物理專業“強基計劃”學生高質量培養模式的探索與實踐

楊中芹 石磊 朱曉妍 龔新高

摘 要 教育部在2020年面向部分高校發起“強基計劃”，旨在選拔和培育有志于服務國家重大戰略需求且綜合素質高的基礎學科拔尖人才。物理學是自然科學的基石，對國民經濟的發展起著舉足輕重的作用。高效培養物理專業“強基計劃”學生是關系國家未來發展的重要任務。本文從改革課堂授課模式、搭建“立體化”課程體系、實行小班管理及雙導師制等方面介紹復旦大學物理專業“強基計劃”學生高質量培養模式的探索、實踐及取得的初步成效。特別介紹了由學科帶頭人（院士）作班主任舉辦的“大師講壇”等系列班級特色活動對人才培養的大力推動作用。期望凝練成的“研討式、立體化、實踐化、時代化”的培養模式能極大促進我國“強基計劃”學生的培養。

關鍵詞 強基計劃;本科生培養;創新人才

為加強基礎學科建設，強化基礎學科人才培養，實現科技強國目標，教育部在2020年推出了“強基計劃”招生模式[1，2]。全國30多所基礎學科較強的高校積極響應國家號召、根據教育部文件精神開展了“強基計劃”學生的招生及培養[3-5]。物理學是自然科學的基石，它既是理、工、醫學科的基礎，也是我國科技創新發展的先導，對國民經濟的發展起著舉足輕重的作用[6]。探索如何高質量培養物理學科“強基計劃”學生關系國家未來發展、具有重要意義。

復旦大學物理學系作為首批試點高校院系，承擔了摸索、實踐和完善“強基計劃”人才培養模式的重任。復旦物理學系自建系以來一直重視本科人才培養，堅持“以學生為中心”的育人理念。經過70年的發展，物理學系在人才培養方面已累積了顯著的學科建設優勢和優質的人才培養基礎。復旦大學物理學學科為國家首批物理學重點一級學科，下設理論物理、凝聚態物理和光學三個二級國家重點學科;2009年獲教育部“基礎學科拔尖學生培養試驗計劃”資助。物理教學實驗中心是國家級實驗教學示范中心及教育部虛擬仿真實驗教學中心。復旦大學物理學專業入選國家“雙一流”建設重點學科，上海市“高峰學科”，2019年獲批國家一流專業建設點，2020年入選教育部基礎學科拔尖計劃2.0基地[7]。復旦物理學科的雄厚基礎為培養優質“強基計劃”學生提供堅實保障。

復旦物理學科目前共招錄3屆“強基計劃”學生，每屆學生人數在25人左右，每屆“強基計劃”學生獨立編班，實行小班化管理。每屆學生的班主任都是學科帶頭人（含院士）擔任。本文主要以首屆（2020級）學生培養情況為例進行詳細介紹（后面年級大體相似）。

1 改革舉措

1.1 打造“研討式”課堂授課新模式，激發學生創新精神

為夯實“強基計劃”學生的專業基礎，復旦物理學科將11門物理學基礎和骨干課程全部建設為質量過硬、具有深入性、開放性、挑戰性、實踐性等特點的榮譽課程。榮譽課程的授課模式區別于傳統課堂的“講授式”的授課模式，已經革新為新穎的注重師生互動的“研討式”課堂授課模式（圖1），大大激發學生的創新意識、強化了想象力和批判性思維能力。低年級榮譽課程注重學生基礎知識的夯實與外延，教師通過開放式問題激發學生對知識點的深入思考和探索，并通過進一步研討來解決問題;高年級榮譽課程則充分展現“科教深度融合”，在課程內容基礎上以開展前沿課題為導向，學生在高效吸收課程知識點的同時鍛煉了創新思維，為將來做出引領世界的原創性科研成果打下扎實基礎。討論班不圈養，實現“以生為本”的“個性化”的育人思路。

1.2 搭建“立體化”課程體系，提升學生鉆研物理的興趣

創新課程體系，以物理學主干課程為核心，橫向構建各專業方向的選修課程，縱向設立本研銜接課程，側向輔以無學分討論班、物理前沿課、各類講座、論壇、暑期學校、競賽等，構成一“立體化”交叉課程體系。“強基計劃”學生根據自身基礎、興趣愛好，靈活進行修讀內容的選擇。每學期開設5～6門或拓展或熱點或前沿的“無學分討論班”（表1），此討論班的開設打破了傳統剛性的課程結構，學生能修讀到非常感興趣的課程內容，增強學生鉆研物理的內驅力和興趣。因為沒有學分，學生修讀這些課程沒有壓力，學有余力的學生會選擇多個討論班。以現代信息技術為支撐，注重推動優質在線課程、翻轉課堂及虛擬仿真實驗建設，為學生提供多維度的學習、探索資源?；舅醒芯可n程都向本科生開放，鼓勵學生在高年級修讀研究生階段的學位課程，學生可選擇將這些課程學分帶到研究生階段，減少重復學習，達到研究生準入要求的“強基計劃”學生優先直升進入研究生培養階段，助力“強基計劃”學生順利成長、成才。

1.3 實行小班管理及雙導師制，強化“實踐育人”

復旦物理學科針對每屆“強基計劃”學生實行小班管理，首屆“強基計劃”學生的班主任由凝聚態物理領域學者龔新高院士擔任，為學生的課程安排、學業規劃等提供全程、全方位指導。首屆“強基計劃”班主任積極響應教育部號召為“強基計劃”學生構建最優質的培養平臺，如對“榮譽學生”評選、出國交流選拔、入選競賽等，在相同條件下，“強基計劃”學生享有優先權。班主任還定期舉辦班會，營造刻苦努力、積極向上的學習氛圍。同時通過組織集體座談、面對面談心、素質拓展等系列富有吸引力的班級活動，提升班級凝聚力，增強學生的歸屬感，加強對學生的全方位人文關懷。集體座談活動一般以共進午餐方式分批進行（每次7～8位學生），以拉進學生與老師間的距離。

活動時大家可以交流課程學習中的困難、困惑，也可以談對某一物理問題的理解，還可以暢談理想志趣、未來發展規劃。除了班主任，還邀請了包括侯曉遠教授等系資深教授，與同學們促膝談心，通過談心為同學們指明努力的方向，號召同學們立志成才，將來積極投身科技強國建設。

每學期期中、期末收集學生考試情況數據，進行數據跟蹤分析。對成績落后學生，給予鼓勵與支持，并通過任課教師、助教、同學等對學習困難學生提供幫助;為家境貧寒的學生爭取助學金，以助其心無旁騖地完成學業。

對比普通班學生，“強基計劃”學生一個培養特色是配備雙導師制：寢室導師和學業導師。寢室導師主要對學生的生活困難、學業規劃等進行指導幫助，而學業導師集中在對學生遇到的學業問題進行全面、深入指導，包括開展課題研究、指導物理相關的比賽、競賽等。而每位普通學生僅配備一位導師———寢室導師。復旦物理學科給“強基計劃”學生配備的學業導師都是學科杰出人才，包括國家杰青（10人）、長江教授（8人）、院士（2人）都在其中。雙導師制度促進學有余力的“強基計劃”學生有充分機會和良好資源開展科研實踐活動，強化實踐能力，提早領略科研的魅力，幫助學生們樹立將來從事物理等基礎學科研究的志向。目前首屆31位強基學生中有6位學生在學業導師指導下獲得國家級等的課題立項（不含系級課題項目），比例明顯高于普通班學生?？梢?，從各門課程的任課教師、班主任、寢室導師到學業導師，物理學科對“強基計劃”學生很好踐行了“三全育人”思想，讓課外育人與課內育人、理論育人與實踐育人、專業育人與思政育人有機銜接。

1.4 結合課程進度，舉辦富有時代特色的“大師講壇”，激發家國情懷

為強化專業培養、激發學生愛國主義情操，首屆“強基計劃”班主任等還精心策劃并組織了富有時代特色的“大師講壇”活動，內容選題立足于本學科基礎核心課程并圍繞當前國家重大科技需求規劃和國內外重大科技發展展開。所選主題通常都是中國處于世界領跑地位的最新科技進展。活動每學期舉辦3～4次，每場講座不但吸引了“強基計劃”學生前來聽講，還吸引了其他班級學生及感興趣的教師參加，講壇的參會人數多次超過150人。每次報告內容是依據學生當學期物理主干課程的知識點與報告人協商“定制”，報告內容具有基礎性、應用性、前沿性和先進性。這一模式能夠較好解決本科生，特別是低年級本科生，較難有效吸收大師學術前沿報告的弊端。講壇邀請的報告人都是領域內具有深厚學術造詣的大師。報告不僅內容精彩，而且還無形地弘揚了我國科學家為了國家事業治學嚴謹、不畏險阻、執著奮斗的科學精神。

如 在2021年春，學生們在學習“電磁學”和“熱學”物理基礎課程，我們遂策劃了三期大師講壇，兩期與“電磁學”內容相關，一期與“熱學”內容相關。首期講壇即邀請了國家電網公司特高壓事業部王紹武主任給學生們作題為“中國特高壓輸電的創新實踐”的報告。他講述了我國經濟的迅猛發展帶來了在全國范圍內對電力的長期持續增長需求的問題，在當時國際上完全沒有成功經驗可借鑒的情況下，下定決心走自主創新的國產化道路。王紹武主任用一串串具有說服力的、令人震撼的數據及嚴謹科學的論證讓學生知曉了我國在國際上獨占鰲頭的特高壓輸電技術。對學生來說這無疑是一場融合了學術、技術、工程、國家前沿發展的饕餮大餐。為了提升講壇效果，在講壇開始前，我們與“電磁學”主講教師溝通了報告的詳細提綱，主講教師在課堂上對報告涉及的一些核心知識點進行必要知識鋪墊，以充分銜接好“基礎”與“前沿”知識模塊。在講壇結束后，主講教師還在榮譽課程討論班上對報告中有趣知識點，如特高壓交流變壓器原理等，組織學生進行進一步討論和探究?？梢?，這個活動讓學生有機會充分了解我國重點戰略需求及科技發展動向，增強“四個自信”，激發家國情懷和使命擔當意識。表2為2021年—2023年舉辦的代表性“大師講壇”，圖2為“大師講壇”現場。

2 初顯成效

2020年是全國“強基計劃”招生元年，對于如何培養好“強基計劃”學生，全國施行這一招生模式的高校都在探索[4，5]。復旦物理學科經過兩年多的探索和實踐初步形成相對成熟的政策、舉措和培養模式?！笆陿淠?，百年樹人”，這一培養模式是否成效卓著，需要等到這批“強基計劃”學生走上各行各業的工作崗位后才能明確。不過，我們從“強基計劃”學生在校內的學習、科研實踐、競賽等情況可初見端倪，展現了復旦物理學科針對“強基計劃”學生培養而實施的改革舉措具有明顯成效。下面分別從學習、科研實踐、比賽競賽、問卷調查等情況進行介紹。

2.1 學習情況

表3給出2020級“強基計劃”學生（31名）第1學期和第1～5學期即前五學期平均成績（績點）的變化及與普通班學生（81名）的對比（滿績點為4）。從表中可以看到“強基計劃”學生在第1學期總體學習情況不如普通班學生，前者的平均績點低于后者0.17，說明招錄進來的“強基計劃”學生的平均學習成績較明顯低于后者。不過，第1學期“強基計劃”學生的中位數績點比普通班稍低，僅低0.06，說明“強基計劃”學生兩極分化現象較為明顯，成績優秀的學生和成績較差的學生占比都比較大，這個現象可以通過首屆“強基計劃”學生進行了校內補錄取來理解，即補錄取的學生相對比較優秀。從對2021及2022級學生的數據分析發現，隨著招生政策的進一步優化及學生和家長對這一招生模式認識的逐步成熟，在沒有進行校內補錄取情況下，后面年級的“強基計劃”學生的生源質量得到較大提升，特別在競賽生招生方面，這更好契合了教育部設立這一招生新模式的初衷。

至第5學期結束，我們欣喜發現“強基計劃”學生的平均績點提升到3.21，而中位數績點上升到3.42，中位數績點已超過普通班學生的相應績點。說明在這個過程中，“強基計劃”學生總體的學習成績有較大幅度的上升，特別是優秀的學生上升更多。第五學期結束時年級前10名學生中4人是“強基計劃”學生，年級前20名的學生中8人是“強基計劃”學生，這兩個百分比（40%）均高于“強基計劃”學生與總年級人數的占比（28%）。

我們還可以從榮譽課程的修讀進一步分析“強基計劃”學生的培養情況。圖3（a）和（b）分別給出2020級“強基計劃”學生和普通班級學生修讀榮譽課程數據，可以發現“強基計劃”學生絕大部分（76%）都修讀了至少一門榮譽課程，有14%的“強基計劃”學生修讀了6門及以上的榮譽課程（前5學期共10門），這個比例遠遠高于普通班學生。普通班學生有近一半的學生沒有修讀榮譽課程，修讀6門及以上的學生僅占3%。從每門榮譽課程的修讀占比也可明顯看出這一趨勢，如對于“力學”榮譽課程，超過70%的“強基計劃”學生修讀了，而普通班級僅約27%的學生修讀;約50%的“強基計劃”學生修讀了“電磁學”榮譽課程，而普通班學生僅12%修讀了。因為榮譽課程相比普通課程極具挑戰性，難度加深、內容拓展，“強基計劃”學生在較大比例修讀榮譽課程的情況下在第五學期學習成績有明顯上升且中位數績點超過普通班級，這很好反映了這套“強基計劃”培養模式富有成效。

對各門榮譽課程成績的分析同時發現：修讀榮譽課程的“強基計劃”學生獲得優異成績的比例一般也比普通班的高。如獲得“熱學”“電磁學”“熱力學與統計物理”榮譽課程A 類成績的學生超過60% 是“強基計劃”學生。這些數據表明任課教師、學業導師、班主任等成功點燃了“強基計劃”學生學習物理的積極性、激發他們不畏艱難、挑戰榮譽課程，很好地夯實了專業基礎。

2.2 科研項目及比賽競賽情況

“強基計劃”學生在學業導師（或其他導師）指導下積極參與科研實踐，目前2020級“強基計劃”學生獲得國家級、上海市級課題立項6項，具體立項項目見表4。課題選題都屬于國際最前沿方向，通過這些項目的開展，“強基計劃”學生在科研素養、科研能力方面將有長足提升。一般一屆學生在畢業時，開展國家級等科研項目的人數比例大概是20%，2020級“強基計劃”學生在二年級即達到這個比例，實屬不易。除此之外，有約20%的“強基計劃”學生已修讀或正在修讀“科研實踐”課程，即進入教授課題組開展課題研究，這一比例也高于普通班級的16%。“強基計劃”學生還積極參加各項比賽和競賽，并頻獲佳績。如2020級“強基計劃”學生諸思吟和趙冠迪同學獲得中國大學生物理學術競賽（CUPT）[8]特等獎（2021年度），且諸思吟同學擔任復旦隊的隊長;朱彥達同學榮獲上海市大學生物理學術競賽一等獎（2021 年度）。

2.3 問卷調查結果

為更好了解“強基計劃”學生的狀態，每學期會對“強基計劃”學生的情況進行問卷調查，這些問卷結果也反映了培養成效。圖4給出了2020級“強基計劃”學生近三學期學習壓力的變化情況，對學習吃力的學生，課程越來越要花更多時間來學習，這與隨著年級增加，課程難度在增加一致。而能跟上課程節奏的學生由于適應了大學學習方式，能做到高效學習，他們的學習隨著年級增加變得相對輕松。這使得打算或已進入課題組開展課題研究的人數在學生進入三年級（2022秋）時有大幅增加。這與我們期望一致，通過科研實踐強化學生“實踐能力”培養，正如李政道先生所說“讓本科生盡早參與到科學研究中來”，通過科研實踐增強學生的創新意識和能力。

圖5展示了學生從學業導師處獲得了哪些方面的幫助和提升，可以看到隨著年級增加學生與學業導師的接觸增加，在學業導師的影響和指導下，學生們對物理的興趣逐步提升，這與教育部希望通過這個計劃加強基礎學科建設及基礎學科人才培養的宗旨相一致。學生還從學業導師處獲得越來越多的專業知識及科研能力方面的指導和幫助。

對于“大師講壇”，我們了解到大部分學生能較好理解每次講壇的內容，基礎比較好的學生能很好理解講壇的核心內容。對于大學生，國際前沿報告能收獲這樣的效果已經達到預期目標。2020級的“強基計劃”學生目前處于三年級下學期，再過一年多他們將畢業，我們通過問卷也調查了他們對畢業后的發展規劃，結果顯示有約60%的學生表示會在畢業后選擇攻讀本專業的研究生，較多的學生愿意將最重要的基礎學科之一的物理學作為繼續深造的方向是我們非常希望看到的。

2.4 學生反饋摘錄

下面摘錄一些學生們對施行的改革舉措的特色評價，從這些評價可以看出學生對這套培養模式的認可。

關于“研討式”課堂授課新模式：“電磁學榮譽課要求我們在完成平行班課程任務的基礎上，三人一個小組完成自選課題的探究，并在期末前進行課題匯報，這種形式幫助我們了解科研工作中的基本流程和合作?！薄傲孔恿W榮譽課的主要形式為專題討論，令我印象極深的一次討論即關于儀器測量和理論計算的討論，最終使我深刻理解測量與坍縮的本質、對易算符可以具有相同的完備本征態集等性質，這樣的專業課程學習給予了我清晰的物理圖像、物理直覺和完善的學習能力?！薄拔锢硐翟O有榮譽課程，我在熱學課上研究過熱隱身衣，驚嘆于微分幾何在材料科學中的妙用;也在熱統課上研究過時間晶體，對凝聚態的范式有了全新的理解。其間，能與志同道合的同學相處合作，討論學習，互相幫助，是莫大的幸運?！?/p>

關于“立體化”課程體系：“（學生通過無學分討論班學習了廣義相對論）上次課討論內容為廣義相對論的數學基礎。老師精心設計了討論班的各個環節。同學們充分準備且積極參與討論，學習效果遠優于自己一個人啃書。大一同學也能學廣義相對論，刷新了認知?！薄傲硗庖粋€重要的學習平臺是每周二下午的物質科學報告。即使我當時的研究興趣主要在天體物理，但我也會定期參加，我周圍的同學和很多高年級的本科生也都會參加這個活動，這已經成為物理系的一個學術傳統。這些報告的知識寬度和深度是課堂完全無法比擬的?！薄罢n程之外，院系組織了各類的課題或科研相關的訓練項目，包括榮譽課程、CUPT與理辯社的項目、曦源項目、其他FDUROP項目、拔尖計劃、學業導師等等不一而足。我認為這些項目對我成長的幫助極大?！?/p>

關于強化“實踐育人”：“憑借校內豐厚的學術資源和學習平臺，入選拔尖計劃后在修發賢教授課題組進行科研實踐。在此期間，申請了國家級大創項目—碲化銀的輸運性質研究，以此為目標進行了理論學習和實驗實踐。目前已經制得高遷移率的碲化銀樣品以供測量，且突破性地觀察到這種具有各向異性狄拉克錐材料中具有的量子霍爾效應。在本學期內已經完成中期匯報工作，應當可以順利完成結題報告的撰寫。在實踐過程中既鍛煉了自己的能力，也進一步加強了對理論知識的理解深度，感謝院系提供了這樣良好的平臺可以在課堂之外進行科研訓練?！薄盁o論是寸木成樹成松，還是個人成長成材，難離良好環境。萬老師是我的強基學業導師，在我步入復旦之初，讓我對理論物理的認識由模糊變得清晰;也讓我了解到走上此途所需的決心與勇氣。萬老師在學業與科研上的指導，讓我較快踏上科研道路。在“強基計劃”支持下，學生不僅能夠接觸到最前沿的研究成果，也能夠與導師建立深厚的師生關系。”

關于“大師講壇”特色活動：“我覺得王紹武高工真的非常符合我心目中大國工匠的形象，他能夠幾十年如一日地投入自己熱衷的事業，為國家作出貢獻，激勵著我今后去探索和奉獻！”“這次講座不但讓我對這一項重大工程有所了解，并對國家基建更加充滿自信，而且還在6項突破中介紹了空氣中的導體的實際情況，結合了課內學的知識，并有所拓展，讓我得以融會貫通，并能深入了解應用物理在真實情境下的情況，很贊！”“第一次知道磁力線可以當作彈性繩一樣來利用，也更深入地了解了天文學，明白了物理學的基礎作用?！薄霸疽詾橄裰袊煅圻@樣子的大工程應該會非常的高級吧，沒有想到會和我們的上課內容有這么大的關聯，比如傅里葉變換，比如頻譜分析。”“這次講座令我收獲頗多！ 令我感受最深的是講座之后李菂老師和其他老師之間關于中國天文學的討論。李老師的看法和我之前所認識的基本一致：我們可以在天文學的一些方面做到領先，但整體上還有一定的差距。這些差距需要更多的中國青年投身天文工作迎頭趕上?！?/p>

3 結語

“強基計劃”是教育部設立的一種嶄新的選拔和培養有志于服務國家重大戰略需求的基礎學科卓越人才的新方式。優秀的“強基計劃”學生不僅需要具有扎實的專業知識和很強的專業創新能力，還需了解國家科技重大需求且具有遠大理想、家國情懷及較高的綜合素質?；谏鲜瞿繕?，復旦物理學科從以下四個方面對本科生的培養模式進行革新，以實現對“強基計劃”學生高質量培養。（1）改革課堂授課模式。打造了“研討式”的課堂，通過加強師生互動、激發學生創新精神、強化批判性思維能力的培養，為將來做出高質量原創性科研成果打下基礎。（2）搭建“立體化”的交叉課程體系，提升學生鉆研物理的興趣。學生根據自身興趣愛好可靈活選擇課程，充分追尋自己的學習興趣。（3）實行小班管理及雙導師制，強化“實踐育人”。通過舉辦系列班級活動營造積極向上的學習氛圍、提升學生綜合能力。雙導師制讓“強基計劃”學生有充分機會和物理“大咖”面對面，踐行“三全育人”，在“大咖”引領下遨游物理知識的“海洋”、為構建新物理而努力。（4）舉辦與課程內容及當下國家重大科技發展關聯的“大師講壇”活動，激發學生家國情懷。通過探索與實踐凝練成的一套具有“研討式、立體化、實踐化、時代化”特征的培養模式已初步顯現成效。

參 考 文 獻

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