新工科背景下地方高校應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的課程體系

唐 濤，李 明，肖劍榮，王志勇

(桂林理工大學(xué)理學(xué)院，廣西桂林，541004)

2017年2月，“復(fù)旦共識”的達(dá)成成為我國高等教育推進(jìn)新工科建設(shè)的開端。隨著《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》的發(fā)布，全國范圍內(nèi)的新工科建設(shè)帷幕正式拉開。目前，學(xué)界普遍認(rèn)為，新工科專業(yè)的設(shè)置將以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，以信息、能源、控制等領(lǐng)域為主干，物理類的課程主要起輔助作用。因而，新工科背景下物理類課程的研究主要集中在對大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗課的研究上，[1-3]以配合好相應(yīng)的專業(yè)教學(xué)。也有一些物理類的專業(yè)課程的研究聚焦于改革與實踐，如半導(dǎo)體器件、固體物理等。[3-4]但新工科背景下關(guān)于物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的整體課程設(shè)置、專業(yè)建設(shè)思路的研究文章還較少。中國民航大學(xué)宋慶功教授以其學(xué)校的材料物理專業(yè)的改革和實踐為例，從思政文化教育、專業(yè)理論教育、專業(yè)實驗實踐、信息技術(shù)教育和英語教育五個維度探討了學(xué)校的實踐和成效。[5]《物理與工程》主編王青教授也致力于把近代物理和高新技術(shù)物理與新工科建設(shè)結(jié)合起來。[6]事實上，物理和數(shù)學(xué)、化學(xué)、力學(xué)這些傳統(tǒng)理科學(xué)科一起構(gòu)成了新工科的19個項目群之一，是新工科專業(yè)做好理工結(jié)合建設(shè)的重要組成部分。第三代半導(dǎo)體Ⅲ族氮化物的研究與應(yīng)用是從基礎(chǔ)物理到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的成功典范，[7]也表明了物理學(xué)在新工科產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的巨大作用和良好前景。應(yīng)用物理學(xué)是一門強調(diào)基礎(chǔ)物理學(xué)知識應(yīng)用的學(xué)科，研究其在新工科背景下的課程體系和教學(xué)思路是非常必要的。

在新工科背景下，地方高校的應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)要根據(jù)自身的辦學(xué)條件，既要能夠保證教學(xué)任務(wù)的完成，又要充分培養(yǎng)學(xué)生參與新工科產(chǎn)業(yè)的能力，設(shè)置合理的課程體系。根據(jù)教育部《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》的指示精神，我校應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)在新工科背景下，結(jié)合地方本科院校的辦學(xué)實際，全面進(jìn)行了課程體系的改革與修訂工作。

一、課程體系學(xué)時分布

課程體系由通識教育、專業(yè)(學(xué)科)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、實踐教學(xué)、素質(zhì)拓展與創(chuàng)新五大部分構(gòu)成。通識教育包括思政教育類、大學(xué)英語、大學(xué)體育、計算機基礎(chǔ)類、就業(yè)指導(dǎo)與創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ)、大學(xué)生心理學(xué)等在內(nèi)的必修課程和包括人文社會、經(jīng)濟管理、自然科學(xué)、藝術(shù)鑒賞在內(nèi)的四大類選修課程。專業(yè)基礎(chǔ)課為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程，包括力、熱、光、電、磁、原子物理等物理學(xué)必修的基礎(chǔ)課程和模擬電路、數(shù)字電路分析等與電路相關(guān)的課程(包括相應(yīng)的實驗課程)。專業(yè)課包括專業(yè)核心課和專業(yè)選修課。專業(yè)核心課是本專業(yè)所有學(xué)生的必修課程，專業(yè)選修課是學(xué)生根據(jù)自身定位和愛好選修的專業(yè)課程。專業(yè)核心課程為數(shù)學(xué)物理方法、電動力學(xué)、量子力學(xué)、固體物理學(xué)、半導(dǎo)體物理學(xué)等理論課程，計算物理基礎(chǔ)、電子綜合技術(shù)等實驗課程和EDA技術(shù)、薄膜物理與技術(shù)等理論與實驗相結(jié)合的課程。專業(yè)選修課包括激光技術(shù)與應(yīng)用、超導(dǎo)電子學(xué)等理論性較強的課程，物理學(xué)前沿、先進(jìn)材料科學(xué)與進(jìn)展等講座性課程，以及微電子工藝和電子技術(shù)綜合等直接介紹生產(chǎn)工藝的課程。實踐教學(xué)包括微控制器應(yīng)用實訓(xùn)、光電綜合實訓(xùn)和金工實習(xí)、認(rèn)識實習(xí)、專業(yè)實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、課程設(shè)計(學(xué)年論文)、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(論文)等集中性實踐課。素質(zhì)拓展與創(chuàng)新課程包括軍訓(xùn)、大學(xué)生安全教育、形勢與政策、素質(zhì)達(dá)標(biāo)等必修課程和學(xué)科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練等選修課?？偣惨笮逎M199個學(xué)分，各個課程類別所需要修的學(xué)分?jǐn)?shù)和所占比例如表1所示。

表1 不同性質(zhì)課程的學(xué)分分配

可以看出，在學(xué)分的分配比例中，實踐課和實驗課所占的比重非常大，這充分表明了我校對實驗實踐的重視，也充分體現(xiàn)了“工科”特點。相較于本專業(yè)上次的培養(yǎng)方案，現(xiàn)行的培養(yǎng)方案中選修課占專業(yè)課的比例下降，必修課的比例上升，這說明我們更注重上層設(shè)計和對學(xué)生的引導(dǎo)，使學(xué)生能夠更靠近“供給側(cè)”，適度降低了學(xué)生發(fā)展的自由度。

二、知識、素質(zhì)、基本能力的培養(yǎng)

新工科時代需要理工科學(xué)生具有較為深厚的知識基礎(chǔ)，掌握專業(yè)實驗技能與技術(shù)，接受科學(xué)思維和科學(xué)研究方法的訓(xùn)練，具有科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識，具備獨立獲取知識的能力、實踐能力和技術(shù)研發(fā)能力。同時，理工科學(xué)生還應(yīng)該具備人文科學(xué)素養(yǎng)、職業(yè)道德、溝通交流能力、國際視野和終身學(xué)習(xí)能力。我校的課程體系從如下十個方面培養(yǎng)應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生的素養(yǎng)和基本能力。

第一，學(xué)科專業(yè)知識。包括數(shù)學(xué)和物理的基本理論與基本知識、電子材料與器件的原理與設(shè)計方法和其他物理學(xué)前沿知識。

第二，知識運用能力。包括一定的科學(xué)研究能力和使用輔助設(shè)計軟件的能力，運用所學(xué)的知識、理論、方法和技能解決應(yīng)用領(lǐng)域中的實際問題的能力。

第三，信息運用能力，要求學(xué)生能熟練使用計算機，能利用常用編程語言、工具進(jìn)行軟硬件編程，掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢方法，能進(jìn)行信息篩選、加工、整理、歸納、分析，具備從事科學(xué)研究和開展實際工作的能力。

第四，人文科學(xué)素養(yǎng)。要求學(xué)生熱愛祖國，擁護中國共產(chǎn)黨的領(lǐng)導(dǎo)，堅持正確的政治方向，具備良好的人文科學(xué)素養(yǎng)和強烈的社會責(zé)任感，具有健康的體魄、健全的人格和良好的心理素質(zhì)。

第五，職業(yè)道德。要求學(xué)生具備良好的道德品質(zhì)和職業(yè)精神，以及職業(yè)生涯發(fā)展規(guī)劃的基本能力。

第六，合作能力。要求學(xué)生尊重同事，具備集體主義精神，具有較強的團隊合作精神。

第七，溝通與交流能力。要求學(xué)生能夠就專業(yè)問題與業(yè)界同行及社會公眾進(jìn)行有效交流，能夠撰寫報告和設(shè)計文稿，能運用英語進(jìn)行交流。

第八，社會調(diào)查能力。要求學(xué)生能有效運用所學(xué)專業(yè)知識開展社會實踐，掌握社會統(tǒng)計、社會分析、社會調(diào)查等基本方法，掌握一定的信息相關(guān)產(chǎn)業(yè)的政策、法律法規(guī)和技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

第九，國際視野。要求學(xué)生能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。

第十，終身學(xué)習(xí)能力。要求學(xué)生具有一定的自主學(xué)習(xí)和實踐創(chuàng)新能力，具有終身學(xué)習(xí)的觀念，能夠認(rèn)識到持續(xù)進(jìn)行自我完善的重要性。

我校共開設(shè)了45門必修課程，對培養(yǎng)目標(biāo)的十個方面形成了有力支撐。這些課程以學(xué)科專業(yè)知識、知識運用能力和信息運用能力為主體，兼顧人文素養(yǎng)、職業(yè)道德等，充分體現(xiàn)了新工科背景下理工科人才培養(yǎng)的特征。新工科的提出也表明了傳統(tǒng)工科行業(yè)所面臨的壓力，各行各業(yè)需要與國際接軌，并且要求從業(yè)者能夠終身學(xué)習(xí)。因此，我校的課程設(shè)置也兼顧了國際視野和終身學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

三、對接新工科的專業(yè)課設(shè)置

以人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)等為代表的新工科行業(yè)是我國經(jīng)濟的主要增長點，也是我國產(chǎn)業(yè)升級、參與國際高科技競爭的主體行業(yè)。高科技行業(yè)的競爭最終是高科技人才的競爭。地方本科院校肩負(fù)著培養(yǎng)人才、傳承文化、服務(wù)地方經(jīng)濟與創(chuàng)新的重任，培養(yǎng)符合新工科要求的人才是地方本科院校的天然責(zé)任。人才培養(yǎng)的效果最終以培養(yǎng)對象的就業(yè)能力為體現(xiàn)，對于工科來說，其培養(yǎng)核心是“掌握技術(shù)”和“掌握技術(shù)的能力”。對于地方本科院校來說，培養(yǎng)掌握技術(shù)、能夠直接對接新工科產(chǎn)業(yè)的學(xué)生是最終教育目標(biāo)，是學(xué)科建設(shè)、專業(yè)建設(shè)和課程教學(xué)努力的方向。培養(yǎng)主體具有掌握技術(shù)的能力，那么掌握的技術(shù)就不會成為無源之水。但如果只有“掌握技術(shù)的能力”而不具備“技術(shù)”，地方本科院校畢業(yè)生在就業(yè)時就會面臨很大的壓力。地方本科院校畢業(yè)生的主要就業(yè)對象是中小企業(yè)，該類企業(yè)更希望人才能夠即招即用，往往沒有資金和長期規(guī)劃對人才進(jìn)行持續(xù)培養(yǎng)。因此，我校的人才培養(yǎng)既培養(yǎng)學(xué)生掌握技術(shù)的能力，又傳授能夠直接對接就業(yè)的技術(shù)。由于新工科行業(yè)對于技術(shù)的敏感性、時效性強，本科教學(xué)不可避免地會出現(xiàn)滯后的情況，高校想實時跟上行業(yè)發(fā)展是很困難的事情。因此，高校要盡力擴大與企業(yè)的合作，從企業(yè)獲得關(guān)于技術(shù)更新的及時反饋，這樣才能更好地培養(yǎng)掌握技術(shù)的、能夠即招即用的畢業(yè)生。

基于上面的思路，我校課程體系中的與新工科行業(yè)相關(guān)的專業(yè)課程教學(xué)就從“掌握技術(shù)的能力”和“掌握技術(shù)”兩個方面開展。這些課程包括基礎(chǔ)理論、模擬仿真、制造工藝和實踐，總共65個學(xué)分。另外，學(xué)校還在第二課堂中提供了平臺、場地和經(jīng)費，為學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的實踐提供條件。如表2所示，基礎(chǔ)理論課程一共35個學(xué)分，主要是模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、半導(dǎo)體物理、固體物理學(xué)、薄膜物理與技術(shù)(理論部分)等課程，教授學(xué)生關(guān)于半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)理論、電子元器件的物理層原理、電路設(shè)計相關(guān)的知識。模擬仿真課程包括計算物理基礎(chǔ)、電子設(shè)計自動化(EDA)技術(shù)、電子技術(shù)實驗等12個學(xué)分的課程。基礎(chǔ)理論的教學(xué)是本科教學(xué)的內(nèi)在要求，是本科生在今后的工作中能夠持續(xù)進(jìn)步的必備前提；模擬仿真是理論與實踐之間的橋梁，也是高校對接新工科產(chǎn)業(yè)的先行方案。對于辦學(xué)經(jīng)費相對缺乏的地方本科院校而言，進(jìn)行完全符合產(chǎn)業(yè)需要的實踐訓(xùn)練比較困難，模擬仿真可以節(jié)約大量的實驗經(jīng)費，也可以快捷、實時地對理論知識進(jìn)行應(yīng)用訓(xùn)練。這兩者構(gòu)成了“掌握技術(shù)的能力”的培養(yǎng)。另外，我校的課程體系中包括4個學(xué)分的制造工藝課程和14個學(xué)分的校內(nèi)外實踐課程，以使學(xué)生掌握半導(dǎo)體薄膜生長的技術(shù)、元器件制備組裝的技術(shù)、系統(tǒng)檢測與調(diào)試的技術(shù)，讓學(xué)生掌握半導(dǎo)體器件、電子元器件等從原材料到元器件最終組裝成產(chǎn)品的整個過程，充分培養(yǎng)學(xué)生在該類新工科行業(yè)中掌握技術(shù)的能力。在長時間的企業(yè)實踐(10個學(xué)分對應(yīng)10周)中，學(xué)生除了能掌握相關(guān)技術(shù)，還能熟悉相關(guān)產(chǎn)業(yè)流程、產(chǎn)業(yè)需求和產(chǎn)業(yè)政策，更好、更快地對接企業(yè)。

表2 本專業(yè)與新工科直接相關(guān)的專業(yè)課程教學(xué)主題分布

三、結(jié)語

為了培養(yǎng)符合新工科時代需要的人才，我校應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)通過修訂人才培養(yǎng)方案，重新設(shè)置課程體系，在做好知識、素質(zhì)和基本能力培養(yǎng)的同時，特別注重與新工科直接相關(guān)的專業(yè)課程的合理設(shè)置。該課程體系合理搭配理論、仿真和實踐教學(xué)，能夠促進(jìn)符合新工科要求的人才的培養(yǎng)。