讀能力。例如，在講授激光原理的章節(jié)時(shí)，教師可以使用一些在日常英語(yǔ)交流中不常用的專業(yè)詞匯，包括激光器、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、諧振腔、Q因子、模間距等，使學(xué)生在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中更具吸引力，也更容易獲得國(guó)際獎(jiǎng)學(xué)金、交換項(xiàng)目和國(guó)際實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

（四）構(gòu)建多方位的實(shí)踐教學(xué)體系

創(chuàng)新實(shí)踐能力是學(xué)生綜合素質(zhì)的重要體現(xiàn)，也是衡量高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要指標(biāo)。然而，傳統(tǒng)微納光子學(xué)課程的基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)仍處于分離狀態(tài)，將實(shí)踐訓(xùn)練融入理論學(xué)習(xí)過(guò)程，是提高教學(xué)效率的重點(diǎn)和難點(diǎn)。微納光子學(xué)采用實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐驗(yàn)證和實(shí)際案例研究構(gòu)建多方位的實(shí)踐教學(xué)體系，教師應(yīng)鼓勵(lì)并引導(dǎo)學(xué)生親自進(jìn)行微納光子學(xué)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)，將課堂上的理論知識(shí)具體化。例如，在講授微納材料章節(jié)時(shí)，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入微納器件實(shí)驗(yàn)室，指導(dǎo)學(xué)生嘗試制備不同形貌的微納結(jié)構(gòu)；在講授激光原理章節(jié)時(shí)，教師可以向?qū)W生展示不同類型的激光器，并在保證安全的前提下鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手調(diào)節(jié)光路，成功使激光準(zhǔn)直進(jìn)入顯微鏡。另外，在理論教學(xué)中，教師應(yīng)引入微納光子學(xué)在通信、生物醫(yī)學(xué)、能源和傳感等領(lǐng)域的實(shí)際案例研究，以展示微納光子學(xué)的應(yīng)用價(jià)值。

（五）加強(qiáng)教師與前沿科研的聯(lián)系

首先，教師要持續(xù)關(guān)注微納光子學(xué)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，通過(guò)訂閱相關(guān)學(xué)術(shù)論文，積極參與微納光子學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)會(huì)議，與微納光子學(xué)領(lǐng)域的研究人員交流學(xué)習(xí)等方式，持續(xù)不斷地提高自己的專業(yè)知識(shí)。其次，教師要加強(qiáng)與其他學(xué)科領(lǐng)域的研究團(tuán)隊(duì)合作。最后，教師可以嘗試科研導(dǎo)向的教學(xué)，將科研成果融入教學(xué)，以提供更豐富的教育經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的科研興趣，促使學(xué)生深入了解微納光子學(xué)。

（六）優(yōu)化課程考核方式

課程考核不僅能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，考查學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，而且是檢驗(yàn)教師教學(xué)成果和教學(xué)改革的重要手段。微納光子學(xué)打破傳統(tǒng)的一張?jiān)嚲碓u(píng)定成績(jī)的模式，采用40%的平時(shí)成績(jī)和60%的期末成績(jī)的考核方式。

一方面，教師要優(yōu)化平時(shí)成績(jī)的考核方式，加大教學(xué)過(guò)程的考查比重，將課程考核貫穿整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，如課堂表現(xiàn)、小組討論、課后作業(yè)、是否自主學(xué)習(xí)等，尤其注重學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握后，對(duì)前沿的光子學(xué)研究熱點(diǎn)的創(chuàng)新性思考和實(shí)踐性應(yīng)用。

另一方面，教師要優(yōu)化期末考試方式，采用開放式報(bào)告方式，由學(xué)生自行選擇微納光子學(xué)內(nèi)容相關(guān)的課題，進(jìn)行20分鐘的口頭報(bào)告，內(nèi)容涉及該課題的研究背景、科學(xué)問(wèn)題、當(dāng)前進(jìn)展、未來(lái)挑戰(zhàn)等，并鼓勵(lì)學(xué)生用英語(yǔ)匯報(bào)，全面評(píng)估學(xué)生的知識(shí)和技能，測(cè)試他們解決問(wèn)題的能力。

四、課程教學(xué)改革成果分析

優(yōu)秀的教學(xué)改革實(shí)踐經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)，南京工業(yè)大學(xué)的研究生課程微納光子學(xué)自2018年設(shè)立以來(lái)，為微納光子學(xué)領(lǐng)域培養(yǎng)出多名具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的科技人才。

（一）提高教育質(zhì)量

教師通過(guò)引入多層次、多學(xué)科合作，多語(yǔ)言的教學(xué)模式和多樣化的考核方式，使微納光子學(xué)課程的教學(xué)更有層次性和引導(dǎo)性，學(xué)生更積極地參與課堂互動(dòng)，光子學(xué)知識(shí)吸收快，記憶牢，并在期末考核和實(shí)踐項(xiàng)目中取得更好的成績(jī)。微納光子學(xué)課程自授課以來(lái)，年年獲得學(xué)生的一致好評(píng)，獲得很高的滿意度。

（二）促進(jìn)創(chuàng)新和研究

有效的教學(xué)改革必然會(huì)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新和研究興趣，在各種微納光子學(xué)和跨學(xué)科前沿研究實(shí)際案例的影響下，學(xué)生對(duì)此領(lǐng)域的研究充滿了好奇和向往。例如，多名學(xué)習(xí)本課程的研究生，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)室微納光子學(xué)研究中展現(xiàn)出較高的創(chuàng)新實(shí)踐能力，發(fā)表了高質(zhì)量國(guó)際學(xué)術(shù)論文，在畢業(yè)時(shí)榮獲“校優(yōu)秀畢業(yè)生”稱號(hào)。

（三）推動(dòng)微納光子學(xué)領(lǐng)域發(fā)展

在科技人才培養(yǎng)模式下，微納光子學(xué)課程的教學(xué)改革對(duì)微納光子學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究產(chǎn)生積極影響，幫助學(xué)生掌握多學(xué)科的前沿知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐思維，有利于學(xué)生創(chuàng)新性地、創(chuàng)造性地參與科研項(xiàng)目，發(fā)表研究論文，推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展和創(chuàng)新。

五、結(jié)語(yǔ)

微納光子學(xué)領(lǐng)域的前沿科研、科技創(chuàng)新對(duì)推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和改善生活質(zhì)量至關(guān)重要，教師必須不斷改進(jìn)微納光子學(xué)課程，建立一套完整的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)，培養(yǎng)更多具備前沿知識(shí)、實(shí)踐技能和國(guó)際視野的科技人才，為微納光子學(xué)領(lǐng)域的未來(lái)作貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]李翔宇.全面提高高校人才自主培養(yǎng)質(zhì)量：價(jià)值意蘊(yùn)、理論內(nèi)涵與發(fā)展進(jìn)路[J].航海教育研究，2023（3）.

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

[4]李濤，祝世寧.微納光學(xué)[J].科學(xué)觀察，2022（2）.

[5]王濤，胡曉會(huì)，卜久賀.產(chǎn)教融合背景下“水污染控制工程”課程教改實(shí)踐[J].環(huán)境教育，2023（9）.

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

基金項(xiàng)目：南京工業(yè)大學(xué)2023年校級(jí)教改課題“實(shí)踐導(dǎo)向下的課程優(yōu)化與創(chuàng)新研究”，項(xiàng)目編號(hào)：20230197。