服务于科技人才培养的微纳光子学课程教学改革探索

姚伟　吕刚

摘要：随着现代社会对科技人才的需求日益增长，微纳光子学作为一个前沿领域，具有广泛的应用前景。文章探讨在科技人才培养模式下，通过教学内容更新、跨学科合作、中英双语教学、多方位实践教学、教师紧跟前沿科研、考核方式优化等教学改革措施，改革微纳光子学课程，旨在培养微纳光子学领域的科技人才。

关键词：微纳光子学；科技人才培养；教学改革

一、引言

随着世界各国科技水平的高速发展，科技人才对国家生产力的发展越来越重要，成为建设现代化强国的重要力量。科技人才培养一直是高等教育领域的核心任务，高校作为教育、科技、人才的集中交汇点，需培养具备前沿科技知识和创新能力的人才。同时，高校的课程也应积极适应社会的变化，不断改进教育方法和内容，以满足社会对高素质科技人才的需求。

微纳光子学作为一门前沿领域的交叉学科，主要研究在微纳尺度下光与物质相互作用的规律及其光的产生、传输、调控、探测和传感等方面的应用，其融合了微纳米技术和光子学的研究领域。微纳光子学在信息技术、生物医学、能源环境、电子通信、材料科学等重大科技领域具有广阔的应用前景，所以培养具备微纳光子学知识和技能的科技人才成为许多高校的迫切需求。然而，传统教育体系一成不变的课程内容和教学方法往往落后于微纳光子学领域的快速发展和不断更新的知识体系，难以满足现代科技人才培养的需求。因此，高校要改革微纳光子学课程的教学内容和方法，以提高学生的综合素质和竞争力。

二、传统微纳光子学课程教学存在的问题

作为一门重要的交叉学科，微纳光子学课程的设立有利于学生建立包括物理学、材料科学、电子工程、光学等多学科领域的交叉知识体系，对培养科技人才至关重要。然而，相关调研发现，传统微纳光子学课程教学存在一系列教育问题。

（一）教学内容滞后于微纳光子学理论和技术的发展

微纳光子学是一个不断发展和演进的前沿领域，新的高性能光学材料、高效率光学器件和更便捷的微纳结构制备技术不断涌现，衍生出新的光与物质相互作用的理论和科学问题。例如，早期的微纳光学材料多为无机半导体，后来有机微纳光功能材料出现在人类视野中，而近几年以过渡金属硫化物、金属卤化物和金屬氧化物为代表的二维材料家族因其独特的光学性质得到国内外研究人员的关注。因此，传统微纳光子学课程往往难以跟上这一领域的最新进展，使得教材和课程内容很快过时、滞后。

（二）跨学科性质使学生望而却步

微纳光子学涉及复杂的电磁场理论、波动光学、激光原理和微纳米结构的设计，要求学生具备多个学科领域的知识，包括物理学、材料科学、电子工程和光学等。跨学科性质使得课程设计和教学变得更加复杂，学生需要花更多的时间学习和理解这些不同领域的知识，容易产生畏难情绪。

（三）纯汉语教学模式不利于培养具备国际竞争力的科技人才

作为全球性的研究领域，微纳光子学吸引了不同国家和文化背景的研究人员。相关的国际学术论文和会议涉及很多专业英语词汇，纯汉语教学可能会减少学生信息获取渠道，不利于培养学生获取英语文献、国际期刊和全球信息的能力，进而妨碍他们对最新国际研究的了解。同时，学生可能会因为英语不流利，缺乏与国际同行互动的机会，无法掌握跨文化交流和合作能力，在国际竞争中失去竞争力。

（四）知识点与实际应用结合不够紧密

传统微纳光子学课程过于侧重光子学的抽象理论知识，如波导理论、激光原理、光子晶体带隙等，而忽略了实际案例研究或项目以展示微纳光子学如何应用于实际，导致学生可能不清楚微纳光子学在行业、科研或社会中的实际应用。此外，微纳光子学需要实验技能，但传统课程缺乏实验室时间或实验项目，学生缺少获得实际操作经验的机会，不利于将理论知识转化为实际技能，限制其发展成创新型科技人才。

三、微纳光子学课程教学改革及实践

（一）教学内容紧跟研究前沿

传统微纳光子学的教学内容包括微纳光子学基础、微纳光纤及光波导、光学微腔及微纳激光器、表面等离子体、微纳材料制备、微纳光子学器件加工技术等部分。然而，微纳光子学的研究领域发展迅速，教师应时刻关注领域内的最新进展，以及新的理论和实验结果，每学年至少进行一次审查和更新课程内容，以确保课程知识与前沿研究保持同步，帮助学生接触到最新的知识和发展趋势。此外，在教学内容方面，教师可以增加“微纳米光子学前沿讨论”这一章节，重点介绍最新的研究成果。在教材方面，除了传统的微纳光子学相关书籍之外，教师应引入灵活的教材，如开源教材、在线资源和数字教育工具等，以便实时更新内容，及时反映领域的变化。

（二）促进跨学科合作

基于微纳光子学学术交叉的特点，高校设立跨学科微纳光子学授课团队，以促进不同学科领域的交流合作，助力学生从多个角度了解微纳光子学。例如，在讲解量子点时，不同学科教师可以联合授课，材料学教师侧重量子点的可控制备，光学教师讲解量子点的光学性质，生物学教师则展示如何将量子点与生物分子结合成一种高亮度且稳定的荧光探针应用于生物成像。这种跨学科合作不仅可以满足不同学生的需求，降低学习门槛，还可以鼓励学生跨足多个领域，为学生深入研究提供机会。

（三）进行双语授课

为了培养具备国际竞争力的科技人才，教师可以在汉语授课基础上引入英语授课，但是不能急于求成进行全英文授课。鉴于跨学科高门槛的课程性质，全英文授课会影响学生对复杂知识的吸收，反而不利于学生能力的提高。因此，教师可以进行双语授课。在汉语环境下，学生更易接收新的课程内容，专有名词和专业技术则需要配上英语词汇，提高学生英语科技术语和文献阅读能力。例如，在讲授激光原理的章节时，教师可以使用一些在日常英语交流中不常用的专业词汇，包括激光器、粒子数反转、谐振腔、Q因子、模间距等，使学生在国际竞争中更具吸引力，也更容易获得国际奖学金、交换项目和国际实习机会，提高国际竞争力。

（四）构建多方位的实践教学体系

创新实践能力是学生综合素质的重要体现，也是衡量高等教育人才培养质量的重要指标。然而，传统微纳光子学课程的基础知识教学与实践教学仍处于分离状态，将实践训练融入理论学习过程，是提高教学效率的重点和难点。微纳光子学采用实验室实践验证和实际案例研究构建多方位的实践教学体系，教师应鼓励并引导学生亲自进行微纳光子学领域的实验，将课堂上的理论知识具体化。例如，在讲授微纳材料章节时，教师可以带领学生进入微纳器件实验室，指导学生尝试制备不同形貌的微纳结构；在讲授激光原理章节时，教师可以向学生展示不同类型的激光器，并在保证安全的前提下鼓励学生自己动手调节光路，成功使激光准直进入显微镜。另外，在理论教学中，教师应引入微纳光子学在通信、生物医学、能源和传感等领域的实际案例研究，以展示微纳光子学的应用价值。

（五）加强教师与前沿科研的联系

首先，教师要持续关注微纳光子学领域的最新研究进展，通过订阅相关学术论文，積极参与微纳光子学领域的学术会议，与微纳光子学领域的研究人员交流学习等方式，持续不断地提高自己的专业知识。其次，教师要加强与其他学科领域的研究团队合作。最后，教师可以尝试科研导向的教学，将科研成果融入教学，以提供更丰富的教育经验，激发学生的科研兴趣，促使学生深入了解微纳光子学。

（六）优化课程考核方式

课程考核不仅能调动学生的学习积极性，考查学生的学习成果，而且是检验教师教学成果和教学改革的重要手段。微纳光子学打破传统的一张试卷评定成绩的模式，采用40%的平时成绩和60%的期末成绩的考核方式。

一方面，教师要优化平时成绩的考核方式，加大教学过程的考查比重，将课程考核贯穿整个教学环节，如课堂表现、小组讨论、课后作业、是否自主学习等，尤其注重学生基础知识掌握后，对前沿的光子学研究热点的创新性思考和实践性应用。

另一方面，教师要优化期末考试方式，采用开放式报告方式，由学生自行选择微纳光子学内容相关的课题，进行20分钟的口头报告，内容涉及该课题的研究背景、科学问题、当前进展、未来挑战等，并鼓励学生用英语汇报，全面评估学生的知识和技能，测试他们解决问题的能力。

四、课程教学改革成果分析

优秀的教学改革实践经得起时间的考验，南京工业大学的研究生课程微纳光子学自2018年设立以来，为微纳光子学领域培养出多名具有国际竞争力的科技人才。

（一）提高教育质量

教师通过引入多层次、多学科合作，多语言的教学模式和多样化的考核方式，使微纳光子学课程的教学更有层次性和引导性，学生更积极地参与课堂互动，光子学知识吸收快，记忆牢，并在期末考核和实践项目中取得更好的成绩。微纳光子学课程自授课以来，年年获得学生的一致好评，获得很高的满意度。

（二）促进创新和研究

有效的教学改革必然会激发学生的创新和研究兴趣，在各种微纳光子学和跨学科前沿研究实际案例的影响下，学生对此领域的研究充满了好奇和向往。例如，多名学习本课程的研究生，在后续的实验室微纳光子学研究中展现出较高的创新实践能力，发表了高质量国际学术论文，在毕业时荣获“校优秀毕业生”称号。

（三）推动微纳光子学领域发展

在科技人才培养模式下，微纳光子学课程的教学改革对微纳光子学领域的学术研究产生积极影响，帮助学生掌握多学科的前沿知识，培养学生的创新实践思维，有利于学生创新性地、创造性地参与科研项目，发表研究论文，推动该领域的发展和创新。

五、结语

微纳光子学领域的前沿科研、科技创新对推动社会进步和改善生活质量至关重要，教师必须不断改进微纳光子学课程，建立一套完整的理论教学和实践教学系统，培养更多具备前沿知识、实践技能和国际视野的科技人才，为微纳光子学领域的未来作贡献。

参考文献：

[1]相雪.科研院所创新型青年科技人才培养策略探究[J].人才资源开发，2023（6）.

[2]李翔宇.全面提高高校人才自主培养质量：价值意蕴、理论内涵与发展进路[J].航海教育研究，2023（3）.

[3]赵凯，王俊生，董建红.基于“专创融合”的微纳光子集成课程教学探讨[J].科教文汇，2022（23）.

[4]李涛，祝世宁.微纳光学[J].科学观察，2022（2）.

[5]王涛，胡晓会，卜久贺.产教融合背景下“水污染控制工程”课程教改实践[J].环境教育，2023（9）.

[6]李巧红.机械电子工程专业“控制工程基础”课程[J].工业和信息化教育，2023（8）.

基金项目：南京工业大学2023年校级教改课题“实践导向下的课程优化与创新研究”，项目编号：20230197。