應用物理學專業(yè)拔尖人才培養(yǎng)方案的研究與實踐

高瑋 朱智涵 姬廣舉

摘 要：為響應教育部倡導的基礎學科拔尖人才培養(yǎng)計劃（珠峰計劃），哈爾濱理工大學依托理學院物理系實施強基計劃，成立應用物理學專業(yè)“王大珩精英實驗班”。文章從培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、課程體系和科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面介紹了應用物理學專業(yè)拔尖人才培養(yǎng)方案的設計思想與實踐效果。

關鍵詞：應用物理學;拔尖人才;培養(yǎng)方案

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2021）09-0068-02

應用物理學是將物理學的原理、方法應用于相關科學技術領域的應用型學科。20世紀80年代，面對現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展，物理學單一的基礎型人才培養(yǎng)模式已不能適應社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，物理學人才的培養(yǎng)必須拓寬服務面向。在這種背景下，中國科學技術大學、清華大學、大連理工大學以及哈爾濱理工大學等一批高校最早開設了應用物理學專業(yè)，旨在培養(yǎng)適應時代要求和高新技術發(fā)展需要的物理學應用型人才。筆者所在的哈爾濱理工大學應用物理學專業(yè)始建于1978年，創(chuàng)始人為我國光學奠基人、哈爾濱科技大學校長王大珩院士，哈爾濱理工大學是我國最早開設該專業(yè)的高校之一。應用物理學專業(yè)是根據(jù)工科院校辦理科專業(yè)，以理為主，理工結(jié)合的精神而設置的。

根據(jù)哈爾濱理工大學“十三五”規(guī)劃確立的“做精理科”的指導思想，2017年物理系引進全職特聘教授3人，其中1人為非華裔外籍教授，柔性引進兼職教授4人，其中包含中科院院士（雙聘）1人，國家杰青、國家優(yōu)青各1人，大幅度提高了教師的科研實力。另外，學校投資建設國際化協(xié)同創(chuàng)新中心，并獲批省重點實驗室，提升了物理系科研平臺層次。在這一背景下，為響應教育部倡導的基礎學科拔尖人才培養(yǎng)計劃（珠峰計劃），2017年 9月哈爾濱理工大學在應用物理學、光電信息科學與工程和材料物理專業(yè)，經(jīng)過學生申請、專家面試篩選出20名學生組建實體化拔尖人才實驗班，命名為“王大珩精英實驗班”，簡稱“大珩班”，專業(yè)為應用物理學。該舉措有望為學校跨越式發(fā)展提供后備領軍人才，開辟哈爾濱理工大學精英人才培養(yǎng)新途徑，打造獨樹一幟、具有哈爾濱理工大學特色的人才培養(yǎng)新模式，對于加速培養(yǎng)本土物理精英人才具有重要的戰(zhàn)略意義。

因此，以學校人才培養(yǎng)思想和教指委專業(yè)規(guī)范為指導，借鑒其他院校拔尖人才培養(yǎng)模式與方案[1-5]，聘請清華大學、中國科學技術大學、南京大學等拔尖人才培養(yǎng)基地的教授審核，形成應用物理學專業(yè)“大珩班”培養(yǎng)方案，以期為基礎學科拔尖人才培養(yǎng)方案的制定提供參考。

一、培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求

依據(jù)教育部公布的“六個卓越一個拔尖”2.0版本的核心思想、“普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準”和哈爾濱理工大學本科人才培養(yǎng)方案指導意見，秉承“崇尚實踐，亦能亦德”的教育理念，樹立“以學生為中心、產(chǎn)出導向、持續(xù)改進”的教學理念，堅持厚基礎、強實踐、勇創(chuàng)新、有責任的本科人才培養(yǎng)總目標原則，著力培養(yǎng)具有人文素養(yǎng)、科學精神、創(chuàng)新能力、寬廣視野的基礎研究型、復合型人才，結(jié)合拔尖創(chuàng)新人才的特點與要求，制定了本專業(yè)培養(yǎng)目標。具體為：基于“厚基礎、重實踐、強創(chuàng)新”的基本理念，培養(yǎng)具有扎實的數(shù)學物理基礎，良好的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，未來活躍在物理及相關研究領域的學術研究型拔尖人才。

畢業(yè)生主要應獲得以下幾方面的知識和能力：具有良好的人文素養(yǎng)和職業(yè)道德、較強的社會責任感;系統(tǒng)掌握數(shù)學、計算機等方面的基本原理、基本知識;掌握堅實的物理學基礎理論，廣泛的應用物理知識、基本實驗方法和技能;掌握資料查詢、文獻檢索及運用現(xiàn)代信息技術獲取最新參考文獻的基本方法;了解物理學的理論前沿、應用前景和最新發(fā)展動態(tài);具備運用物理學的研究方法進行科學研究、技術創(chuàng)新的工作能力;具有針對特定科學問題設計解決方案，歸納、整理、分析數(shù)據(jù)，撰寫論文，參與學術交流的能力;掌握一門外語，能熟練閱讀本專業(yè)外文文獻資料，可進行跨文化環(huán)境的交流。

二、課程體系基本框架

本專業(yè)課程體系內(nèi)容完全涵蓋了專業(yè)規(guī)范所要求的專業(yè)基本知識體系（7個專業(yè)基礎知識領域，23個核心知識單元），結(jié)合拔尖人才的特點與要求，經(jīng)過對培養(yǎng)目標的分析與論證，充分考慮了課程對畢業(yè)要求的支撐，形成了本課程體系。

課程設置主要包括：自然科學類課程、人文社科經(jīng)管類課程、專業(yè)基礎類課程、科研基礎與實訓類課程、專業(yè)模塊選修類課程，以及一般實踐類課程。本方案的課程設置情況具體如下。課程數(shù)量：通識課23門，專業(yè)核心課14門，專業(yè)選修課8門，實踐環(huán)節(jié)13門，共計58門。學分情況：通識課75.5學分，專業(yè)核心課46學分，專業(yè)選修課15.5學分，實踐環(huán)節(jié)38學分，共計175學分。學時情況：通識課1 270學時，專業(yè)核心課744學時，專業(yè)選修課310學時，共計2 324學時。

三、專業(yè)課程設置與特色

為了突出大珩班“厚基礎、重實踐、強創(chuàng)新”的專業(yè)特色，物理專業(yè)基礎課占較大比重，普通物理類和理論物理類課程設置為60～80學時，數(shù)學類課程學時也高于普通班10～20學時，這樣便于師生在課堂上有充足的時間進行互動、討論、翻轉(zhuǎn)和案例教學;在實驗、實踐教學方面，加大了實驗、實踐學時比重，以強化對學生實踐能力的培養(yǎng)，并選拔優(yōu)秀實驗教師集中為“大珩班”學生上課，增加設計性和綜合性實驗，在動手能力培養(yǎng)、誤差理論和數(shù)據(jù)處理等基本技能訓練方面給予專門指導;在培養(yǎng)學生科研創(chuàng)新能力方面，將普通班“專業(yè)平臺課+專業(yè)方向課”調(diào)整為“科研基礎課+科研實訓課+專業(yè)模塊選修課”，這樣既能夠契合學術研究型拔尖人才的培養(yǎng)目標，也能夠更加有效地引導學生參與科研活動，較為系統(tǒng)地進行科研訓練，培養(yǎng)學生的科研能力。科研基礎課包括計算物理學、物理學前沿進展、科研方法導論和物理學史，培養(yǎng)學生基本科研素質(zhì)和方法論，掌握必備的計算物理模型和數(shù)值分析方法，了解學術前沿和物理學史，激發(fā)學生對物理基礎研究的興趣，為科研實戰(zhàn)奠定基礎。科研實訓課包括科研訓練、課程實踐、專業(yè)實踐、科研綜合實踐和畢業(yè)設計，由淺入深，逐步提高學生科研實踐能力，結(jié)合課題組科研項目研究或?qū)W科競賽訓練，提升學生創(chuàng)新能力。這樣，既從理論上系統(tǒng)培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，又從實踐上鍛煉學生的科研能力，促進學生科研實踐與創(chuàng)新能力的提升以及理論與實踐的融合。專業(yè)模塊任選課包括光學、凝聚態(tài)物理、理論物理等方向課程，不限定具體方向，寬口徑培養(yǎng)，開拓學生知識面，培養(yǎng)學生交叉學科的科研創(chuàng)新能力。

在專業(yè)模塊任選課里設置“本碩貫通”課程，如非線性光學、激光原理與應用、信息光學和凝聚態(tài)物理導論等，從而實施“本碩貫通”培養(yǎng)計劃。進入“本碩貫通”計劃的學生可提前學習專業(yè)課程，同時獲得專業(yè)選修課程學分和研究生課程學分，使研究生學習期間有更多時間和精力從事科學研究，為進入碩博連讀階段奠定基礎。

四、實踐效果

目前，2017級“大珩班”學生已完成專業(yè)基礎類課程、科研基礎和實訓類課程及大部分選修和實踐類課程。其中，本碩貫通課程信息光學由物理系全職非華裔外籍教授全英文講授，非線性光學和物理學前沿進展由哈爾濱理工大學柔性引進人才、國家杰青、中國科學技術大學教授團隊講授，科研方法導論由青年學術精英、特聘教授講授。數(shù)學類課程由一位學術水平較高、教學經(jīng)驗豐富的教授貫穿講解高等數(shù)學、線性代數(shù)和概率論與數(shù)理統(tǒng)計，這樣能夠節(jié)省學時，避免重復，便于學生融會貫通，另外，也嘗試了該教授主講一輪物理類專業(yè)重要專業(yè)基礎課——數(shù)學物理方法，便于在講授數(shù)學知識的同時滲透一些物理思想，學生反響較好。其他專業(yè)課程也是選拔有豐富教學經(jīng)驗的老教授，或者在學術領域有較深造詣，而且熱衷教學的科研精英擔任主講教師。經(jīng)過三年的實踐，這屆學生的綜合素質(zhì)受到任課教師的普遍認可，目前學生已進入科研團隊，部分學生已完成一些科研小項目，1名學生在2019年中國光學學會學術大會作口頭報告，受到與會專家的好評，并受邀到中國科學技術大學中科院量子信息重點實驗室進行學術交流;2名學生以第一作者身份發(fā)表SCI檢索論文，其中1篇文章發(fā)表在物理界權威期刊Physics Review A 上，其他學生論文還在完善過程中;多名學生參與數(shù)學建模競賽、大學生光電競賽等各類學科競賽，獲得省級二等獎以上獎項6項。

五、結(jié)語

總之，應用物理學“大珩班”培養(yǎng)方案和普通班相比，在培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求方面，更加強調(diào)學生學術創(chuàng)新能力的培養(yǎng);在課程體系方面，增加了數(shù)學類和專業(yè)基礎類課程的學時，將普通班“專業(yè)平臺課+專業(yè)方向課”調(diào)整為“科研基礎課+科研實訓課+專業(yè)模塊選修課”，并在專業(yè)選修課里設置了本碩貫通課程，這些針對拔尖人才培養(yǎng)的特色設計在實踐中已取得階段性成果，為其他專業(yè)拔尖人才培養(yǎng)方案的制定提供了借鑒和參考。

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