科研訓練是大學本科人才培養的重要環節
——近20年清華物理系學生的seminar

李師群

(清華大學物理系，北京 100084)

科研訓練對大學本科生成長為創新性人才意義重大。但長期以來我國高校中人們對這點的認識是不足的，反而流行一種看法，認為本科生階段是學習基礎知識的階段，主要是課堂學習，學生科研訓練還為時過早。

從教育觀念上看，這樣的認識是偏頗的。美國著名教育家杜威說過：學習是基于有指導的發現而不是信息的傳遞(“Learning is based on discovery guided by mentoring rather than on the transmission of information”)。我們的教學過于強調知識的傳承，老師們下工夫去“教”會學生，而疏于鼓勵、引導學生自己去“發現”尚不知的知識。如果我們明確學生“發現”的過程實際對他們也就是一種研究過程，那我們自然會認識到學生在教師“指導”下的“發現”也就是一種科研訓練。歐美的大學有很多面向本科學生的seminar活動，特別是一些一流的大學。對于大學生和研究生來說，seminar就是一個好的科研訓練的形式。我們還注意到，在美國甚至中學生就開始有不同層次的研究訓練活動。

在清華物理系本科生的教學實踐中，我們一直很重視引導學生參與seminar活動，目前學生在大學三、四年級進入一個研究組或實驗室完成seminar研究已經形成制度，列入培養計劃。

1 老清華物理系很重視學生的科研訓練

清華大學物理系成立于“清華學校”設立大學部的翌年——1926年，首任系主任是葉企孫先生。眾所周知，老清華物理系培養的學生在中國現代科學技術發展中起了舉足輕重的作用。總結其原因，一流的師資隊伍、共同的理念、與國際接軌的體制是最值得稱道的[1]。

在教育理念上，老清華物理系實施“只授學生以基本知識”和“理論與實驗并重，重質不重量”的葉企孫教育思想。物理系課程設置的總出發點，是給予學生經典物理和現代物理在理論和實驗方面的踏實的教育和訓練。使學生懂得物理現象的基本知識，掌握在物理領域內應用數學的能力，并初步受到近代科學實驗方法的訓練[1]。

當年的清華物理系，學習和研究的氣氛十分濃厚。葉企孫、吳有訓等先生鼓勵學生自學，鼓勵學術問題自由爭論，鼓勵學生選讀化學、數學……等外系課。清華物理系以培養學生主動的研究能力為目標，“是要學生想得透；是要學生個個有自動研究的能力；個個在物理學里邊有一種專門的范圍；在他的專門范圍內，他應該比先生還懂得多，想得透；倘若不如此，科學如何能進步？”[1]

所有教授都重視科研工作，更重視實驗室工作，對學生的教學實驗都非常重視。教師們除了指導學生上實驗課外，都有自己的實驗科研課題，日以繼夜地在進行工作。老師們的行為給學生樹立了很好的榜樣，清華物理系的學生們也重視以實驗為基礎的科研活動。例如，錢偉長和顧漢章自大學三年級第二學期起就在葉企孫教授指點下從事北平大氣的測定研究。他們自己克服困難，設計儀器，自己動手制作儀器，曾與北平每日天氣的變化聯系起來，連續9個月日以繼夜地24小時測定了大氣電場強度。又如，葉企孫曾建議熊大縝研究紅外攝影，但那時紅外線敏感的膠卷還是國際上的保密技術。在國內工業落后的環境里，熊大縝在一無資金，二無技術的條件下，經過兩年的時間就搞了出來[1](1935年，熊大縝本科畢業)。

中國第一張紅外照片(熊大縝1935年在清華大學氣象臺頂拍攝的北京西山夜景)

老清華物理系重視學生的科研訓練，是造就了一批科學英才的重要原因，后來他們中的很多人成為了我國一些學科的奠基人、帶頭人，或高新技術領域的開拓者。

2 1998年開始的“基礎科學班”正式將seminar列入培養計劃

1952年全國的院系調整，清華物理系被并到北京大學，直到文革以后的1982年清華物理系才恢復建制。從1952年到1982年這30年，在清華雖然物理系不復存在，物理學科處于低谷，但清華物理教學沒有中斷，老清華物理系的傳統猶存，嚴謹的學風，“自強不息、追求卓越”的精神一直得到傳承；又教學，又搞研究的頑強努力，始終沒有停止。

物理系廣大教師深刻認識到，沒有一流的物理教學，就難于培養出一流的創新型人才。一方面是要繼續為全校其他理工科，甚至文科各系學生提供優質的物理教學，給全校幾乎每位本科生打下一個好的物理基礎；另一方面的任務是要培養杰出的物理人才，具體目標是培養物理學基礎型人才和物理學應用型人才。基礎型人才應當具有扎實的基礎知識、很強的創造意識和動手能力，最重要是對探索自然奧秘有濃厚興趣，并愿意為之獻身；應用型人才除了同樣具有扎實的基礎知識、較強的動手能力外，還要具有善于從技術應用中提煉出物理問題，善于將現代物理成果應用到技術發展中去的能力。此外，所培養的學生都應有健全的人格、良好的人文修養，國際化視野和批判精神，具備進一步深造的基礎和潛能。

1997年年底，清華大學校領導接受了理學院的熊家炯、尚仁成、白峰杉、徐湛4位教授的提議，決定在物理系開辦“基礎科學班”，探索拔尖人材培養的新模式。“基礎科學班”于1998年開始招生試辦，其培養方案有如下特點：在一、二年級同時強化數學和物理教學；進行大幅度教學改革，使學生盡早參加科研實踐(seminar課)；三年級以后逐步分流，學生可根據自己的志向和興趣確定學科方向，并有多次選擇機會。

物理系充分利用學科建設成果為培養人服務，積極鼓勵學生本科期間參加科研活動，并在“基礎科學班”將seminar正式列入培養計劃，從系內、校內有關院系以及校外有關研究所和其他大學，聘請富有研究經驗的教授、院士擔任導師，提出研究題目。學生可根據自己的興趣和意愿，選擇導師和研究題目，進入導師的課題組進行科研實踐訓練。科研訓練幫助學生找到適合自己的研究方向，也幫助學生學會在科研中滲透式學習，培養其創新能力。經過seminar訓練后同學們可根據自己的學科興趣和意愿選擇在本校或到校外有關高校和研究所做畢業論文或畢業設計[2]。

前系主任熊家炯教授以自己在20世紀50年代留學蘇聯時的經歷有力地說明了科研訓練對青年學生成長的巨大影響,引導學生認識seminar對人的科學品質的形成的作用。他說：“20世紀50年代，我在前蘇聯求學時接受過那里的“因材施教”。……那次seminar訓練，通過自己閱讀(不是課堂聽老師講)明白了“光電效應”這個物理學史上意義重大的典型事例的來龍去脈，做了一個像樣的報告，使我飽嘗主動自學的樂趣，從此一生竭力推崇seminar與自學。不僅使我增長了獲取知識的能力，更重要的是擴大了我的視野，提高了對科學事業的崇敬心和進取心。”

“基礎科學班”在多年的辦學實踐中，探索和建立了學生在導師指導下參加科研實踐訓練，最后逐步選擇發展方向的培養模式，取得了顯著的成功。從1998年“基礎科學班”建立以來，對每屆學生進行的調查表明，學生對seminar普遍反映很好，認為收獲很大或較大的學生達95%以上。同學們不僅在研究中學到了知識、增長了才干，還取得了一批可喜的成果。最早畢業的基科班學生中，已涌現出好幾位學術新星，他們在物理、數學等基礎科學領域取得的學術成果和發展勢頭引起了國際學術界的關注。如1999年進入基礎科學班學習、2006年獲得清華大學博士學位的祁曉亮業已成為國際上拓撲絕緣體研究的帶頭人、斯坦福大學物理系副教授。已有5位“基礎科學班”校友獲得美國的Sloan獎，分布在物理學、生物學、計算機科學等不同學科[3]。

清華物理系復系以來已走過36年，實施“基礎科學班”培養模式也已20年，在人才培養中一直視科研訓練為重要環節，這樣培養出來的學生，普遍顯示出較強的研究創新能力，科研訓練大大提高了學生學習的主動性，激發學生的興趣和潛能，為學生終身學習和發展奠定更為堅實的科學基礎。

3 2009年建立的“清華學堂物理班”繼承和發揚了seminar制度

2009年9月清華大學物理系正式組建“清華學堂物理班”，時間正值改革開放30年后，國家經濟、科技各業顯示騰飛之時，時代迫切呼喚拔尖創新人才迅速涌現。物理系公布了“清華學堂物理班實施方案”，組成以朱邦芬教授為首的領導小組，當年9月通過面試招收了08級17名優秀學生；12月又面試招收了09級12名優秀學生，清華學堂物理班邁出了第一年的起步。

“清華學堂物理班實施方案”中明確指出，設立學堂物理班“旨在培養具有國際一流水平的物理學家，并帶動全校基礎科學人才以及其他拔尖創新人才培養質量的進一步提高。” 學堂物理班激勵學生潛心物理學學習和研究、成長為國際一流物理學家。在實現這個人才培養目標的過程中，“清華學堂物理班”提倡“獨立之精神，自由之思想”的學術精神，著力營造一流人才成長的良好環境；“清華學堂物理班”鼓勵學生充分發揮主動性，主動按照自己的情況制定成長規劃，主動學習，主動與其他同學討論，主動與老師交流；“清華學堂物理班”重視學生國際化視野的養成，鼓勵學生主動進行國際交流[4]。

“清華學堂物理班” 繼承和發揚了“基礎科學班”的seminar制度，認為seminar科研訓練能幫助學生學會在科研中滲透式學習，培養其創新能力,也幫助學生找到適合自己的研究方向，引導本科生進行科研訓練，是進步的教育理念。具體實行的方式是：一、二年級的seminar研討組(班、課)；三、四年級的seminar研究(國內科研組)；出國2～3月的seminar研究(專題)。低年級(一、二年級)同學主要圍繞課程學習自發組成seminar研討組，學堂班鼓勵他們相互討論交流，在理解的基礎上從廣度、深度加強認識。

重點是三、四年級的seminar研究，學堂班要求學生根據自己的興趣和意愿自主選擇導師，在導師指導下進行seminar研究活動，導師可以在物理系，也可在清華高等研究院、工物系、交叉信息學院等其他院系，甚至中科院、北大……。seminar研究主要在導師指導下與研究組的研究生、博士后配合著進行，同時有相對獨立的任務，由導師督促檢查進度。一般在三年級后的暑假小學期結束后在年級有一次集中的匯報和考核。利用暑假在國外實驗室完成的seminar研究，回國后也要匯報和考核。

學生參加seminar研究目的首先是具體學習怎么做研究，了解研究的一般過程，哪些環節重要等；其次是針對研究中的問題深入學習，學會“滲透式”的擴充知識的方法；第三是通過活動了解一些研究的方向，明確自己的研究興趣。科研訓練可有不同形式，不同內容，不同層次，核心是學習研究。科研訓練對學生的意義最主要的不是取得一個具體成果，而是研究意識的養成。

學堂班的同學一般對seminar研究有很高的熱情，向老師請教，查閱資料，相互研討，在實驗室勤奮工作，取得的成績很令人鼓舞。在seminar研究結束時，普遍受到實驗室老師的肯定。物理系國家重點實驗室的老師評價說：“這些本科生在實驗室里學到了獨立自主、能夠尋找問題同時解決問題的科研能力，也實實在在為實驗室的發展做了貢獻。”后續的事實也證明，學生經過seminar研究訓練后，普遍顯示具有較強的學習探索的主動性和興趣，較強的研究創新能力，seminar研究為學生終身學習和發展奠定更為堅實的科學基礎。

學生畢業多年后，回憶這些經歷，仍然充滿激情，他們寫道[5]：

“seminar是鼓勵本科生接觸前沿科研的設置，給了我們很多機會去了解真正的物理科研是什么樣的。”

“本科的4年不僅打下了扎實的基礎，更是因為早早開始了科研，知識面得到了極大的拓展，直到現在我仍受益匪淺。當時最初的驚鴻一瞥物理的美，讓我得以現在仍在前行探索。”

“清華的后兩年，我們進入seminar訓練，這正是基科班從成立之初就意識到的對科研訓練的重視。……我們接受的科學教育不僅僅是規范的訓練，更是讓求索演變成日常乃至直覺。我們有幸在科研之初就被展示的關于何謂科研何謂創新的最質樸深刻的定義”

“基科班還有鼓勵學生嘗試科研的傳統，這和后來的學堂班精神也是契合的。能更早地接觸到實際的科研可以讓我們更早地了解自己所選的人生之路。……從我個人的體會來說，堅定我選擇走科研道路的不是別的，正是看到了很多教授，科研工作者有活力的生活和理想主義的情懷，這種專注和求知欲讓我著迷，而不斷能學習新知識的成長型人生也讓我感到滿足。”

“清華學堂物理班幫助我們更早地接觸和了解科學研究。……我們有機會了解到不同領域的研究前沿，更早地選擇自己更加適合并且更感興趣的研究方向。從另一個角度來看，本科生科研實踐也非常有效地促進和鞏固對基礎知識的學習。具體的科研題目可以幫助我更多地了解科研中需要用到的知識和技能，從而提高學習的目的性與能動性。與此同時，科研實踐也是對學習到的基礎知識的一次很好的練習。在這些更加生動而更接近實踐的例子中，所學的基礎知識得到進一步的加深與鞏固。”

4 結語

引導大學本科生進行科研訓練是進步的教育理念，科研訓練對本科生成長為創新性人才意義重大，清華物理系幾十年的本科生的教學實踐證實了這點。清華物理系的學生在大學三、四年級進入一個研究組或實驗室完成seminar研究已經形成制度，列入培養計劃。