培养物理学的领军人——北大物理学院“拔尖计划”十年回顾

党的十九大报告指出,要加快一流大学和一流学科建设,实现高等教育内涵式发展。新时期,高等学校建设和发展的定位由“以规模扩张为特征的外延式发展”转变为“以质量提高为目标的内涵式发展”,“基础学科拔尖学生培养试验计划”应运而生,为我国高等学校培养优秀创新型拔尖人才提供了良好的机遇。

作为中国物理学科优秀人才培养的重镇,北京大学物理学院自2009年首批启动“基础学科拔尖学生培养试验计划”以来,经历了10年的积极探索和实践,本科生教育改革创新成果斐然,形成了兼具个性化、高质量、国际化的“三位一体”本科生培养方案,构建了一支师德高尚、功底深厚、理念前沿的教师队伍,培养了一大批有志于从事基础科学研究的青年学者。

“三位一体”培养模式——“一个也不能少”

物理学院主管教学的副院长曹庆宏教授在接受采访时表示:“拔尖计划促使我们重新反思对本科生的定位,通过四年的本科培养,我们希望学生完成几个转变:从‘学生’转变为资历尚浅的‘学者’,从被动接受知识或作为一个知识存储器转变为参与发现、创造或解释知识以及形成新思想的人,从近乎发散的发展和就业多样化取向转变到潜心学术研究。教育要尽可能地激发和调动同学们主动学习与探究的兴趣和积极性。”

在拔尖计划的大力支持下,物理学院不断改进、完善本科生培养方案,形成了以灵活的课程体系、科研训练与实践、“全球课堂”为核心的“三位一体”培养模式,将科研优势实实在在转化为教学和人才培养优势,为创新型优秀人才的成长打下坚实基础。

物理学院院长高原宁院士为本科生讲课.jpg

物理学院院长高原宁院士为本科生讲课

物理学院详细梳理了已开设的180余门课程,构建了模块化、分层次的课程体系。其中,“普通物理”(五小力学)、“理论物理”(四大力学)、“数学物理方法”“计算物理”等主干核心课程都设立了深度、难度、广度明显不同的两类。A类课程为荣誉课程,针对将来有志于从事基础物理科学研究的学生,而对于不以基础物理研究作为终身职业的学生,可以选择难度、深度、广度较低的B类课程,为学生的自由发展提供了制度保障,同时也为其他学科输送了具有坚实物理基础的优秀人才。

除了理论课程,物理学院更建有涵盖演示与展示实验、基础物理实验、近代物理实验、综合物理实验、创新平台及前沿物理实验等五个级次的完善实验课程体系。通过近300个课题式教学项目的实施,目前物理学院已形成综合性探究实验和课题研究型探索实验相结合、多通道实验训练的课程教学体系,真正在“基础”与“前沿”、“探究”与“研究”之间架起了桥梁。

谈及学院内部分“学习超前生”,曹庆宏说:“他们可以申请在学期初参加免修考试,达到合格分数线的话可以直接拿到该门功课的学分,这样就可以腾出时间研修后续高深课程,为开展本科生科研早打基础。”物理学院成功打通了本科生-研究生课程体系,为本科生提供了多门研究生课程,保研本校的同学还可以选择把学分带到研究生阶段。2020级本科生杨天骅同学因竞赛成绩优异保送北大,“学院选课完全自由,我们这些有竞赛基础的同学可以适当加快进度,而不会浪费时间在已经学过的东西上面,目前已初步进入科研训练。”他告诉记者。

原以为想要进入这样优越的培养计划并非易事,选拔的标准和流程一定非常严格,然而,“我们一个也不能少,全院实施拔尖计划”,曹庆宏坚定地告诉记者。“物理学研究是一个厚积薄发的过程,需要付诸持续的热情和好奇。为人师表,我们要尽一切努力保护好学生的自信心和好奇心,不能挫伤他们的积极性。我们所关注的不仅仅是200多人中挑出的20人取得了多么辉煌的成就,而是我们的200多名同学有没有找到未来的方向,为国家和社会贡献自己的价值。”

全院实施拔尖计划的魄力彰显了北大物理学院实施力度之大、难度之高、育人之诚、决心之坚。

十年本科生科研探索——“我未来要做什么”

物理学理论知识储备是很重要的环节,但这对于真正从事物理科研工作只是冰山一角。物理学院不断开拓创新,为学生提供全方位的综合学术素质训练和科研创新能力训练,多项措施并举,因材施教。

针对低年级同学,物理学院大力开展全面综合的初级科研训练,为一年级同学举办本科生小型项目训练与成果展示,以“国际青年物理学家锦标赛(IYPT)”和“全国大学生物理学术竞赛(CUPT)”的题目为课题,以实验探索和理论诠释为手段进行初步科研实践。“大一CUPT设置,对我帮助很大,给了我一次体验科研的机会。回想起来,我很多最朴素的对科研的概念就是从CUPT中学到的。”多名物理学院本科同学回顾这段经历时感慨道。进入二年级,本科生可以参加“研讨型小班讨论课”,其中一个重要的训练是专业文献的寻找、阅读,并在导师参与下,对具体课题开展小组讨论,进行文献评述和报告。目前,物理学院已开展“量子力学”“平衡态统计物理”“固体物理”“光学”“天体物理”“大气物理与探测”等六门小班研讨课程,每学期开设约20个小班,中科院院士龚旗煌教授、谢心澄教授以及国家杰出青年科学基金获得者等几十位高水平教师作为各小班的主持教师参与小班教学。

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学生赴国家天文台外出观测

针对高年级同学,物理学院大力鼓励学生进入实验室从事更高难度的科研训练。同学们可以选择进行本科生科研训练立项申请,通过评审后,直接进入课题组实验室进行研究工作,后期学院会进行严格的中期检查和结题验收审查。该项措施激发了同学们学习的积极性,由“要我学”转变为“我要学”。直升物理学院博士生的王任飞同学说道:“学院给予了我们很多作书面、口头报告的锻炼机会,包括本科生科研的开题、中期到结题报告,这一方面督促我们专心研究工作,另一方面让我们懂得分享学术成果。除了科研本身,语言表达效率和准确度训练令我受益匪浅,老师和专家们、同学们提供的创新性角度、提出的启发性问题,激励我不断思考和完善实验。”2009年至今,物理学院为本科生设立研究课题680多项,将近800位学生参加项目研究,每年发表论文超过60篇。自2009年至今,物理学院本科生在国际重要学术刊物发表论文500多篇,其中不乏顶尖刊物,如《物理评论快报》(19篇),《科学》(2篇),《自然》及其子刊(11篇),《美国国家科学院院刊》(3篇)。

为培养学生宽广的国际化视野,物理学院致力于为学生提供各种国际化交流的机会,鼓励并引导同学参加各种国际学术会议、国际竞赛,并积极与国外大学开展多层次、多形式的交流合作。正是“全球课堂”的牵线搭桥,李一一得到了在印度尼西亚参加亚洲科学营的宝贵机会,并经介绍加入了物理学院肖云峰教授的课题组,从事利用光学微腔进行微粒传感等应用型研究工作。这样近距离地接触到与产业、与日常生活息息相关的科研,让李一一第一次产生了“科研很有用”的骄傲感,第一次明晰了“未来要成为一名科研人员”的使命感。另一位目前已成功申请到加州大学洛杉矶分校读博士的亓瑞时同学,也曾通过“全球课堂”前往海外交流访学,学习了新技术并成功引进到国内课题组的研究中,同时也极大助力了他圆梦加州大学洛杉矶分校博士项目。

拔尖计划2.0在路上——“为物理学研究奋斗终生”

北京大学确定了以“未名学者计划”为名的探索与实践,开启了“拔尖计划2.0”的培养新征程。9月17日,教育部公布了首批基础学科拔尖学生培养计划2.0基地名单,北大未名学者物理学拔尖学生培养基地入选。曹庆宏对此感慨万千,用“不忘初心、牢记使命”八个字表达了对“拔尖计划2.0”的决心。

诺贝尔物理学奖获得者法国科学家Gérard Mourou教授与学生交流.jpg

诺贝尔物理学奖获得者法国科学家Gérard Mourou教授与学生交流

“帮助青年学子找到自己擅长且感兴趣的研究方向,才能真正地留住拔尖创新人才,日后成长为能够引领未来发展、为人类作出重大贡献的领军人物。”曹庆宏表示。物理学院一直秉承北大自由包容之精神,淡化专业之间的壁垒,鼓励学生尝试不同方向。从入学后的32个科普报告讲座、综合指导课预约到进入不同的课题组实验室实践,物理学院的同学们在初步建立科研概念之后,都能根据“减法原则”筛出不适合自己研究兴趣的方向,最终确定潜心钻研的方向。

“物理英才班”是物理学院一道特别的风景,这个班级不论成绩,只谈兴趣,三五个以物理学研究作为终身职业理想的同学因志趣相投聚在一起,日常进行文献分享和学术研讨会,也会请学院里的“牛导”来作科普前沿讲座。“守护这股热情、这份好奇心,也是我未来工作的重点。”曹庆宏表示未来要在学院建立书院制,大力强化“物理英才班”,大力引导同学们对基础科学的兴趣,满足同学们对基础科学的好奇心,激发他们对物理学研究问题的挑战欲,大力支持和鼓励同学们立志为物理学研究奋斗终生。

习近平总书记曾说过“科学成就离不开精神支撑”。总书记勉励广大科技工作者肩负起历史赋予的科技创新重任,强调大力弘扬科学家精神,并重点阐述了爱国精神和创新精神。对此,曹庆宏有着深深的体会:“国家是每位科技工作者最坚实的后盾。面向未来,我们凝心聚力、守正创新,继续培育好‘2.0时代’志向远大、视野开阔的拔尖人才,为物理学推进人类文明进步贡献北大智慧和中国力量。”

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