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纳米材料与技术国际实验班探索与实践

摘要：纳米材料与技术是21世纪科学技术前沿的代表领域之一，有望引发下一场科技革命。目前，中国高校在全面推进“双一流建设”和“一流本科教育建设”的背景下，正在聚焦如何提高人才培养质量和办学水平，特别是如何培养同时具有扎实专业知识和宽广国际视野的高素质、拔尖创新型人才。为实现中国一流大学与世界一流大学的接轨，开展纳米材料与技术国际实验班，建设具有新理念、新结构、新体系、新质量、新模式的新工科，建立纳米材料与技术专业国际化人才教育体系，成为南京理工大学高等教育国际化中的关键环节，为推进学校国际化示范学院的建立提供保障。

关键词：纳米材料与技术；人才教育体系；国际化；

0 引言

在“中国制造2025”战略中，新材料是重点发展的十大领域之一，特别强调要“做好纳米材料等战略前沿材料的提前布局和研制”。近年来，纳米材料与纳米技术的进步有力地支撑了多种高科技行业的快速发展，成为这些领域最重要的技术基础，已经成为现代高技术领域发展的重要物质和技术基础，被视作现代高新技术重要标志[1]。

我校纳米材料与技术专业是2010年教育部批准的首批新兴战略产业专业，于2011年正式招生。2011年获批江苏省高等学校实验教学示范中心，2012年获江苏省高等学校本科重点专业类（材料类）建设支持， 2015年通过了江苏省普通高等学校学士学位授权专业审核，2021年入选江苏省一流本科专业建设点，专业紧密围绕国家纳米产业、微纳米技术行业对国际化复合型人才的需求，以“重基础、宽口径、国际化”为指导，培养理论基础扎实，实践能力强的研究和应用型复合人才。

2018年 3月，教育部办公厅在公布首批“新工科”研究与实践项目时指出：“新工科”建设是主动应对新一轮科技革命与产业变革的战略行动，新技术、新产业、国家重大战略、产业转型升级和新旧动能转换、国家硬实力和国际竞争力的提升均呼唤“新工科”建设。特别指出“加快培养新兴领域工程科技人才，主动布局未来战略必争领域人才培养”[2]。然而，原有根据行业特点为主的材料类人才培养模式，已不能满足以前瞻性、创新性、交叉性和前沿性为特征的高层次新材料创新人才培养需要。我国关键核心技术领域对新材料创新人才的需求与当前人才培养乏力之间的矛盾不断加深。在此背景下，南京理工大学经过充分调研开展纳米材料与技术国际实验班，建立纳米材料与技术专业国际化人才教育体系。利用本专业现有的国际化前沿研究平台，开展“研究-教学相长”转化实践，增加多学科交叉课程，培养具有国际化视野，国际化专业素养，国际化就业竞争力和国际化人才综合素养的具有创新、创业潜质与能力的拔尖青年人才。这一举措面向未来战略性新兴产业的需求，力求引领并支撑新兴产业的蓬勃发展。

1 纳米材料与技术国际实验班人才培养模式优化

随着 5G与物联网、大数据时代的来临，纳米材料科学与技术是当今世界最活跃、最具创新精神的多学科交叉领域之一。因此，纳米材料与技术专业的主要特点，便是多学科交叉、多行业共融，例如材料、能源、环保、光电子、微电子、生物医药等诸多领域都有纳米材料的身影，因此纳米材料专业的人才培养，不仅要求学生具备宽广的国际视野和扎实的专业知识，同时也必须具备独立设计并完成实验的能力，以及包容严密的思维模式[3]。

1.1 中外学术交流

基于国家级国际联合研究中心和111创新引智基地等国际合作平台，开展多种形式的国际交流与合作。通过举办学术会议、知名学者来校交流、学生派出、教师进修参会等方式拓展多渠道学术交流，与美、德、英等国家著名学府开展广泛国际交流合作并进行学生联合培养。举办高水平国际学术会议：例如格莱特材料前沿国际研讨会，纳米异构材料国际研讨会，全国非晶态物理与材料学术研讨会，计算材料与机器学习国际研讨会等；邀请国际知名学者来校交流；依托国际化办学平台，双方教师积极开展合作研究；多种渠道资助学生出国学术交流以及学生赴境外知名高校游学，营造与国际接轨的浓郁学术氛围，让学生充分了解国际学术前沿，开拓国际视野。

1.2 国际化人才培养

建立符合国家教育部人才培养体系，创新人才培养模式，提高教育教学水平和人才培养质量。依托本专业的国际合作平台，充分利用Hebert Gleiter院士、Harald Fuchs院士、Horst Hahn院士等杰出学者领衔的国际化师资，进一步增加全英文课程比例；拓展与卡尔斯鲁厄理工学院和明斯特大学的合作办学；利用好格莱特材料国际前沿研讨会及暑期学校，增强学生的国际化视野。对接国际标杆学校，构建国际化人才培养新方案，强化工程基础和人文基础教育，使用国际主流教材，建设高质量的慕课课程，实现专业课程国际化；构建全英语教学模式，实行点-线-面全员育人机制。扩大国际化办学的受益面，提升专业办学水平与吸引力。

构建本硕博贯通的人才培养模式；拓展联合办学模式，促进学生国际化培养；推行小班化、分类分组团队化教学组织模式，按照理论、习题、实践等不同课程属性，分类分组实施小班化教学，重视培养学生团队合作、综合分析和解决工程实际问题的能力；开展多种形式的学生互访、交换/实习项目。

2 纳米材料与技术国际实验班专业课程教学体系建设

纳米材料与技术专业不同于传统材料专业的特点就是纳米技术的发展一日千里，而课程教学的内容相对滞后。如何解决课本知识与实际需求之间的“时差”，是纳米材料与技术国际实验班课堂教学体系改革的关键[4]。本专业教师相继走访了多所国内高校，通过与兄弟院校的交流学习，借鉴兄弟院校特色课程及教学模式，我们针对教学大纲及课程教学体系进行了改革与优化。

2.1 国际化师资队伍。

    南京理工大学材料科学与工程学院为了配合国际化人才培养计划，拓展学生的国际视野，培养通晓国际规则、参与国际竞争能力，组建了一支德国院士领衔、以中外中青年骨干教师为主体的国际化教学、管理团队，为国际化办学提供了坚实的师资保障，同时也在一定程度上为组建国际化教学、管理团队提供了借鉴，具有示范性。组建由Hahn、Fuchs 、Gleiter等德国科学院院士领衔的国际化师资团队。2012年，引进国际纳米晶材料创始人德国科学院院士Herbert Gleiter教授、Horst Hahn教授、Harald Fuchs教授的学术团队共建南京理工大学格莱特纳米科技研究所，7名德籍教师常年在校授课，具有多年海外留学经验的青年教授为主体的助教团队，组成“PI+青年教授”的结构合理、实力雄厚的国际化师资队伍。

2.2 面向本专业学生开设与国际接轨的全英文课程体系。

多种渠道挖掘国际师资资源，开设了外籍教师授课的全英文课程、青年教师授课的外语专业课程、双语专业课程等多种课程模式，并引进国外优秀教材，编写外文讲义，建成了30余门外语课程，建立了纳米材料前沿交叉融合国际化课程群，如图1所示，实现了专业英文课程的全覆盖，建成了全英文专业。例如与德国卡尔斯鲁厄理工学院等院校合作开设国际课程，Horst Hahn院士和Harald Fuchs院士分别主讲《非晶材料：制备、结构表征与性能》，《纳米科学概述》等课程；洛桑联邦综合技术大学Gaulthier Rydzek教授和IN Martin教授分别主讲《电化学：从基础到先进功能材料》，《软物质凝聚态应用物理化学》，以及中外授课教师合作开设的《材料科学数值方法》，《纳米金属材料制备》，《纳米材料力学行为》，《走向世界：评估科学技术中的道德与责任》等全英文课程。

图1 课程群体系构成关系图

3 强化纳米材料与技术国际实验班的实践教学

纳米材料与技术专业不同于传统材料专业的第三个特点就是纳米材料相关技术的实践性很强[5]，但所需设备通常较为昂贵且复杂，同时纳米材料与实际器件之间还有很远的距离，学生难以将课堂所学知识与实际生产、科研问题联系起来。

针对这一特点，本国际实验班通过三类实验的整合与优化，构筑了适用于纳米材料与技术专业的实验教学体系。第一类实验为通识课实验，如大学物理实验、电工学实验等，这类实验主要培养学生的基本实验技能；第二类实验为专业基础实验，如材料科学基础实验、材料物理化学实验、纳米材料基础实验等，这类实验主要培养学生对于纳米材料制备、表征的直观认识，同时让学生认识到纳米材料与实际器件之间的巨大差距，以及为了制备器件需要的各种知识与技能；第三类实验为学校为学生设立的科研训练实验，这类实验鼓励学生自主选择感兴趣研究方向的老师，根据老师提出的研究课题，查阅文献、设计方案，最终训练学生独立从事科研、生产的能力。通过科研训练实验的进行，对相关纳米材料的特点及设计、装配工艺流程有充分的了解。同时如果学生对于科研训练相关内容仍感兴趣，还可以选择开放实验继续进行研究，最终作为最后的毕业设计课题。

通过三类实验的学习与操作，通过本课程的学习，使学生掌握基本的材料科学实验技能，了解材料组织、结构与材料性能之间的关系，建立系统全面的材料成分-工艺-结构-性能理论体系，培养学生具有实验动手操作和结果分析的能力，培养学生具备团队任务分解、合作沟通的能力，培养学生具有独立思考和批判思维、发散拓展思维的能力，培养学生学会应用基础原理，并学会资料检索方法，应用文献分析研究复杂工程问题的能力。在教学中注重培养学生扎实的基础理论，强调知识、素质、能力的培养紧密结合，做到与时俱进，使纳米材料与技术国际实验班的建设和教育教学质量迈上新台阶，实现理论基础扎实，实践能力强的研究和应用型国际化复合人才的培养。

4 结语

本文以纳米材料与技术国际实验班人才培养体系改革为目标，介绍了本专业在人才培养方案、课堂教学体系以及实践教学环节进行探索和实践的主要内容。通过人才培养方案的改革，纳米材料与技术国际实验班的学生将具备较强的家国情怀、良好的人文社科素养及职业道德，掌握纳米材料基础理论和专业知识，精通岗位业务，具备工程实践、分析和解决工程问题的能力。与此同时，能够在纳米材料等相关领域，独立从事科学研究、技术开发、工艺设计和生产管理等工作，并具有良好的团队合作意识、组织沟通能力和终身学习能力。作为应用型专门人才，可以适应社会发展及跨文化交流的需求，并解决本专业的复杂工程问题。

参考文献：
［1］齐俊杰.“新基建”推动纳米材料科学与技术前沿课程教学改革［J］.中国冶金教育，2020(6):36-38.

［2］杨阳,王穗东.ABET认证与一流本科专业建设——以苏州大学纳米材料与技术专业为例［J］.科教导刊(下旬),2019(15):6-7.

［3］任聪静，张红，陈丰秋等.高等教育国际化培养模式的创新探索［J］.化工高等教育, 2012(6):4-8.

［4］万里鹰,罗军明.基于研究性教学的互联网+“纳米材料与技术”创新课堂建设与实践［J］.南昌航空大学学报(自然科学版),2018,32(4):105-110.

［5］铁伟伟,朱聪旭,高远浩,等.纳米材料与技术专业应用型人才培养体系建设［J］.广州化工,2018,46(1):182-183-210.