课程思政示范课展示月 | 《非线性光学》教学案例

编者按

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· 课程名称：非线性光学

· 课程性质：专业核心课

· 教学对象：电子科学与技术（光电子）专业三年级本科生

· 总学时：48学时

· 主讲人：钟凯

· 所在学院：精仪学院

（一）总体思路

在“非线性光学”课程中，立足于课程本身的前沿性、基础性、对科技前沿和重大需求的支撑性，充分考虑三年级本科生具有一定的物理基础但专业知识较为匮乏、喜欢学习探索新事物、参与实践活动的积极性高的群体特点，本课程开展课程思政教学重点聚焦培养学生的家国情怀、国际视野、专业认同感和求知欲。

为了在基础理论性课程中实现良好课程思政教学效果，我们将新工科“天大行动”的三问精神与课程思政的指导思想有机结合，问技术发展该内容，问学生志趣变方法，问内外资源创条件，将课程思政教学内容以潜移默化的形式融入专业知识教学。具体实现方法如下：

（1）在讲授各种非线性光学效应基本原理、规律及应用时，注重新老知识的融合，通过清晰的科学发展脉络展现非线性光学知识体系的演变过程，摆脱书本内容的限制，将最新的国际前沿知识融入课堂教学，增强学生的求知欲，拓展其国际视野；

（2）注重培养学生的学习兴趣，在讲授非线性光学理论知识过程中，加强相关背景及发展历程的教育，融入与生活相关甚至对人类社会形成重大影响的非线性光学应用案例，介绍非线性光学发展史上相关的数十项诺贝尔奖，增强学生的专业认同感和自豪感；

（3）充分挖掘与非线性光学相关的课程思政资源，如该领域的国之重器、本专业培养的杰出科学家（姚建铨院士、李儒新院士、王清月教授等）典型案例以及非线性光学技术对我国科技和产业发展提供的重要支撑实例，培养学生的家国情怀及自强不息的奋斗精神。

在考核评价中，通过学生的课堂表现、课后作业、课程设计及期末考试进行综合评价，提升平时成绩比例至30%，通过课堂内外多种方式畅通与学生交流的途径，实现学生对教学内容尤其是思政内容的及时反馈与评价，以评促教，以评促改，促进课程思政教学效果的不断提升。

（一）案例名称

我国独步世界的深紫外非线性晶体技术

（二）案例教学目标

知识层面，掌握BBO、LBO、KBBF等紫外非线性晶体所属的晶体类型、物理特性、主要功能及应用方式；能力层面，具备利用上述非线性晶体设计紫外激光器并设计晶体相位匹配条件的能力；情感层面，了解我国在深紫外非线性晶体技术方面的领先技术、垄断优势、由此实现的先进重大科学仪器及对相关领域科学发展的带动作用，激发学生的家国情怀、专业认同感和自豪感，树立投身激光行业报效祖国的决心。

（三）案例教学实施过程

本案例基于此前的学习内容，归纳紫外波段非线性光学晶体材料的一般要求，介绍BBO、LBO、KBBF等几种典型“中国牌”紫外非线性晶体的发展历程、材料特性、功能及应用方式，教学重点及难点在于上述几种材料的相位匹配角度计算。其中，以KBBF晶体为切入点引入思政教育内容，讲授我国在深紫外非线性晶体技术方面的国际领先地位和取得的重大成就，激发学生的家国情怀、专业认同感和自豪感。本案例的教学时长约为25分钟。

在课程思政与专业教学内容的结合上，由工业、科研等各领域对紫外激光器的重大需求出发，引出科学家在紫外激光技术方面的追求目标——实现更短的激光波长。虽然BBO、LBO晶体在紫外波段具有很好的性能，但受限于透光范围无法将激光的频率进一步延伸至200nm以下。直到上世纪90年代，我国研究团队在国际上首先生长出大尺寸KBBF晶体，该晶体能够将常见的近红外激光转化为史无前例的176nm波长深紫外激光，从而实现深紫外固体激光器，这在国际上引起巨大反响。

在财政部专项资金的支持下，我国突破了四元相图和局域自发成核生长等技术，实现了高质量大尺寸KBBF晶体，发明了该晶体的特殊使用技术—棱镜耦合器件（获中、美、日发明专利），突破了波长非线性调控和光束指向精确补偿等技术，研制成功8种国际首创深紫外全固态激光源，使我国成为世界上唯一能掌握精密化、实用化深紫外激光技术的国家。在深紫外固体激光器基础上，我国组织优势力量，研制成功深紫外拉曼光谱仪、深紫外光电子发射显微镜、深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪、基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪、光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪8种国际首创的深紫外前沿装备，在高温超导、催化反应、石墨烯、拓扑绝缘体和超宽禁带半导体等前沿科学研究领域中不断取得重要的先进成果，已有近百篇论文发表于Nature及子刊等国际顶级期刊，不断推动相关科学仪器行业的科技进步，创建了新的科技前沿。

我国独创的KBBF晶体及研制的深紫外激光装备

英国《Nature》杂志刊文报道中国在深紫外激光

晶体领域的垄断地位

2009年，我国意识到KBBF晶体的重大战略意义，随即停止对外出口，并不再对国外进行技术交流和内容展示。换言之，我们的KBBF晶体对国外实现了长期的技术封锁。英国《Nature》杂志曾刊文“China’s crystal cache”报道中国在深紫外非线性晶体领域的垄断地位。直到2019年5月，美国APC公司才打破我国的垄断，并对外宣称“我们终于突破了中国人的技术封锁，掌握了KBBF单晶制备工艺”。

在我国高端仪器设备屡屡受到国外“卡脖子”的现状下，我国在深紫外激光技术领域却已形成“材料－器件－装备－科学研究”完整创新链，成为自主研发高精尖仪器的成功范例。在课堂讲授过程结束后，通过组织分组讨论KBBF的应用案例，使学生进一步深入了解深紫外非线性晶体材料及发展情况，激发学生的家国情怀、专业认同感和自豪感。同时，结合热门时政问题，布置课后作业“高端极紫外光刻机”，以目前我国面临的重大困难供学生进行调研及反思，促使其树立投身激光行业报效祖国的决心。

（四）案例教学效果及反思

1. 教学效果

该教学案例包含课堂讲授、分组讨论及课后调研汇报等多种形式，将非线性晶体相位匹配原理、晶体材料基础知识、深紫外激光器等专业知识与我国在该领域取得的重大成就及面临的困难联系起来，在学生中引起了强烈共鸣，大家在课堂讨论中参与度很高。根据课堂讨论及课后调研情况可以判断，大家对专业知识的掌握成都良好，同时也充分认识到本课程的重要意义，理解本课程对国家战略新型行业和高端仪器装备的支撑作用。因此，本教学案例很好地激发了学生的学习兴趣，增强了投身本专业科学研究及工程应用的信心和决心，实现了课程思政教学目标。

2. 思政教学反思

（1）课程思政教学评价体系还需要完善。教学评价需一方面要坚持人才培养效果这一首要标准，另一方面也应当服从价值塑造、能力培养、知识传授三位一体的教学目标，但目前本教学案例与上述两点的结合度还不够紧密，尤其是在学生能力培养及效果方面的考虑有所欠缺，今后应当有针对性地改进。

（2）课程思政教学手段和方法亟待创新。虽然在教学中采用了课堂讲授、分组讨论、课后调研等多种形式，但实际操作中还过于死板，灵活性不够，师生互动还需要加强，课程思政资源也应当进一步挖掘和丰富。

图文来源：钟凯

图文编辑：王敏

图文审核：刘洁、张娉婷、杨佳佳