摘 要：納米技術是一門多學科交叉的新興學科，對我國經(jīng)濟發(fā)展、基礎學科的進步、人民日常生活等諸多方面都發(fā)揮著舉足輕重的作用，是本世紀前沿研究領域之一。因此，在高等院校開設納米技術課程具有重要的應用價值，有助于培養(yǎng)新一代具有創(chuàng)新思維的人才。該文針對納米技術課程的特點，分析在新工科教育背景下課程建設可能會面臨的一些問題或困境，并結合筆者的課程講授心得，深入探討課程的教學內容，針對性地提出課程教學改革與實踐的可行措施。

關鍵詞：納米技術；工科教育；課程建設；教學改革；教學實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）35-0146-04

Abstract： Nanotechnology as a multidisciplinary intersection of emerging disciplines has been playing a pivotal role in the national economic development， the progress of basic academic disciplines， and people's daily life in every regard， which is one of the most important research fields in this century. Therefore， it is of great value to establish the course of Nanotechnology in higher education institutions. This course helps to cultivate a new generation of talents with innovative thinking. The current paper focuses on the characteristics of Nanotechnology course， and analyzes some key problems or dilemmas that occur under the background of new engineering education. Most importantly， on basis of the author's abundant experience teaching the course， this paper discusses the course teaching contents in depth， and puts forward feasible measures for the reform and practice of the course teaching.

Keywords： Nanotechnology; engineering education; course construction; teaching reform; teaching practice

“納米”是一個長度單位，1納米也就是十億分之一米，相當于人頭發(fā)絲的六萬分之一。而納米技術就是一門研究納米尺度（1到100納米）物質的學科，它涵蓋了物理學、化學、材料學、生物學和電子學等多個學科的理論與方法[1-2]，也是認知當前世界與整個宇宙的物質觀和方法論。作為世界交叉領域研究的前沿課題之一，納米技術在促進全球經(jīng)濟發(fā)展中扮演著關鍵角色。

納米材料與技術的出現(xiàn)也將人類的視野從宏觀領域轉移到微觀領域。當材料的尺寸達到納米數(shù)量級時，往往會展現(xiàn)出和宏觀尺寸不同的力學、電學、光學、熱學、磁學以及化學等性能。這些性質的變化為研究者提供了研制具有性能卓越的納米材料和設計與創(chuàng)造微納結構的可能性，從而使得納米技術在多個學科領域中具有廣泛的應用前景。例如，在藥物輸送系統(tǒng)中，通過多層微納結構設計和表面修飾技術，提高藥物的靶向性和療效，以及在納米電子器件的制造中，通過納米區(qū)域內器件陣列的控制，實現(xiàn)能耗的降低和計算性能的提升等。因此，納米材料與技術在加快我國經(jīng)濟發(fā)展、促進科學技術創(chuàng)新和提升國民生活水平等方面起著重要的作用，有著廣泛的研究價值和實用價值，是一門至關重要的學科。

納米技術課程在我國高等教育的相關專業(yè)開設亦是至關重要的，致力于培育新一代有著創(chuàng)新思維、批判性分析能力以及跨學科問題解決技巧的大學生，從而實現(xiàn)教育強國建設的目的。本文從納米技術課程特點出發(fā)，結合筆者授課的實際體會和學生課程學習的調研，從優(yōu)化教學內容、試行雙語教學、線下線上課程相結合和推進課程思政建設方面出發(fā)，探索課程教學改革方法，努力培養(yǎng)新時代的高素質新青年。

一 納米技術課程特點

納米技術是一門跨學科的前沿科學課程，內容覆蓋面廣，需要學生具備一定的物理學、材料學、化學等多個學科的基礎理論知識，適合相關專業(yè)三年級本科生的選修專業(yè)課程[3-4]。課程內容緊貼納米科技的最新發(fā)展，采用最新的研究文獻和參考書籍作為教材，確保學生能夠接觸到該領域的最新研究成果。但目前課程授課還是存在一些待解決的問題：其一，由于課時有限，導致課程里面的一些細節(jié)內容無法面面俱到；其二，傳統(tǒng)授課方式（如板書和PPT）難以滿足其創(chuàng)新性和實踐性需求的挑戰(zhàn)，尤其是在幫助學生更加直觀理解納米尺度材料的特性方面；其三，由于納米材料的微小尺寸遠遠超出了人眼觀察的范圍，教育者需要采用先進的視覺化工具和模擬技術來輔助教學，這對教學條件也提出了要求；其四，鑒于納米技術領域的迅速發(fā)展，盡管教材的內容已經(jīng)緊貼研究前沿，但是課程內容也必須保持更新，以反映最新的科研進展，這不僅對老師提出了要求，對學生的知識面儲備也需要增加。因此，鑒于納米技術課程所遇到的挑戰(zhàn)，課程教學改革顯得尤為重要和迫切。如何將最前沿的納米材料的理論與技術融入到納米技術的教學課程中，讓學生能掌握好專業(yè)知識并具有創(chuàng)新性思維，這存在著巨大的挑戰(zhàn)，但也充滿著機遇。

二 課程教學改革方法

（一） 優(yōu)化教學內容

由于課程內容豐富，并且知識覆蓋面廣，因此需根據(jù)課程的教學目標，以及課時安排情況，明確教學重點、難點，增強課程的目標和應用導向性。納米技術課程的主要目的是讓學生了解納米技術的發(fā)展歷史，并掌握納米材料的基本概念、性質、制備方法、表征方法以及在不同領域的應用現(xiàn)狀和前景。課程旨在拓寬學生的知識面，激發(fā)他們對納米科學與技術的興趣，培養(yǎng)其嚴謹?shù)目茖W思維想象力，賦予學生創(chuàng)造力，為將來從事相關領域的工作或研究打下堅實的基礎。

通過課程的學習，學生需要理解并掌握納米材料的“四大效應”，分別為量子尺寸效應、表面效應、小尺寸效應和量子隧穿效應，以及這些效應如何影響材料的性能和應用的場景[5]。課程內容通常應包括納米粒子的制備方法，如物理方法、化學方法以及其他綜合方法。納米薄膜材料性能特點，以及常規(guī)的制備方法，如物理氣相沉積法、化學氣相沉積法以及溶膠-凝膠法等方法。課程還需介紹納米固體材料和納米復合材料性質和制備方法，納米技術在醫(yī)療、能源、信息技術等領域的應用，以及納米科技的發(fā)展趨勢和未來展望。并且在如今的教育體系中，僅掌握基礎的理論知識難以滿足工程實際需求。因此，本課程在加強基礎知識學習的同時還應重視實踐教育，如實驗室實踐，使學生能夠將理論知識應用于實際問題的解決上，提高學生的動手能力，達到知行合一的教學效果。如今世界正處于一個不斷發(fā)展的過程，納米技術是二十一世紀的一場技術革新，納米科技在解決當前全球面臨的挑戰(zhàn)中起著重要的作用，如環(huán)境保護、能源危機、健康醫(yī)療等。因此，課程可以通過加入案例分析和實際應用等方式，使學生能夠認識到納米科技在推動社會進步和可持續(xù)發(fā)展中的潛力和重要性。通過上述內容的學習，學生能夠快速掌握納米技術課程的整體框架，有助于學生的遞進學習與理解，增加課程的基礎性和實用性。

（二） 雙語教學模式

在全球化經(jīng)濟的背景下，競爭日趨激烈，培養(yǎng)高素質的雙語人才顯得尤為重要和迫切。納米技術課程作為我國高等教育與國際接軌的重要橋梁，不僅是教學改革發(fā)展的必然趨勢，也是素質教育的重要途徑。因此，該課程在后續(xù)教學中可以試行中英文雙語教學模式，如圖1所示。雙語教學旨在提升學生的英語水平，增強其跨文化交流的能力，拓展學生們的國際視野。雙語教學不僅是對學生雙語思維能力的培養(yǎng)，還可以啟發(fā)批判性和創(chuàng)造性思維的形成，加強學生的邏輯思維能力。對于學有余力的同學，經(jīng)過雙語教學的提升，使其能夠具有自我閱讀和理解最新國內外學術文獻，掌握國內外先進的納米科學技術知識的能力，可以根據(jù)其自身特點和興趣進行課外自主拓展學習，緊跟時代發(fā)展步伐。

圖1 雙語教學模式

雙語教學的實施，要求教師在教學中不僅要傳授專業(yè)知識，還要注重學生雙語能力的培養(yǎng)。這對教師的要求也隨之提高，應具備良好的語言能力，能夠整合雙語教學資源，并運用恰當?shù)慕虒W方法提高學生的語言應用能力。雙語教學的課程設計應考慮培養(yǎng)目標的雙重性，即獲取學科知識的同時提高學生運用外語的能力。并且教學重心不能偏離教學目標，首先要確保學生能吸收并掌握來自國內外先進的納米技術知識，避免因語言問題而可能導致的理解誤差，造成專業(yè)知識學習的困擾；其次，通過實施雙語教學策略，旨在創(chuàng)造多元化的語言氛圍，以此增強學生的外語溝通與實際應用技能，為學生后續(xù)發(fā)展打下堅實的基礎。

在雙語教學具體實施中，學生是課堂教學的主體，而學生的外語基礎水平往往存在不一致的問題[6]，導致雙語教學的實施存在實際運行困難。對于基礎較好的學生而言，雙語教學可以提供更好的學習環(huán)境，增加學習興趣，建立學習信心，有助于學生創(chuàng)新思維和開拓性思維的培養(yǎng)。然而，對于一開始基礎較差或者一般的同學，教學語言的增加會導致學習困難，最直接的可能就是無法跟上課程教學進度，并且不善于表達自己的問題和疑惑，長期以往，就會導致學習興趣降低，影響教學效果。因此，雙語教學的內容選擇需先易后難，前期階段應多照顧基礎差的學生，加強老師與學生之間的交流，幫助學生培養(yǎng)學習興趣。并且可以建立學習興趣小組，讓外語基礎好的同學幫助基礎較弱的同學，促進相互學習，形成良性教學循環(huán)。中后期課程教學中，則逐步提升教學難度，擴展教學內容的深度和廣度，以確保學生能夠在理解專業(yè)知識的基礎之上進一步提高雙語能力?？偠灾?，教學模式應以學生為中心，鼓勵學生積極參與英語學習，激發(fā)其學習熱情，從而全面提高學生專業(yè)課程的英語能力。雙語教學是高等教育國際化的重要途徑之一，對于培養(yǎng)具有國際視野和競爭力的人才具有重要意義。通過納米技術等課程的雙語教學實踐，可以有效地提升學生的專業(yè)知識水平和雙語應用能力，為學生的未來發(fā)展奠定堅實的基礎。

（三） 線上線下教學相結合

近年來，隨著國家大力推進發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略，一種新穎的教學模式——線上教學在國內逐步興起，并取得了一些成效[7]。展現(xiàn)了數(shù)字化時代的教育發(fā)展方向，并且實現(xiàn)了傳統(tǒng)線下教學較難達到的隨時學習、個性化學習以及自主學習等特點。而納米技術課程作為一門新興學科，其特點在前文也有提及，所涉及研究領域極廣，知識體系復雜。因此，可以采取線下線上教學相結合的模式進行教學，綜合兩種模式各自的特點，既可以提升學生的學習興趣，又能提高學習效率[8-9]。

線上教學在納米技術課程的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為以下三點。首先，線上教學可以提供豐富的學習材料，包括課程基礎知識、最新的研究文獻、互動式教學工具和模擬實驗軟件等，這是傳統(tǒng)教學難以實現(xiàn)的。通過這些資源的合理利用，學生可以提前預習課程的基礎知識，然后帶著思考進行線下學習，并且在課堂上可以針對性提問，以便于更深入地理解納米技術的內容。并且，通過在線仿真軟件，學生可以借助教學工具模擬納米尺度的實驗，這在傳統(tǒng)課堂上也是很難實現(xiàn)的。通過豐富的資源和工具能夠增強學生的學習體驗，增加他們的學習興趣。其次，線上教學具有靈活性和持久性的特征。線上學習允許學生根據(jù)自己的時間和學習節(jié)奏來安排學習進度。而且學生可以在任何有網(wǎng)絡連接的地方學習，無論是在家中、圖書館還是其他合適的地方，都能夠按照自己的節(jié)奏來學習課程內容，這為學生而言提供了極大的便利。線上教學也支持學生進行終身學習，這是教育的最終目的之一。學生可以在課程結束后繼續(xù)訪問課程的資源，從而復習和進一步的學習，達到“溫故而知新，可以為師矣”的學習境界。這種持續(xù)的學習機會對于希望在納米技術領域保持最新知識的學生來說是非常寶貴的。最后，線上教學可以回饋線下教學。在線學習可以收集和分析學生的學習數(shù)據(jù)，包括學習進度、作業(yè)提交和測試成績等。這些數(shù)據(jù)可以幫助教師了解學生的學習情況，及時調整教學策略，提供個性化的學習。同時，學生也可以通過這些數(shù)據(jù)來評估自己的學習效果，找出需要改進的地方。

盡管線上教學有著很多優(yōu)勢，但是其存在幾個問題無法解決，如無法及時反饋，嚴重依賴網(wǎng)絡，以及容易造成注意力不集中等缺點。因此，線下教學在納米技術課程的授課中是不可或缺的。首先，線下教學可以增強師生的參與感。面對面的教學環(huán)境可以促進學生與教師之間的直接互動，這種互動能夠激發(fā)學生的參與熱情，這是線上教學無法替代的。并且在線下教學中，教師可以即時觀察學生的學習狀態(tài)，根據(jù)學生的課堂實際表現(xiàn)情況及時調整教學策略；對于學生在學習過程中遇到的問題，教師也可以提供即時的反饋和指導。這種即時的互動和反饋對于學生理解復雜概念和解決學習難題非常有幫助，確保每個學生都能跟上課程進度。其次，線下教學是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的合適途徑。線下教學可以通過實驗室實踐、項目研究和創(chuàng)新工作坊等方式，為學生提供動手操作的機會。如在實驗和實踐環(huán)節(jié)，學生可以直接操作儀器，進行實地觀察納米技術的微觀特性，這種親身體驗的學習方式能夠加深對納米技術概念和原理的理解。這些實驗不僅能夠鍛煉學生的動手能力，還能夠激發(fā)他們的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。學生可以在教師的指導下，設計和實施自己的納米技術項目，從而在實踐中學習和創(chuàng)新。再次，線下教學可以培養(yǎng)學生的團隊意識和溝通表達能力。良好的線下教學有助于鼓勵學生們進行小組合作，通過團隊項目和討論，完成一個具有挑戰(zhàn)性的課題或者設計。在此期間，學生可以學習如何與他人合作，有效地溝通和表達自己的想法，并從同伴那里學習。這種合作學習的過程對于培養(yǎng)學生的團隊精神和溝通技巧至關重要，這對培養(yǎng)高質量人才是至關重要的。最后，線下教學的內容也可反饋線上教學，同學們可以將課上學習所得在課后進行線上討論分享，進一步促進相互學習，使學生達到課后提高學習的目的。

如圖2所示，通過線上線下教學相結合的形式，可以激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)良好的學習習慣。并且，可以通過多種方式進行學生學習成果的評估，包括但不限于傳統(tǒng)的筆試、口試、實驗操作考核和項目展示等，使課程評價過程化和多元化。這種評估方式能夠全面地考察學生的學習情況，確保學生不僅掌握了理論知識，而且具備實際操作和應用能力，能夠準確反映學生的學習效果。教師可以通過這些評估方式，更準確地了解學生的學習進度和理解程度，從而提供更有針對性的指導，也為后續(xù)課程的改革提供數(shù)據(jù)參考與指導。

圖2 線上線下教學結合模式

（四） 推進課程思政建設

在深入貫徹黨的二十大報告精神的背景下，我國高等教育正致力于實施科教興國戰(zhàn)略，加快推進現(xiàn)代化教育[10-11]。納米技術課程作為高等教育體系中的關鍵組成部分，承載著培養(yǎng)具有國際競爭力的科技領軍人才的重要任務。因此，在傳授納米科技領域的專業(yè)知識和技能的同時，要加強課程思政建設的深度融合，致力于在專業(yè)教學中融入“紅色基因”和“工匠精神”，培養(yǎng)新時代有理想、敢擔當、能吃苦、肯奮斗的新時代好青年。

納米技術課程的思政教育應從課程實際出發(fā)，遵循習近平總書記所強調的：“推動思想政治理論課改革創(chuàng)新，要不斷增強思政課的思想性、理論性和親和力、針對性。[12]”因此，課程思政的實施不可務虛輕實，需打破慣性思維，解決單調乏味的教學之困。納米技術課程的內容豐富，與國家科技發(fā)展前沿方向相符合，可以通過合理設計課程的內容，將國家戰(zhàn)略需求與課程知識相結合，引導學生深入理解納米技術在推動國家科技進步和產(chǎn)業(yè)升級中的核心作用，提升學生的愛國情懷。在講授“四大效應”的表面效應時，可以將“蓮葉自潔效應”為引，討論分析蓮葉表面微結構和機理，并從中映射 “出淤泥而不染”的高尚品格，培養(yǎng)學生的道德品質，為培養(yǎng)新時代具有高素質的愛國青年人才起著重要的引領作用。并且課堂還可以通過穿插講述“中國納米人”的故事，學習老一輩科研工作者在納米科技領域的科研方法、態(tài)度和精神。通過這一系列的教育教學活動，旨在培養(yǎng)出既有深厚專業(yè)知識，又有強烈社會責任感和創(chuàng)新能力的新時代青年，為實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢貢獻力量。

三 結束語

納米技術課程是很多高等院校本科生的必修專業(yè)基礎課程，其作為一門跨學科的前沿科學課程，不僅涵蓋了物理學、化學、材料學等多個學科的理論與方法，而且緊密跟隨納米科技的最新發(fā)展，確保學生能夠接觸到該領域的最新研究成果。因此，面對課程內容的廣闊性和教學方法的傳統(tǒng)性所帶來的挑戰(zhàn)，教學改革顯得尤為重要。改革的方向包括優(yōu)化教學內容以明確教學重點，使學生能夠快速準確學習納米科學技術的基礎內容，實施雙語教學模式以提升學生的國際競爭力，以及結合線上線下教學模式以提高學習效率和興趣。此外，通過推進課程思政建設，將中華民族的優(yōu)秀“紅色基因”以及愛國敬業(yè)的“工匠精神”融入課程中，激發(fā)學生的社會責任感和創(chuàng)新精神，提高教學質量和學習效率，達到教書育人的目的。通過這些綜合性的教學改革措施，我們旨在培養(yǎng)出既具有深厚專業(yè)知識基礎，又具備強烈社會責任感和創(chuàng)新能力的高素質科技人才，引領未來科技的進步和技術的革新。

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