日本高等物理教育近況

何秉然 馬永亮，2

（1名古屋大學物理系，名古屋 464－8602，日本；2吉林大學物理學院，吉林 長春 130012，中國）

基礎科學的建設在整個國家的發(fā)展戰(zhàn)略中處于重要的地位，基礎科學的發(fā)展水平是一個國家綜合實力水平的重要標志.物理學是基礎科學的重要基石，它的發(fā)展強力推動了人類文明的進步.隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高，對基礎科學的發(fā)展水平的重視程度也越來越高，對基礎科學教育的投入力度也在穩(wěn)步加強.因此，對不同國家，尤其是科學發(fā)展水平較高的國家的基礎科學教育方式、方法作一些研究分析，取其精華，將會對我國有效地開展基礎科學教育工作具有很好的借鑒意義.在這一方面，由于同屬于漢字文化圈的日本，在文化、習俗、思維方式上與中國有很多相近、相似之處，借鑒意義更為明顯.同時，在近代歷史上日本迄今為止共產(chǎn)生6位諾貝爾物理學獎得主，這從一個側面反映出日本在高等物理教育的人才培養(yǎng)方面是有其成功之處的.本文以筆者親歷及公開資料為主，將日本高等物理教育的最新狀況向讀者作一簡單介紹.

1 日本基礎物理教育的發(fā)展歷程

現(xiàn)代物理教育在日本的引入始于明治維新時期的1872年，初期的教材以翻譯歐美教科書為主［1］.由于日本政府認識到近代物理對于制造、生產(chǎn)業(yè)的巨大推動作用，日本教育部門始終大力推行物理教育.從小學的自然、博物課到中學的物理課程再到大學物理教育，形成了一套完整、有效的物理教育體系.

“二戰(zhàn)”后日本教育體系的改革主要受美國等西方國家的影響.在日本，基礎物理教育交流的核心是日本物理教育學會，面向對象以從小學到高中的物理教師為主.日本物理教育學會設立于1952年，是由日本物理學會的科學教育委員會演變而來［2］.該學會的主要目標是推廣、普及在學校教育和社會生產(chǎn)實踐中所需要的物理教育，現(xiàn)在大概有會員1200余名.日本物理教育學會有定期發(fā)行的附屬刊物《物理教育》.該刊物創(chuàng)刊于1953年，主要刊發(fā)各種新的教育演示實驗以及探討物理教育的論文.到1990年為止，該刊物每年大約發(fā)行3卷，1991年開始增為每年4卷.截止到筆者發(fā)稿時，《物理教育》從創(chuàng)刊號到2011年共計59卷在網(wǎng)上免費開放［3］.從1984年開始，日本物理教育學會每年會在暑假期間召開物理教育研討會，討論物理教育所面臨的種種問題，以及最新科技成果的普及等.

中國和日本的物理教育交流活動開始于1989年夏.首次中－日－美物理教育討論會在夏威夷舉行［4］，中方共有大、中學教師9人參加.第二次中－日－美物理教育討論會由日本物理教育學會主辦，1991年在日本富士舉行，中方有17人參加.以此類會議為契機，日、美雙方得以了解中國物理教育研究中的長處，同時中國代表也及時了解了對方的教學改革動態(tài).

近年來，日本國內對高中物理教育質量的下降有了一些批判的聲音［5］，怎樣提高學生的學習興趣就成為解決問題的關鍵所在.日本教育界對新的演示實驗的開發(fā)以及教學時平行科目的相互影響的研究很活躍，在物理教育學會刊物《物理教育》以及物理教育研討會中有很多討論.另外，長期以來日本的教育體制對于物理類競賽并不熱衷，日本全國范圍的物理競賽僅僅始于世界物理年2005年，并于同年才開始派隊參加國際奧林匹克競賽.

2 日本高等物理教育的指導方針及模式

自2004年開始實施國立大學法人化以后，日本國立大學雖然由政府出資運營，但是幾乎每所國立大學都擁有相應的自治權，因此各個國立大學的教學重點以及方法風格有很大的差別，每個學校都擁有自己的教育體系與理念.以名古屋大學為例，名古屋大學的物理教育方針和核心主要由理學院的物理學教室（即物理系）會議決定.一般來講研究生和教員都可以申請成為物理學教室的研究員并列席會議（留學生和外國教員亦可參加）.會議一般每季度舉辦一次，每次會議的討論內容主要包括實驗科目內容的增減，科目課時與學分的分配，科目構成的比例，畢業(yè)條件的變更，新教員的聘用，新研究室的設立以及經(jīng)費的預算及使用等.每次會議一般會按需討論多個議題，每個議題以不記名投票方式表決.物理學教室有議長和下屬各個分支的負責人，議長及主要負責人每年輪換，以投票選舉產(chǎn)生.由于有大量的碩士及博士研究生參與討論，不僅對于物理學教育的創(chuàng)新與改良起到了積極而有效的作用而且使物理系全員參與到物理專業(yè)的建設和改良議程中，充分體現(xiàn)了大學法人化法案提出的學術自治所需要達到的要求.

3 日本物理本科教育近況

由于國立大學的教學重點以及方法風格有很大的差異，很難對各所大學的教育狀況作一全面的論述.以下僅以筆者學習、工作的名古屋大學為例來介紹日本本科教育的一些近況.

在名古屋大學，物理類本科教育主要由基礎科目、專業(yè)科目、實驗科目、選修科目、畢業(yè)設計等組成.其中選修科目和畢業(yè)設計一般相互關聯(lián)，有高能物理、宇宙物理、凝聚態(tài)物理、生物物理4個大的方向.由于大一新生為理學院的數(shù)學、物理、化學、生物4個系共同招收，在大一階段理學院新生需參加公共基礎課的學習，教育形態(tài)以大班教學為主.

大學一年級的教育目標是在培養(yǎng)學生興趣的同時鞏固基礎知識，主要進行的是通識教育.教學時一般會配合演示實驗以增加課堂活躍度并增進學生對物理現(xiàn)象的觀察和理解.學校配有相應的金屬器具加工車間，大四以上學生參加安全使用培訓后皆可申請使用.課堂演示實驗所需教具一般以教員自己制作為主.

二年級開始進入物理專業(yè)課學習.教學科目主要由數(shù)學物理方法、分析力學、電磁學、熱學、統(tǒng)計物理學、量子力學等組成.與專業(yè)課程相對應的設置有配套的習題課.習題課由教授等教員負責，有相應的學分，屬于必修科目.

配套習題課的教學以討論式教學為主，每個班級大約由15～20人組成，分成3～4個討論小組.除第一節(jié)習題課以外，在每節(jié)習題課后一般由教員布置一些問題作業(yè).習題課作業(yè)一般由研究生組成的學生助理批改、評分，標準答案和評分標準會由負責教員分發(fā)到研究生助理手中，并由研究生助理作匯總統(tǒng)計后呈報給習題課的負責教員.每次上習題課時，負責教員把作業(yè)發(fā)還學生，每個小組先進行內部討論，再由各個小組派學生輪流講解，遇到講解不恰當不全面的時候教員會參與討論，教員起監(jiān)督指導輔助作用.習題課成績評價主要由學生討論活躍度、出勤率、課題作業(yè)完成情況決定.每學期期末考試后會舉辦教育反思會，參會人包括本科學生代表、研究生助教和專業(yè)課教員，對教學中的難點和不足之處進行反饋和探討.

大三階段增加高級熱力學、高級統(tǒng)計物理、高級量子力學、近代物理實驗等，并出現(xiàn)多個專業(yè)課分支選擇，比如高能物理學、宇宙學、固體物理、生物物理等.物理實驗以近代物理實驗為主，共有14個左右的實驗可以選擇，每兩人一組，一個實驗每周一次大約持續(xù)一個月，每個學生平均需做3～4個實驗才可以獲得學分.

為了使學生擴大知識面并且使他們對各個研究室的研究情況有初步了解以便他們進入大四時選擇教研室進行畢業(yè)研究，從2012年起，大三新增了前沿科學講座這一環(huán)節(jié).講座由20個左右的研究室進行分擔，每周進行一次，每次由一個研究室的主要負責人進行講解介紹，每次講座結束后會要求學生提交一個簡單的小報告.各個研究室的主要負責人親自負責本科的課堂教學工作，這對于學生的培養(yǎng)十分有利.大學的教學目標不僅是知識本身的教與學，更重要的是研究方法與經(jīng)驗的傳承.將最新的科技前沿信息傳遞到教室，才能不斷保持科技創(chuàng)新的活力.在三年級結束進入大四以前學生會自主選報教研室進行畢業(yè)設計研究、設計.

隨著本科生進入各個教研室，大四的教育方式主要以各個教研室的研討會形式為主.學生在黑板上講解課本或者文獻或者匯報實驗進展，教員和其他同學在下面聽講并共同探討相關的問題要點.每次研討會大概持續(xù)2～3小時，每周1～2次，每次由1～2個學生進行報告.這種研討會形式的教學很好地激發(fā)了學生學習的主動性，培養(yǎng)學生的自學能力以及發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力.

4 日本高能物理研究生教育近況

長時間以來，日本物理教育體系發(fā)展了一套自己的研究人才培養(yǎng)及傳承方法.其研究生的培養(yǎng)主要采用2年碩士＋3年博士的方案，類似于我國的碩－博連讀.由于一些研究小組對某些課題，研究方法和手段會幾十年持之以恒地進行研究，他們在很多問題的研究上積累了豐富的研究經(jīng)驗.這樣的物理教育體系為其研究思想的傳承提供了很好的保障.例如，名古屋大學的高能物理理論研究長期以來一直受其創(chuàng)立者坂田昌一的影響，其主要研究風格與研究思想與坂田昌一一脈相承.

在日本的研究生培養(yǎng)中，教學任務主要集中在碩士一年級，主要有大課教學和討論課教學兩種模式.大課模式主要以出勤率和報告決定成績.專業(yè)課的教學基本上以討論式教學為主.由指導教員指定教科書以后，由學生每次在黑板上講解.另外，學生也會針對自己感興趣的參考書或者研究論文，自己組成討論小組，視情況會有高年級學生或教員參與討論，每個小組由3～8人組成.討論小組每周討論一至兩次，具體時間與長度由學生自己決定，是一種自組織形式的自學自助團體.

碩士二年級以及博士生的教育基本上以討論式教學為主，討論內容可以是教科書、論文等，在互相探討中學習研究.對于研究材料的理解每個人會有不同之處，這一思考、討論的過程就是取長補短，去粗取精的過程.討論式教學對于深化對物理現(xiàn)象、概念的理解有很大提高和幫助作用.

在研究生的論文選題中，除了第一個選題由導師進行稍微具體的指點外，其他的基本是以學生為主.從論文的選題，中間的計算，到結果的分析，論文的書寫主要都是由學生完成的.在這一過程中，導師主要是作一些點撥性的指導，以及論文的潤色.另外，日本研究生的教育過程中十分注重對團隊合作能力的培養(yǎng).在合作中相互學習，取長補短，從而使工作效率大為提高.

除了以上提到的學校內部的學生培養(yǎng)活動外，日本國內還有一些有特色的校際間的研究生教育交流活動，下面列舉兩個活動項目.

（1）集中講義：由于日本的各個大學研究室的研究內容和方向比較獨立，為了深化各個大學之間的交流，使學生對不同大學的研究室的研究內容有所了解，每年各大學會舉辦2～4次以碩士生或博士生為聽講對象的集中講義.集中講義一般持續(xù)2～4天，一般在講義中間會穿插1個面向低年級研究生水平的2小時左右的報告.集中講義的選題一般都與近期的研究重點、熱點相關.研究生通過參加集中講義既可以了解相關專題的研究進展并較為系統(tǒng)地學習相關專題的研究方法，又可以獲得相應的選修學分.

（2）暑期－冬季學校：每年長假期間，依據(jù)由日本文部省的預算所開展項目的情況而定，會舉辦一些暑期－冬季學校進行一些專題講座.其中傳統(tǒng)最悠久的當屬從1955年夏天開始，到2013年為止共成功舉辦59次的YONUPA［6］暑期學校.YONUPA是YOung NUclear and PArticle physicist group of Japan的縮寫，每年暑假期間由與高能物理、原子核物理、高能物理實驗相關的各個大學研究生院的學生輪流自發(fā)組織、策劃、主辦并參與.為了降低每個籌備學校的勞動量，籌備學校由管理財務報銷的學校、管理事務聯(lián)絡的學校、管理各個所屬成員郵件的學校、選取會場并維持秩序的學校4部分組成.另外，與這4個籌備學校相獨立的，高能物理、原子核物理以及高能物理實驗3個方面由另外的3個學校進行管理，負責邀請講師、組織學生報告等活動.YONUPA的財政預算主要由日本幾個大的研究所出資贊助，另外每個大學的研究室也會按一定比例支付學生交通費用等.YONUPA每次持續(xù)4～6天，每年大概有200～300人參加.暑期學校期間，高能物理、原子核物理以及高能物理實驗3個研究方向會設置一個共同的集中講義以及針對每個研究方向的2～3個平行的集中講義，剩下大約一半的時間是學生相互之間的研究報告.每年從碩士1年級到博士3年級的學生都有一定比例學生參加暑期學校，YONUPA為日本從事高能物理研究的青年學生提供了互相學習與交流的良好平臺.除了YONUPA，日本文部省的許多大的研究項目也有專門的學生培養(yǎng)方面的預算.例如在2009—2014年的重大項目“Elucidation of New Hadrons with a Variety of Flavors”中，每年都會組織與該項目相關的研究生暑期學校.暑期學校采用教員授課與學生習題課并重的形式.通過教員授課與習題課的方式，學生可以系統(tǒng)地學習到某一領域的基本知識并掌握該領域研究的相關方法.

5 結語

盡管日本在近代科技史上始終沒有停下追趕歐美的步伐，但是其在發(fā)展中卻很注重保持自己的“個性”，使得日本在很多方面擁有了自己的特色.本文簡單介紹了目前日本高等物理教育的情況，希望能為我國的高等物理教育研究作出一份貢獻.

［1］ ［EB／OL］ ［2014－05－20］ http：／／ci. nii.ac.jp／naid／110007486157.

［2］ ［EB／OL］ ［2014－05－20］ http：／／ci. nii.ac.jp／naid／110007486153.

［3］ ［EB／OL］［2014－05－20］http：／／pesj.jp／publication.

［4］ 張繼恒供稿.1989年中、日、美物理教育討論會［J］.國際物理教學通訊，1989（4）.

［5］ 吳宗漢.關于日本未來大學物理教育走向研究的介紹［J］.物理通報，2001（9）：8－10.

［6］ ［EB／OL］［2014－05－20］http：／／www2.yukawa.kyoto－u.ac.jp／～sansha.wakate／index.html.