基礎(chǔ)科學(xué)班20年的探索與實(shí)踐

阮 東 尚仁成 熊家炯 吳念樂

(清華大學(xué)物理系，北京 100084)

1 基礎(chǔ)科學(xué)班的創(chuàng)立與發(fā)展

1997年年底，清華大學(xué)決定開辦“基礎(chǔ)科學(xué)班”(以下簡(jiǎn)稱基科班)，以它作為學(xué)校的一個(gè)教學(xué)“試驗(yàn)田”，探索一流創(chuàng)新人材培養(yǎng)的新模式。1998年開始招生。

除了提高當(dāng)時(shí)物理系、數(shù)學(xué)系的生源質(zhì)量外，開辦基科班的一個(gè)重要背景是我校于1997年6月成立了“清華大學(xué)高等研究中心”。該中心的目標(biāo)是：加強(qiáng)清華大學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)研究；倡導(dǎo)開拓性與科學(xué)首創(chuàng)精神；培養(yǎng)有創(chuàng)新能力的科研人才；開展高水平國(guó)際合作與學(xué)術(shù)交流，為建設(shè)世界一流的清華大學(xué)做出貢獻(xiàn)。在這樣的背景下，校領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為有必要也有可能設(shè)立特殊的教學(xué)計(jì)劃，使這些學(xué)生在數(shù)學(xué)、物理學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科上得到深造，成為我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)方面富有生氣的后備力量，并使他們中的佼佼者成為國(guó)際科學(xué)技術(shù)舞臺(tái)上的優(yōu)秀人才。同時(shí)，要為學(xué)校有關(guān)院系培養(yǎng)有扎實(shí)數(shù)理基礎(chǔ)的新型研究人才。這樣就形成了基科班的培養(yǎng)目標(biāo)：為數(shù)學(xué)、物理學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)培養(yǎng)富有創(chuàng)新意識(shí)和具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的優(yōu)秀人才；也為與數(shù)理學(xué)科密切相關(guān)的其它學(xué)科培養(yǎng)具有開拓精神和良好理科素養(yǎng)的新型人才。

2005年1月，鑒于基科班在一流創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的辦學(xué)成效，學(xué)校同意將基礎(chǔ)科學(xué)班推廣為大類模式，以“數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)”專業(yè)招收本科生，年招生規(guī)模8個(gè)班，涵蓋物理系4個(gè)班、數(shù)學(xué)系3個(gè)班和電子系1個(gè)班。前兩年，學(xué)生學(xué)習(xí)共同的基礎(chǔ)課程，強(qiáng)化數(shù)理基礎(chǔ)和科學(xué)素養(yǎng)教育。第四學(xué)期，學(xué)生根據(jù)“雙向選擇”的原則確定專業(yè)方向。分流專業(yè)方向包括：基科(數(shù)學(xué))、基科(物理)、基科(應(yīng)用)，以電子系為主的信息學(xué)院等。

考慮到數(shù)學(xué)系與物理系在數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)班的教學(xué)培養(yǎng)方面的理念差異，為了建立起符合基礎(chǔ)學(xué)科一流創(chuàng)新人才培養(yǎng)規(guī)律的課程體系和科研實(shí)踐訓(xùn)練體系，營(yíng)造出有利于學(xué)生發(fā)展的環(huán)境和氛圍，培養(yǎng)出有很好發(fā)展?jié)撡|(zhì)的本科生，2010年學(xué)校同意“數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)”專業(yè)從2011年開始恢復(fù)到原基科班的招生和培養(yǎng)模式，由物理系負(fù)責(zé)。新基礎(chǔ)科學(xué)班繼承了原基科班的培養(yǎng)模式。前兩年，學(xué)生學(xué)習(xí)共同的基礎(chǔ)課程，第四學(xué)期，學(xué)生根據(jù)自己的志趣自由選擇物理學(xué)專業(yè)或數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)專業(yè)。這種模式一直延續(xù)至今。

2017年，清華大學(xué)開始按大類招生，實(shí)施“大類招生與通專融合”的新模式。大類進(jìn)行為期一年的大類培養(yǎng)，學(xué)生專業(yè)確認(rèn)安排在第二學(xué)期。數(shù)理大類涉及數(shù)學(xué)系、物理系、工物系、材料院、航院等五個(gè)院系。大類的培養(yǎng)方案實(shí)際上就是基科班的培養(yǎng)方案在新時(shí)期的延拓和推廣，特別是第一年的物理和數(shù)學(xué)課程。物理系的物理學(xué)專業(yè)和基礎(chǔ)科學(xué)班都屬于該大類。

為履行國(guó)家“強(qiáng)基計(jì)劃”人才培養(yǎng)使命，2020年4月，清華大學(xué)新設(shè)立了五個(gè)書院，其中未央書院按照“理+工”雙學(xué)士學(xué)位模式進(jìn)行培養(yǎng)，它把基科班的“數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)”專業(yè)完整地設(shè)為其理學(xué)學(xué)士學(xué)位，數(shù)學(xué)、物理課程達(dá)50多學(xué)分，為數(shù)理大類設(shè)置的兩倍，突顯了數(shù)理基礎(chǔ)的核心地位。而與之相銜接的12個(gè)工學(xué)學(xué)士學(xué)位則聚焦于國(guó)家急需的新材料、新能源、供應(yīng)鏈、測(cè)控、軟件、微電子、智能制造、國(guó)家安全等關(guān)鍵領(lǐng)域，以服務(wù)于國(guó)家重大戰(zhàn)略需求。這種模式也是清華大學(xué)為落實(shí)工科人才培養(yǎng)要加強(qiáng)數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)這個(gè)理念的重要舉措。

2 基科班的辦學(xué)理念

基科班在辦學(xué)之初，就明確了培養(yǎng)目標(biāo)，提出了“寬口徑，厚基礎(chǔ)，強(qiáng)實(shí)踐”的培養(yǎng)方針，堅(jiān)持以下辦學(xué)理念：

2.1 充分認(rèn)識(shí)因材施教，培養(yǎng)一流創(chuàng)新人才的必要性和可行性

因材施教是一種得到了社會(huì)廣泛認(rèn)可的教育理念，而培養(yǎng)一流創(chuàng)新人才卻時(shí)常受到一些非議。其實(shí)這是同一種教育理念在不同范疇的應(yīng)用。基科班成立之初，就強(qiáng)調(diào)因材施教，并將一流創(chuàng)新人才的培養(yǎng)放在重要的位置上。清華大學(xué)有優(yōu)秀的生源，我們責(zé)無旁貸地要非常珍惜和充分發(fā)揮這種智力資源，通過適當(dāng)?shù)摹巴緩健?，培養(yǎng)出科學(xué)上的一流創(chuàng)新人才不僅必要，而且可行。為此，必須創(chuàng)建適合于優(yōu)秀人才培養(yǎng)的教學(xué)模式和培養(yǎng)方案，并在課程設(shè)置、教學(xué)方法和考試模式等方面進(jìn)行一系列創(chuàng)新性的改革。

2.2 同時(shí)打好物理學(xué)與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，使學(xué)生能自主地選擇適合自己的發(fā)展方向

1999年楊振寧先生與基科班1998級(jí)座談

實(shí)踐證明，在物理學(xué)和其他學(xué)科領(lǐng)域，要達(dá)到很高的境界，需要扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)。楊振寧先生多次談到數(shù)學(xué)和物理交叉的領(lǐng)域?qū)?huì)產(chǎn)生新的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)。林家翹先生也提出數(shù)學(xué)不僅要和物理結(jié)合，而且要和Science 結(jié)合，這將會(huì)有更廣闊的發(fā)展前景?；瓢嗤瑫r(shí)強(qiáng)化數(shù)理基礎(chǔ)教育之后，學(xué)生無論是向物理學(xué)方向還是向數(shù)學(xué)方向進(jìn)一步發(fā)展都是可能的，而且有一定的優(yōu)勢(shì)和特色；對(duì)那些想到其他學(xué)科深造的學(xué)生，良好的數(shù)理基礎(chǔ)也會(huì)使他們受益匪淺。

2.3 強(qiáng)化本科生科研訓(xùn)練，提高學(xué)生探索與創(chuàng)新精神和能力

基科班的培養(yǎng)方案頭兩年是比較系統(tǒng)地打數(shù)學(xué)和物理學(xué)基礎(chǔ)，從第三年開始的連續(xù)三個(gè)學(xué)期，讓學(xué)生到校內(nèi)外他們感興趣的科研課題組中去，在教師指導(dǎo)下和那里的研究生一起參加科研實(shí)踐，根據(jù)導(dǎo)師的建議選修課程及研讀參考書書和文獻(xiàn)，即通過科研實(shí)踐來進(jìn)一步學(xué)習(xí)。我們將這種方式叫seminar，并列為必修課。這是一種不同于課堂教學(xué)的新的培養(yǎng)模式，有利于學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于掌握受用終生的“滲透式“學(xué)習(xí)方式，并使學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的喜愛和擅長(zhǎng)研究領(lǐng)域。

2.4 營(yíng)造寬松的育人環(huán)境，為人與為學(xué)并重，提高綜合素質(zhì)

注意加強(qiáng)人文精神的熏陶，使學(xué)生德智體等方面都得到綜合發(fā)展。營(yíng)造寬松的育人環(huán)境，給學(xué)生自由發(fā)展空間，關(guān)心和幫助所有學(xué)生找到適合自己發(fā)展的方向，使基礎(chǔ)型與應(yīng)用型一流人才各得其所、不斷涌現(xiàn)。

3 培養(yǎng)模式的特色和設(shè)置

3.1 課程層次分明，突出數(shù)學(xué)、物理主干課

基科班的培養(yǎng)方案中，畢業(yè)總學(xué)分不少于170分。其中課程學(xué)習(xí)140學(xué)分，實(shí)踐環(huán)節(jié)30學(xué)分?！罢n程學(xué)習(xí)”中包括18門數(shù)學(xué)和物理學(xué)主干課。數(shù)理課的學(xué)分超過了課程總學(xué)分要求的1/2，而且將數(shù)學(xué)和物理放在了同等重要的地位。

數(shù)學(xué)、物理主干課程包括必修課、限選課、替代課。必修課是對(duì)以后不管選什么學(xué)科方向都必須要修的課程。限選課(帶“*”號(hào))是根據(jù)以后所選學(xué)科方向的需要在導(dǎo)師的指導(dǎo)下來選擇。替代課是擴(kuò)大了必修課和限選課的范圍，增加了選課的靈活性。

典型的數(shù)學(xué)、物理主干課程

數(shù)學(xué)替代課：①隨機(jī)數(shù)學(xué)方法可以替代概率論(1)。②數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)可以替代數(shù)值分析。③測(cè)度與積分可以替代拓?fù)鋵W(xué)。

物理替代課：①固體物理(1)可以用核物理與粒子物理、原子分子物理、天體物理中任一門替代。②近代物理實(shí)驗(yàn)A可以用近代物理實(shí)驗(yàn)BCD中任一組替代。

在數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)班時(shí)期，數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)課程的安排發(fā)生過較大的變化。

1) 2005年，數(shù)學(xué)系把高等微積分(1)(2)的教材換成了佐里奇的《數(shù)學(xué)分析》，為全體學(xué)生的必修課。以《數(shù)學(xué)分析》(3)為教材的高等微積分(3)為限選。在物理系的要求下，2007年增加了原基科班所采用的教材，即肖樹鐵先生編寫的《微積分》，使得高等微積分分層次教學(xué)，學(xué)生可以二選一。從2009年開始，新生入學(xué)后可以選擇由數(shù)學(xué)系或物理系管理，兩個(gè)系分別制定了各自的數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)方案。數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)專業(yè)(數(shù)學(xué))的課程設(shè)置偏數(shù)學(xué)；數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)專業(yè)(物理)的課程設(shè)置偏物理。數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)專業(yè)(物理)的培養(yǎng)方案一是恢復(fù)了原基科班對(duì)高等微積分(1)(2)的要求和安排，即以肖樹鐵的《微積分》為教材；二是把兩學(xué)期的高等代數(shù)與幾何(1)(2)壓縮為一學(xué)期的高等代數(shù)，這是因?yàn)榫?jiǎn)了其中的內(nèi)容。高等微積分(1)(2)與高等代數(shù)一直延續(xù)到現(xiàn)在。

2) 除了普通物理學(xué)(1)(2)(3)，又增設(shè)了三個(gè)系列：基礎(chǔ)物理學(xué)(1)(2)(英文)、基礎(chǔ)物理學(xué)原理與實(shí)驗(yàn)(1)(2)(3)、費(fèi)曼物理學(xué)(1)(2)(3)?；A(chǔ)物理原理與實(shí)驗(yàn)是將普通物理和普通物理實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一個(gè)框架內(nèi)，理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)融合，由做實(shí)驗(yàn)研究的老師主講，并負(fù)責(zé)安排配套的實(shí)驗(yàn)。費(fèi)曼物理學(xué)選用著名的三卷本《費(fèi)曼物理學(xué)講義》為教材，這是為了解決一些優(yōu)秀學(xué)生感到學(xué)習(xí)普通物理“吃不飽”的問題，尤其是參加過全國(guó)物理奧賽的學(xué)生。這兩門課都是小班授課，人數(shù)控制在30人左右。經(jīng)過十年的實(shí)踐，這些新開課也都取得了很好的教學(xué)效果。2018年，在費(fèi)曼誕辰百年之際，我們對(duì)費(fèi)曼物理學(xué)課程做了研討和經(jīng)驗(yàn)分享(見：阮東《費(fèi)曼物理學(xué)課程教學(xué)十年初探》，大學(xué)物理，37(5) (2018) 7-10. 王青《小班教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂：《費(fèi)曼物理學(xué)II》的十年教學(xué)實(shí)踐》，物理與工程，28(4) (2018) 20-38. 阮東、王青、徐湛《費(fèi)曼物理學(xué)10年教學(xué)小結(jié)》，物理與工程，28(6)(2018) 15-17.)。

這種“分層次”設(shè)置主要是考慮到大類中的學(xué)生在數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)方面的差異，以及第二年學(xué)生分流所選學(xué)科方向?qū)?shù)理基礎(chǔ)的不同要求。

2017年學(xué)校開啟“大類招生與通專融合”模式，數(shù)理大類的數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)課程的安排依然延續(xù)基科班的設(shè)置理念，只是把基礎(chǔ)物理學(xué)原理與實(shí)驗(yàn)課程中的理論與實(shí)驗(yàn)分開了，分別稱為基礎(chǔ)物理學(xué)和基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)，以滿足大類分流的需要。

MIT黃克孫教授講“統(tǒng)計(jì)力學(xué)”

盧德馨教授講“大學(xué)物理”

黃惟承教授講“分析力學(xué)”

俞允強(qiáng)教授講“電動(dòng)力學(xué)”

除了精心設(shè)置數(shù)學(xué)物理主干課，邀請(qǐng)校內(nèi)外優(yōu)秀教師講授這些課程也是重要的一環(huán)。名師不僅傳授知識(shí)，還能在為人與為學(xué)方面給學(xué)生以更多的啟迪，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.2 開設(shè)必修的專題研究課，特色鮮明，措施落實(shí)

基科班在其培養(yǎng)理念中特別強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生的科研實(shí)踐訓(xùn)練。為此，在第五、六和七學(xué)期特別開設(shè)了“專題研究(seminar)”課(必修，三學(xué)期，共9學(xué)分)。seminar的目的是培養(yǎng)學(xué)生在教師指導(dǎo)下的邊學(xué)習(xí)、邊研究；培養(yǎng)學(xué)生的探索與創(chuàng)新精神；密切教師與學(xué)生的聯(lián)系，并有利于學(xué)生向不同方向分流和因材施教。

最初兩屆的做法是領(lǐng)導(dǎo)小組在校內(nèi)外聘請(qǐng)seminar導(dǎo)師，由導(dǎo)師提出課題，列出必讀文獻(xiàn)，向?qū)W生公布，學(xué)生則根據(jù)自己的興趣，愛好，報(bào)名選擇題目和相應(yīng)的導(dǎo)師。推動(dòng)之后不久便形成了學(xué)生自己主動(dòng)去聯(lián)系他們喜愛的導(dǎo)師的方式。在三個(gè)學(xué)期的seminar中，學(xué)生可以根據(jù)自身情況自由地調(diào)整學(xué)科方向和換導(dǎo)師。在第三個(gè)暑期小學(xué)期進(jìn)行全班性的seminar進(jìn)展交流，要求每個(gè)學(xué)生匯報(bào)自己的研究工作進(jìn)展并報(bào)告對(duì)所研究領(lǐng)域的學(xué)科前沿的理解。

基礎(chǔ)科學(xué)班圖片展(摘)

教師普遍歡迎基科班學(xué)生到他們的課題組去做seminar，他們認(rèn)為基科班學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)好，思維活躍，進(jìn)入課題快。清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系張鈸院士、朱仲濤老師說：經(jīng)過專題討論課三階段模式的培養(yǎng)，大部分參加專題討論課的基礎(chǔ)科學(xué)班學(xué)生都達(dá)到了預(yù)期的培養(yǎng)目標(biāo)，他們系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了開展相關(guān)研究所必需的數(shù)學(xué)理論，可以相當(dāng)順利地研讀相關(guān)方向的最新研究成果，同時(shí)具備了相當(dāng)出色的計(jì)算機(jī)編程能力，在本科高年級(jí)就參與課題組的研究任務(wù)，使培育出高質(zhì)量、創(chuàng)造性人才的總體目標(biāo)的實(shí)施得到了有力的保證。實(shí)踐表明，在智能技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作的基礎(chǔ)科學(xué)班學(xué)生，到本科畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束時(shí)，常常可以撰寫出有一定深度、有一定創(chuàng)新結(jié)果的論文，并開始向高水平的國(guó)內(nèi)外專業(yè)期刊投稿。清華大學(xué)天體物理中心李惕碚院士說：從這幾年的實(shí)踐我們認(rèn)識(shí)到，seminar 這種形式的課程對(duì)學(xué)生是一個(gè)很好的培養(yǎng)方法，學(xué)生在前兩年學(xué)習(xí)基本理論的基礎(chǔ)上，真刀真槍地投入科研實(shí)踐，在這里，他們發(fā)現(xiàn)科學(xué)殿堂是如此之廣闊，還有很多很多方面需要自己去學(xué)習(xí)、去探索。也有一部分同學(xué)因適應(yīng)了從書本學(xué)習(xí)，開始科研實(shí)踐時(shí)，仍花較長(zhǎng)時(shí)間在書本和雜志中徘徊，不敢動(dòng)手去研究一個(gè)問題，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，許多同學(xué)很快學(xué)會(huì)了“下水學(xué)游泳”的道理，動(dòng)手去實(shí)實(shí)在在地研究一問題，也才逐漸體會(huì)到科學(xué)研究的甜頭，這才真正學(xué)到了有用知識(shí)。seminar 這種形式對(duì)學(xué)生早接觸科研實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)起了很大作用。目前基科班學(xué)生是三年級(jí)才開始進(jìn)入科研課題做seminar，而一些成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生，進(jìn)入seminar模式還要早一些，提前進(jìn)入科學(xué)前沿去探索大自然的奧秘。

根據(jù)無記名問卷調(diào)查，學(xué)生對(duì)seminar反映很好，普遍認(rèn)為能夠通過seminar盡早接觸科研，接觸科學(xué)家，了解學(xué)習(xí)科學(xué)研究的過程，學(xué)會(huì)如何在科學(xué)研究中學(xué)習(xí)，收獲很大。通過seminar，學(xué)生還能尋找自己感興趣的方向，以利確定今后的發(fā)展方向。學(xué)生們對(duì)參加seminar可以根據(jù)自身情況調(diào)整方向的靈活機(jī)制也很滿意。

1998—2015級(jí)本科生科研訓(xùn)練所選學(xué)科分布(前15個(gè))

無記名問卷調(diào)查結(jié)果

實(shí)施seminar 15年來，學(xué)生做seminar有記載的已達(dá)3300多人次，學(xué)生自由選擇的學(xué)科分布達(dá)40多個(gè)。

從十五年的整體數(shù)據(jù)來看，選擇基礎(chǔ)學(xué)科(物理、天文、數(shù)學(xué)、生物、化學(xué))的比例近58%，交叉與應(yīng)用學(xué)科的比例約42%。選擇比例最高的三個(gè)學(xué)科分別是：物理學(xué)41%、經(jīng)濟(jì)學(xué)15.4%、計(jì)算機(jī)8.6%。若從每年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來看，選擇物理學(xué)方向的比例始終為最高，但02級(jí)、03級(jí)和13級(jí)選擇物理學(xué)方向的比例低于30%。選擇比例高的其他學(xué)科方向則帶有比較明顯的時(shí)代跡象：早期是數(shù)學(xué)，中期是經(jīng)濟(jì)金融，現(xiàn)在是計(jì)算機(jī)。

學(xué)生在科研方面獲得了實(shí)質(zhì)性訓(xùn)練，發(fā)表了相關(guān)學(xué)術(shù)論文，申請(qǐng)了國(guó)內(nèi)外專利，在國(guó)際國(guó)內(nèi)會(huì)議上宣讀論文等。學(xué)生根據(jù)興趣參加了相關(guān)學(xué)科的競(jìng)賽活動(dòng)，也取得了可喜的成績(jī)。

1998—2015級(jí)本科生科研訓(xùn)練選擇物理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)分布

物理系本科生近年在Nature及子刊、PRL等上發(fā)表的部分論文

[1] Shunyu Yao(姚順宇), Fei Song, and Zhong Wang, Phys.Rev.Lett. 121 (2018) 136802.

[2] Shunyu Yao(姚順宇) and Zhong Wang, Phys.Rev.Lett. 121 (2018) 086803.

[3] Xin Chen, Ruihua Fan,Yiming Chen(陳一鳴)，Hui Zhai, Pengfei Zhang(張鵬飛), Phys.Rev.Lett. 119 (2017) 207603.

[4] C. Zu, W.B. Wang, L. He, W.G. Zhang(張文綱), C.Y. Dai(戴澄宇), F. Wang, L.M. Duan, Nature 514 (2014) 72.

[5] Giulio Chiribella, Yuxiang Yang(楊宇翔), Andrew Chi-Chih Yao, Nature Commun.4, 2915 doi:10.1038/ncomms3915, 05 December 2013.

[6] Zhang Jian(張劍), Chao-Ming Jian(簡(jiǎn)超明), Fei Ye and Hui Zhai, Phys. Rev. Lett. 105, 155302 (2010).

[7] Chunji Wang(王春吉), Chao Gao, Chao-Ming Jian(簡(jiǎn)超明) and Hui Zhai, Phys. Rev. Lett. 105, 160403 (2010).

物理系本科生近年申請(qǐng)的部分國(guó)內(nèi)外專利

[1] X.F He(何性峰), Y. Wu: A method to produce anode of Lithium Ion Battery (using sprayer to spray cobalt nitrate on SACNT fim), 美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)? 2012A-56414/CN56427

[2] X.F He(何性峰), Y. Wu: A method to produce anode of Lithium Ion Battery (using magnetron sputtering to produce Co3O4/SACNT composite electrode), 美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)? 2012A-56415/ CN56428

[3] 張麗娜，高新雨*，楊琪耀，姜開利，劉長(zhǎng)洪，范守善: 膜電極及燃料電池(FUEL CELL MODULES)申請(qǐng)?zhí)枺褐袊?guó)CN201510281370.1，臺(tái)灣TW104121220，美國(guó)US14/970045

[4] 馬藝妮*，張文增: 腱繩驅(qū)動(dòng)顆粒阻塞的球形自適應(yīng)機(jī)器人手裝置, 申請(qǐng)?zhí)枺?016103388662, 申請(qǐng)日：2016.05.19, 公布號(hào)：CN105881564A, 公布日：2016.08.24

[5] 馬藝妮*, 張文增: 繩驅(qū)磁流變液顆粒增強(qiáng)通用抓持裝置, 申請(qǐng)?zhí)枺?01610338847X, 申請(qǐng)日：2016.05.19,公布號(hào)：CN105798940A, 公布日：2016.07.27

[6] 齊景辰, 馬藝妮*, 張文增: 空程接觸式齒輪平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置, 申請(qǐng)?zhí)枺?016103463714, 申請(qǐng)日：2016.05.23, 公布號(hào)：CN105798936A, 公布日：2016.07.27

[7] 齊景辰, 馬藝妮*, 祝天一,張文增: 活塞驅(qū)動(dòng)磁流柔性機(jī)器人手裝置, 申請(qǐng)?zhí)枺?016103392564, 申請(qǐng)日：2016.05.19, 公布號(hào)：CN105856185A, 公布日：2016.08.17

3.3 根據(jù)自己志趣，引導(dǎo)學(xué)生向不同學(xué)科分流

為了有利于基科班學(xué)生的發(fā)展，針對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)班學(xué)生的分流和免試推研，學(xué)校教務(wù)處和研究生院都制定了相關(guān)政策。

seminar是對(duì)學(xué)生實(shí)行分流的一種有效渠道。學(xué)生一開始就可以挑選適合于自己的導(dǎo)師和題目，中間還可更換。通過幾次選擇，若學(xué)生認(rèn)為該題目和導(dǎo)師適合于自己，就可進(jìn)一步在導(dǎo)師指導(dǎo)下做畢業(yè)論文。這也為進(jìn)一步深造選擇自己感興趣的研究領(lǐng)域和研究方向打下基礎(chǔ)。

4 總結(jié)

基科班二十年一路走來，開辟了探索一流創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新征程，從最初的試點(diǎn)，經(jīng)過不斷努力探索和實(shí)踐，到現(xiàn)在的辦學(xué)理念、培養(yǎng)模式、培養(yǎng)方案等已基本確定。基科班在自主招生(校內(nèi)二招、競(jìng)賽招生)、數(shù)學(xué)物理通識(shí)教育、科研實(shí)踐訓(xùn)練、個(gè)性化培養(yǎng)和更大發(fā)展空間等方面有所創(chuàng)新，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，基科班辦學(xué)也積極帶動(dòng)了基礎(chǔ)課程體系改革、教學(xué)方法改革，以及物理學(xué)科一流創(chuàng)新人才培養(yǎng)等，主要是基礎(chǔ)課程的分層次教學(xué)和學(xué)堂物理班。這些教育和教學(xué)理念在當(dāng)今高等教育改革與發(fā)展中，也越來越受到重視。

從基科班學(xué)生的反饋來看，基科班的培養(yǎng)模式得到了他們的高度認(rèn)可，尤其是學(xué)生可以根據(jù)自己的志趣“自由選擇”今后的發(fā)展方向。學(xué)生通過科研訓(xùn)練來了解學(xué)科，并通過自由選擇來確定專業(yè)方向，這是學(xué)生熱愛所選專業(yè)，積極主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力源。同時(shí)也為學(xué)生的進(jìn)一步發(fā)展奠定了很好的基礎(chǔ)。

基科班的培養(yǎng)模式以及基科班的學(xué)生得到了校內(nèi)外的任課老師、seminar導(dǎo)師、研究生導(dǎo)師的高度評(píng)價(jià)。北大物理系趙凱華教授說：基科班的學(xué)生相當(dāng)突出，對(duì)物理的興趣和理解的深度都是相當(dāng)好的。清華采取基科班的措施十分重要。從開始就把全校其他系的一些好學(xué)生招來，有些人對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)很有興趣，也很有才能。應(yīng)擴(kuò)大招生規(guī)模，將來有一部分學(xué)生回到工科去，有了較好的理科基礎(chǔ)一定能學(xué)好工科的課程。北大物理系曾謹(jǐn)言教授說：基科班是培養(yǎng)人才最好的辦法。我給基科班二年級(jí)同學(xué)上量子力學(xué)課，大部分學(xué)生都很努力。如何出人才？基科班學(xué)生中很有人才，要好好培養(yǎng)。我采取了一種辦法，學(xué)生如果能提出和解決一些前沿問題，我認(rèn)為較好的，就可以不參加考試?；瓢嗄茏龅竭@一點(diǎn)的學(xué)生比例較其他學(xué)校高。北大力學(xué)系陳濱教授說：給基科班上課采用了一些新的教學(xué)思路和措施，不是強(qiáng)加給學(xué)生一個(gè)學(xué)科的“體系”，而是加強(qiáng)了人文精神(即思辨)和批判精神的培養(yǎng)，并且加強(qiáng)從不同方面和不同層次上引導(dǎo)學(xué)生思考問題和解決問題(老的問題和前沿的問題)。基科班響應(yīng)的學(xué)生占20%左右，高于我教過的其他學(xué)校的學(xué)生響應(yīng)的比例。香港大學(xué)物理系鄭廣生教授說：基科班學(xué)生在國(guó)際會(huì)議上非常活躍，英文非常好，在校內(nèi)的學(xué)術(shù)活動(dòng)中也很活躍，學(xué)術(shù)報(bào)告中學(xué)生提問也很積極。

二十年來，基科班在人才培養(yǎng)方面成效顯著。

1) 基科班早期畢業(yè)的學(xué)生中已有不少優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出，涌現(xiàn)出一批國(guó)際上引人注目的新星，有的已經(jīng)成為國(guó)際學(xué)術(shù)界年輕一代的領(lǐng)軍人物，有的研究成果在行業(yè)界引起重大的影響。例如，如祁曉亮、陳諧分獲2016年度、2020年度科學(xué)突破獎(jiǎng)——物理學(xué)新視野獎(jiǎng)(New Horizons in Physics Prizes)，人數(shù)在國(guó)內(nèi)高校物理系(學(xué)院)排首位。何愷明在人工智能領(lǐng)域已是一位國(guó)際頂級(jí)科學(xué)家。在美國(guó)享有盛譽(yù)的、專門獎(jiǎng)勵(lì)科學(xué)領(lǐng)域最杰出青年人才的斯隆研究獎(jiǎng)(Sloan Research Fellowships)，到2019年，本科畢業(yè)于中國(guó)大學(xué)的獲獎(jiǎng)?wù)咧?，已?5位來自清華物理系，其中物理學(xué)6位，其他學(xué)科有計(jì)算機(jī)3位、神經(jīng)科學(xué)3位、分子生物學(xué)2位、數(shù)學(xué)1位。

2) 追求學(xué)術(shù)，畢業(yè)后決心以學(xué)術(shù)為生涯的學(xué)生比例明顯增多。畢業(yè)生中決定繼續(xù)深造的人數(shù)比例基本穩(wěn)定在90%左右，其中國(guó)內(nèi)保送研究生和出國(guó)深造讀研在不同時(shí)期此消彼長(zhǎng)。從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來看，物理系留在國(guó)內(nèi)讀研的比例要高于出國(guó)讀研的比例，除了數(shù)理基科班的05級(jí)和08級(jí)，這兩屆的出國(guó)讀研比例都超過了50%。單從基科班和基科(應(yīng)用)的數(shù)據(jù)來看，03級(jí)、04級(jí)、05級(jí)以及08級(jí)的出國(guó)讀研比例接近或超過50%，要高于國(guó)內(nèi)讀研的比例。從物理系的整體數(shù)據(jù)來看，除了05級(jí)和08級(jí)，其他各級(jí)出國(guó)讀研的比例均低于國(guó)內(nèi)讀研的比例。

基科班的培養(yǎng)模式發(fā)揮了良好的示范作用。首先在校內(nèi)被不少院系借鑒效仿，例如，相繼成立了化生基礎(chǔ)科學(xué)班和錢學(xué)森力學(xué)班等多個(gè)類似的人才培養(yǎng)特區(qū)，2009年開始實(shí)施的清華大學(xué)學(xué)堂計(jì)劃也借鑒了基科班的辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在更大范圍深化了本科教育的改革。另外，基科班的培養(yǎng)模式也已被包括中國(guó)農(nóng)大、北京理工、四川電子科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)、大連理工、西北工業(yè)大學(xué)等多所兄弟院校借鑒，在不同學(xué)科(院系)，成立了類似培養(yǎng)模式的班，促進(jìn)了高等教育人才培養(yǎng)模式的改革。2011年，基科班獨(dú)具特色的科研訓(xùn)練(創(chuàng)新訓(xùn)練)首次納入了教育部高等學(xué)校物理學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)制定的2010版《高等學(xué)校物理學(xué)本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》和《高等學(xué)校應(yīng)用物理學(xué)本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》的本科專業(yè)知識(shí)體系中。

基科班是清華大學(xué)探索一流創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要實(shí)踐成果。基科班二十年探索與實(shí)踐，在因材施教、基礎(chǔ)學(xué)科人才和跨學(xué)科人才培養(yǎng)等方面成效顯著，為一流創(chuàng)新人才培養(yǎng)和教學(xué)改革提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

“數(shù)理基礎(chǔ)、科研訓(xùn)練、自由發(fā)展”是基科班一流創(chuàng)新人才培養(yǎng)的基本理念。物理系將在總結(jié)基科班成功辦學(xué)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)?！皟r(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授三位一體”核心教育理念，構(gòu)建包括一流學(xué)科、高水平師資、優(yōu)質(zhì)生源在內(nèi)的質(zhì)量保證體系，努力增強(qiáng)培養(yǎng)方向的多樣化和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的多樣性，全面提升人才培養(yǎng)素質(zhì)，為國(guó)家培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀人才。在下一個(gè)二十年，基科班將再創(chuàng)一流創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新篇章。