优秀的学生向成就物理学家的方向发展,另外一些学生在奠定深厚物理和数学基础上,涉猎一些交叉课程的接口课程或专门化课程,进行交叉学科的训练,使他们具备从事交叉学科工作的能力。因此,我们以“厚基础、重交叉、促创新、国际化、高素质”的教育理念为引导,提出了以多学科科研训练带动素质教育的策略,以及建立数理为主其他学科为辅的基础课程体系、优化物理学核心课程体系、设立交叉学科的专门化课程模块的课程建设思路,确立了以理论课程体系及实践环节为两个主线,以基础课程、核心课程和专门化课程为三个层次,以学生综合素质与创新能力为核心的人才培养目标的“3-3-1”课程体系方案(见图1)。
理论课建设的指导思想是:第一层次在于浓缩基础物理学内容,强化数学基础,设置通识化专业基础课程和概论课程。第二层次在于优化物理学核心课程内容。第三层次致力于设置物理学和交叉学科专门化课,满足不同兴趣和目标学生的需求。
实践环节建设的指导思想是:第一环节为传统基础物理和近代物理实验,选择设计思想精巧、实验方法典型的实验项目,着重实验的基础知识、基本方法、基本技能的训练。在第二环节,创新性地建设交叉学科实验平台,以学院各专业科研课题为基础,提炼成熟的交叉学科实验,有效整合各专业实验室,构建功能集约、资源优化、开放充分、运作高效的跨专业实验教学平台。第三环节主要是科研实践,完全或部分开放学院科研实验室,开展研究性实验,将科研成果转化为实验教学内容,将科研方法融入实验教学活动,进而促进科研支持实验教学、科研与教学互动、服务人才培养。
新的培养体系必然要求超越传统的理念和教学方法,相应的改革须遵循以下原则:将单纯知识灌输变革为以知识为载体进行能力培
养;在课堂内外更多地加入讨论和辩论的成分,为学生提供提出问题或观点的机会,以及表达、阐述和捍卫观点的能力的培养;加强自主学习能力培养,鼓励学生涉猎更多跨专业知识;加强中外文运用能力的培养,增加双语课甚至全英文授课;贯通交叉科学实验、多学科研究性实验和毕业论文过程,使学生有机会经历比较完整的科研过程,获得科研体验,进一步锻炼创新能立、培养合作精神。
三、跨学科X-物理人才培养体系的实践
在新理念推动下,学院于2011年获批陕西省级“跨学科复合型X-物理学人才培养模式创新实验区”,2012年获批国家“十二五”国家级跨学科X-物理实验教学示范中心和陕西省专业综合改革试点项目。在这些项目的支持下,我们对人才培养体系进行了改革。
1.理论课程体系建设
理论课程体系包括:第一层次为基础课程体系,第二层次为物理学核心课程体系,第三层次为专门化课程体系。
(1)基础课程体系。基础课程体系由传统物理学专业基础课程体系和交叉学科概论课程构成。传统物理学专业基础课程体系将普通物理学科浓缩为“基础物理I-IV”,采用英文原版教材。建成的交叉学科概论课包括化学概论、生物学概论、经济学概论,帮助学生了解这些学科的概况、研究方法,特别是概念和语汇,建立接口。
(2)物理学核心课程体系。物理学专业核心课程体系包括数学物理方法、分析力学、热力学与统计物理学、电动力学、量子力学、固体物理等。这些课程是培养物理专业人才的传统核心课程,是所有学生的必修课程,为后续课程打下坚实的基础。分析力学课程采用Goldstein著的原版教材Classical Mechanics,量子力学课程采用自编英文教材,热力学与统计物理学、量子力学课程采用“课堂主讲+讨论课”的教学模式。
(3)专门化课程体系。专门化课程有物理专门化课程和交叉学科专门化课程组成,已建成的课程如下:
物理专门化课程:高等量子力学,高等统计物理,粒子物理,群论,模拟物理,声学基础,激光原理,量子场论,物理学前沿讲座,科学哲学与物理学史,等等。
交叉学科专门化课程:电介质物理,材料物理,量子化学,非线性动力学导论,神经元兴奋动力学,经济物理,化学物理,超声技术及其应用,声环境概论,MATLAB在物理学中的应用,微机原理,数字电路与实验,单片机原理,等等。
在此专门化课程体系中,学生可按照自己的兴趣和志向,在物理专门化课程和交叉学科专门化课程中选择课程。有志于从事纯物理研究的学生可以重点在物理专门化课程中选课,而愿意在交叉领域拓宽的学生可以重点在交叉学科专门化课程中选课。这些课程的设置旨在奠定学生的跨学科理论知识,破除学科壁垒,实现物理学与相关学科对接,引领学生利用物理学方法解决跨学科学术问题,以活跃学生的学术思想,增加学科交叉意识,提高跨学科创新能力。
2.实践环节建设
实践环节是本课程体系的重要组成部分,以国家级X-物理实验教学示范中心为平台,建设了三个实践环节,第一环节为基础与近代物理实验课程,第二环节为预定交叉学科实验课程,第三环节为科研型实验。
(1)基础和近代物理实验课程。这一环节是传统物理人才的必备环节,学院已有长期的积淀,目前开设了22个力学和热学实验、14个电磁学和光学实验、16个近代物理实验。该环节在于培训学生的基础实验方法和技巧,了解现代物理学的实验方法和技能。
(2)預定交叉学科实验。该环节结合学院科学研究方向,提炼出涵盖材料物理、化学物理、光学材料、环境声学、生物学、非线性科学等交叉领域的13个“预定交叉学科实验”项目。
材料物理实验包括基于异质结型氧化物纳米纤维的气敏传感器特征研究、商用纽扣型锂离子电池组装及其活性材料的原位结构表征、基于新材料的微纳尺度激光的探索实验、材料弛豫时间测量实验等。
化学物理实验包括纳米半导体对有害气体的光催化降解、等离子体化学气相沉积法制备半导体薄膜等。
光学材料实验包括纳米光学全息、氧化物复合材料的光敏-湿敏-气敏特征等。
环境声学实验包括环境噪声测量及声振动分析、声学超材料设计仿真实验研究等。
生物物理实验包括神经元放电行为模拟等。
非线性科学实验包括流行病传播的计算机模拟、螺旋波的斑图动力学等。
该环节旨在进行跨学科领域实验和科研的基本训练,锻炼学生的综合实验能力、团队协作能力、运用物理学的理论和方法进行研究的能力。这部分实验题目来自于学院相关教师的科研课题,是科研促教学的实际体现。
(3)多学科研究型实验。该环节的要义在于鼓励学生综合运用物理学知识与技能,参与科研训练,体会科研过程,激发和培养创新能力的培养。学院建立了专业导师制,学生通过自主选择,以2~3人小组形式进入教授科研实验室进行科研实习,或进行开放性的研究实践。科研实践促使学生初步掌握科学研究的一般步骤和方法,培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。在这一过程中,学生可以与教授课题组内的研究生以及博士生进行经常性的讨论和交流,锻炼他们的总结研究成果的能力,表达、阐述和捍卫自己观点的能力,以及合作精神。此外,学生毕业论文的研究题目可以与上述第二或第三环节的训练和研究内容贯通,使学生可以有充分的时间完成一个比较完整和系统的科研题目。
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[责任编辑:夏鲁惠]