物理學科拔尖人才“貫通一交叉\"培養模式的創新實踐

中圖分類號：C961 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）19-0064-04

Abstract：Thisstudyrespondstothedemandforversatileandelitephysicstalentsinthenewerabydevelopingadualdimensionaltrainingframeworkthatintegrates\"comprehensivecultivation\"with\"interdisciplinaryfusion\".Utilizingdatafromthe physicsdisciplineatNanjing UniversityofScienceandTechnology，theeficacyandgeneralizabilityofthisframeworkare substantiatedthroughcurriculummatrixanalysisandthetrackingoflearningoutcomes.Astructuredcurrculumprogresionis devisedtofacilitethespiraladvancementoftheknowedgesystem，whileaninterdisciplinaryplatformisestablishedtofoster integrationacross disciplines.Thestudyproposesinovationsincuriculumdesign，thebreakdownofdisciplinarysilos，anda mechanismforintegratingresearchandteachingineducation，oferingsolutionsforthenurturingofelitephysicstalentsand contributing a pragmatic model to the reform of higher education.

Keywords：elitephysicstalents；integratedcultivation；interdisciplinaryintegration;curriculumsystemoptimization; enhancement ofresearch capabilities

在科技革命與產業變革深入發展的時代背景下，針對國家創新驅動發展戰略對高端人才的迫切需求，培養既具備扎實數理基礎，又擁有跨學科知識整合能力及原始創新能力的物理領域拔尖人才，已成為高等教育改革的核心議題。相關研究表明，當前培養體系存在結構性缺陷：傳統培養模式受限于單一學科的知識傳授路徑，既難以跨越學科界限實現知識體系的重構，又缺乏針對復雜問題的創新能力培養機制，與知識生產模式的轉型及STEAM教育的發展趨勢明顯不符。面對這一重大現實挑戰，戰略性地構建了“貫通一交叉”雙維度協同育人體系。該體系打破傳統學科界限，重組知識生產要素，在人才培養范式上實現了三大突破：一是知識體系在縱向上的貫通性重構，二是學科生態在橫向上的交叉性融合，三是創新能力的全鏈條培育。這一體系為物理拔尖人才培養中的關鍵難題提供了具有示范意義的理論框架與實踐路徑，其方法論創新對高等教育供給側結構性改革具有重大的范式創新意義。

一 物理學科拔尖人才培養的現狀與挑戰

（一）培養體系的學理審視與結構優化

在全球高等教育競爭格局中，物理學科拔尖人才培養已形成三大核心范式：美國常春藤盟校的“榮譽課程 ⁺ 科研導師\"模式、德國洪堡體系的“本研貫通 + 學術共同體\"模式，以及我國探索的“書院制 + 科教融合模式[2-3]。這些實踐通過重構課程體系、創新導學機制、貫通培養路徑，初步構建了具有學科特色的卓越人才培養框架。

但深層次的結構性矛盾正制約著培養效能的提升。其一，理論與實踐之間的結構性斷裂日益凸顯。在物理教育中，理論與實踐本應是相輔相成的，共同促進學生的全面發展。然而，當前教育體系往往過于偏重理論知識的傳授，而忽視了實踐能力的培養，導致學生雖然掌握了豐富的理論知識，卻在面對實際問題時束手無策，難以將所學應用于實踐，從而影響了培養效果。其二，標準化與個性化之間的制度性沖突不斷加劇。我國\"雙一流\"高校物理專業課程在設置上追求標準化，以確保教學質量的一致性，但這也帶來了同質化問題，使得不同高校、不同學生的課程體驗缺乏差異性。與此同時，學生的學術志趣和潛能存在極大差異5，他們渴望得到個性化的培養和發展。而現行評價體系往往難以適應這種差異化需求，特別是在量子科技、凝聚態物理等前沿領域，更需要靈活、多元的評價方式來激發學生的創新潛力。其三，學科交叉面臨的體制性障礙愈發顯著。在科技迅速發展的今天，學科交叉已成為科技創新的重要源泉。然而，我國當前的教育體制和學科設置卻在一定程度上阻礙了學科交叉的發展，不同學科間仍存在壁壘，交流與合作不夠充分，導致學生在跨學科學習和研究中面臨諸多困難。這種體制性障礙不僅限制了學生的視野和思維，也影響了物理人才培養的創新性和綜合性。

（二）范式轉型面臨的多維度挑戰及應對策略

學科生態的革新：傳統培養模式已逐漸陷入物理內卷化的困境，學科生態呈現僵化和單一性，急需進行全面革新。為應對這一挑戰，應積極推動物理跨學科融合，打破傳統學科壁壘，促進知識交叉滲透與融合共生，激發新思想火花，為學科創新發展提供持續動力。

創新機制的再造：傳統“驗證式實驗-應試型考核”范式已失效，無法有效激發學生創新思維和實踐能力。因此，創新機制急需再造，鼓勵學生探索未知，嘗試新思路、新方法。應構建開放、包容的創新環境，提供多樣化實踐平臺，讓學生在實踐中鍛煉創新能力，培育實踐精神。

實踐體系的重塑：物理人才面臨知行鴻溝，科技成果轉化率滯后，實踐體系亟待重塑。為此，應建立“基礎實驗室-科研平臺-產業園區\"漸進式實踐體系，讓學生在實踐中深化理論理解，掌握科研技能。通過產學研合作，促進理論與實踐融合，提高科技成果轉化率。

個性發展的突圍：單一學術評價體系限制人才個性化發展，創新潛力難以充分釋放。為打破這一局限，需建立多元評價體系，涵蓋科研創新、工程實踐、學術領導等多個維度。該體系應適配不同領域人才成長規律，尊重個體差異，鼓勵人才在各自擅長領域發揮所長，實現個性化發展，最大化創新潛力。

二 “貫通一交叉\"培養模式的構建

（一）縱向貫通培育：“基礎-專業-前沿\"三階遞進課程體系構建

在物理拔尖人才的全面培養體系中，一套完備且系統的課程體系占據核心地位。創新性地提出了“基礎-專業-前沿\"三階遞進式課程體系，旨在全方位、多層次提升學生的綜合素質與能力。

1基礎階段：夯實數學與物理基礎理論根基

基礎培養階段著重于數學與物理學科基礎理論的體系化構建。通過高等數學、線性代數、概率統計等課程的遞進式數學知識體系，以及力、熱、光、電等物理基礎模塊的有機融合，為學生構建起一個完整而系統的數理知識架構。在教學實施上，采用理論推導、數值驗證、實驗探究相結合的教學方式，并結合數值仿真實驗和基礎物理實驗操作，將抽象的數理概念以可視化的方式呈現。這種培養范式不僅強調知識要素的縱向深化，更注重科學思維體系的橫向拓展，促使學習者逐步形成從數學建模到物理闡釋的知識遷移能力，為后續專業課程群的學習奠定堅實的數理邏輯基礎和量化分析能力。

2專業階段：強化專業理論與工程實踐能力

專業培養階段致力于構建“知識奠基-能力轉化-創新突破\"的進階式人才培養框架，以半導體器件與物理方向為典范。此階段通過系統化的課程模塊與層次化的實踐平臺，促進專業理論與工程實踐的深度融合。在理論構建方面，設立半導體“物理基礎-器件原理-制造工藝\"課程體系，并配套開設計算物理學、半導體理論研究方法、半導體綜合實驗與設計等課程，幫助學生構建起半導體領域的多維度認知體系。

實踐能力培育則遵循“基礎實驗-綜合實踐-產業項目”的逐步進階路徑：利用半導體工藝仿真實驗室進行器件制備的模擬實驗，通過半導體器件測試平臺實施電學特性的實測實訓，最終在企業導師的引領下，完成如半導體功率器件性能提升等實際工程項目。這種產學研一體化的培養模式，不僅使學生牢固掌握半導體專業的核心理論，還具備了器件仿真設計、工藝參數調優等工程實踐技能，實現了人才培養與產業需求的有效對接。

3前沿階段：塑造創新能力與科研素養

前沿培養階段以創新思維培育與科研素養提升為雙重核心動力，構建了涵蓋“認知拓展-實踐深化-思維躍升”的培養機制。在認知拓展方面，通過開設一系列模塊化的學科前沿課程集群，并系統融合院士講座、學科交叉研討會、國際學術工作坊等多種形式，搭建起一個全景式的學術認知框架。

在實踐深化層面，采用“項目制 ∣+ 導師制”的雙重驅動模式，依托半導體微納結構與量子信息感知工信部重點實驗室、江蘇省半導體器件光電混合集成工程研究中心等高端科研平臺，實施本科階段全程貫穿的學生科研訓練計劃，形成了以賽激勵研究、研究與賽事相互促進的良好生態。在思維躍升層面，創新性地構建了“問題引領-方法革新-成果轉化”的思維訓練路徑。通過引入思維訓練工作坊等輔助工具，并結合海外頂尖高校的聯合培養項目，打造出具有國際競爭力的創新人才培養新模式。

（二）橫向交叉融合：學科交叉融合創新平臺建設方案

為實現跨學科復合型人才的培養目標，基于新工科建設理念，構建“物理 + ”多學科交叉人才培養體系，通過三大特色方向實現基礎學科與前沿技術的對接：

其一，聚焦于半導體與新能源材料領域，系統性地構建了材料科學與凝聚態物理交叉融合的課程體系。核心課程群包括半導體能源材料與應用、半導體功能材料等理論課程，并配套建立了材料合成制備、微結構表征、性能測試等三大實驗平臺。通過實施“理論奠基-實驗實踐-項目創新”的培養路徑，將量子力學、固體物理等基礎理論知識應用于材料研發中，重點培養學生的創新能力，使其在新型功能材料開發領域具備競爭力。

其二，整合工程物理與先進制造技術，涵蓋電工學、電子工藝實習、模擬電路與數字電路等特色課程。依托省級虛擬仿真實驗平臺與智能裝備實訓中心，開展工業級EDA設計、精密儀器裝配等實戰訓練。通過項目制教學模式，與企業共同建設智能傳感器、工業機器人等產教融合項目，顯著提升學生的工程轉化和實踐能力。

其三，瞄準量子科技國家戰略，設置量子力學基礎、量子信息導論等核心課程，并配備量子光學實驗平臺、量子計算虛擬仿真系統等前沿教學設備。通過構建“基礎研究-技術開發-應用實踐”的進階培養模式，依托量子密鑰分發、量子態調控等創新實驗項目，重點強化學生在量子通信、量子傳感等領域的技術實現和創新能力。

三“貫通一交叉\"培養模式的實踐探索

（一） 課程體系的優化與實施

在新時代高等教育改革的浪潮中，物理拔尖人才培養的課程體系優化成為關鍵任務。南京理工大學基于矩陣分析法的課程圖譜構建，通過剖析課程間拓撲關系，實現了知識體系的層次性重構與能力培養的螺旋式遞進。以知識流拓撲模型為框架，整合經典物理、量子體系、計算物理等模塊，形成立體化課程網絡，加強了理論物理與實驗物理的協同性，并引人交叉學科節點，培養學生復合思維能力。

為確保培養質量，學校創新構建了學習成效追蹤體系，涵蓋“課前診斷-過程監測-終期評估\"機制以及學業表現、科研實踐、創新競賽、綜合素質等多個觀測維度。依托教育大數據平臺，動態構建核心課程認知圖譜，精確識別學生知識盲點與能力弱項。通過自適應學習系統與導師指導結合，實現個性化學習路徑智能化優化。

以2024級本科培養方案為例，學校依托“強基拓新\"計劃構建全面培養體系。通識核心課程群夯實學生科學素養基礎，開設兵器美學、材料與文明、創新與發展等跨學科課程；學科前沿領航模塊采用諾貝爾獎級成果作為教學案例，建立科研反哺教學機制。教學組織模式上，學校突破傳統束縛，構建“書院 + 學院\"雙軌育人生態系統。七大書院打破學科界限，培育學術共同體文化。物理學院聚焦專業深耕，推行梯度化教學模式。這一制度創新實現了通識與專業的有機融合，使學生在前沿領域獲得跨界創新能力。

（二） 實踐環節的強化與拓展

緊密契合新工科物理學科拔尖人才培養的需求，精心構建了以創新能力培育為核心的實踐育人新范式。在校企合作育人方面，學院積極拓展合作路徑，深入開展“訪企拓崗”活動，為學生提供了豐富的科研實訓平臺。通過實施“雙導師制\"項目式培養模式，學生的科研能力得到了顯著提升，多人次在知名學術期刊上發表論文，并榮獲了多項省部級及以上的科研獎項，展現了學院學生的學術潛力和科研實力。

在創新創業教育領域，學院更是獨樹一幟，構建了“課程-競賽-孵化的全鏈條培養體系，并配套建設了設施齊全的創客空間，吸引了眾多產業導師的加入。近年來，學院成功孵化出了多個具有市場前景的創業項目，其中部分項目在“互聯網 + ”大學生創新創業大賽中嶄露頭角，榮獲全國金獎；還有學生創辦的企業憑借卓越的表現，成功獲得了風險投資的支持。這種科教融合、產教協同的實踐育人新模式，不僅極大地提升了畢業生的科技創新能力和實踐能力，也使得學院在用人單位中的滿意度持續保持高位。

四“貫通一交叉\"培養模式的創新機制

（一） 課程體系的拓撲革新

課程體系歷經精心規劃與全面重塑，成功實現了拓撲結構的革新。這一新體系打破了傳統的課程框架，促進了各課程之間的緊密連接與有機融合。課程內容經過系統的優化與整合，巧妙地融人了新穎的元素和模塊，既貼近現實需求，又增強了課程的靈活性和多樣性。學生可以根據自身的興趣和職業規劃，自主地選擇學習資源和路徑，擺脫傳統教學模式的束縛。

（二） 學科壁壘的消融橋梁

為促進物理學科與其他學科之間的互動與合作，特搭建了交叉學科合作平臺。通過舉辦跨學科學術研討會、聯合開展科研項目、共享實驗設施等一系列活動，鼓勵師生相互學習、相互啟發，共同探索學科交叉的融合之處。這一平臺的建立，不僅拓寬了學生的學術視野，還培育了他們的跨學科思維能力和團隊協作精神，同時進一步豐富了物理學科的內涵與外延

（三） 科教協同的育人模式

為了實現科研與教學的協同發展，特構建了相應的機制，使二者能夠深度融合。一方面，建立了科研成果向教學資源轉化的有效機制，鼓勵教師將最新的科研成果融人課堂教學之中，讓學生能夠及時了解到學科的前沿動態。另一方面，構建了多層次的學生科研訓練體系，設立了本科生科研項目、組織學生參與教師的研究項目、舉辦學術競賽等活動，為學生搭建了一條從理論學習到實踐操作的完整路徑。

五“貫通一交叉\"培養模式的實踐成效與評估分析

（一） 學生素質的全面提升

“貫通一交叉\"培養模式成功構建了理論與實踐緊密結合的人才培養新體系，極大地提升了學生的綜合素質與創新能力。該模式通過系統化的課程設計，使學生不僅扎實掌握了基礎理論知識，還深入領略了專業領域的完整知識體系。在實踐教學環節中，學生獨立操作儀器、設計實驗方案，不僅鍛煉了實踐能力，還培養了科學思維和實驗技能。在這種環境下，學生逐漸形成了批判性思維，提高了解決問題的能力，能夠提出創新性的解決方案，展現出了卓越的學術潛力和實踐能力。

（二） 教學成效的多元評估

實證研究表明，“貫通一交叉”人才培養范式取得了顯著的成效。教學效果追蹤數據顯示，大多數學生認為該模式有助于構建完整的知識圖譜，提升專業核心能力和跨學科應用能力。參與該體系的畢業生在復雜問題解決能力方面表現尤為出色。教師團隊也給予了積極的反饋，認為該模式提高了課堂的互動效能，增加了跨學科教研合作的頻次，形成了多項協同創新的教學案例。

（三）社會效益與職業發展的實證展示

“貫通一交叉”培養模式下的畢業生在戰略性新興產業領域的就業率較高，進入知名企業和科研機構的比例也顯著提升。光學工程博士宋文華的成長經歷就具有典型的示范意義。他參與了國防重大型號項目，攻克了關鍵技術難題，項目榮獲國家科技進步獎一等獎。基于這一技術積淀，他創立了南京抒微智能科技有限公司，開發出了國內領先的激光雷達產品。企業取得了顯著的成長，產品實現了規模化應用，充分展示了“貫通一交叉\"培養模式對科技創新型人才的孵化效能。

六 結論與展望

本研究創新性地構建了“貫通一交叉”雙維協同培養體系，為物理學科拔尖創新人才培養提供了全面且系統的解決方案。該體系通過縱向貫通的知識鏈構建與橫向交叉的能力網培育，實現了學科知識的深度融合與創新能力的全面拓展。具體而言，該體系依托課程拓撲革新、學科壁壘消融以及科教協同育人等關鍵實施策略，形成了“基礎-專業-前沿\"的層次化培養框架，有效解決了傳統培養模式中知識碎片化與創新能力受限的問題。實踐結果顯示，“貫通一交叉”培養模式在多個方面均取得了顯著成效。

后續研究將重點推進以下深化工程：一是構建動態課程圖譜，開發“微專業 + 項目制”的靈活課程組合，并建立基于學習科學的能力成長路徑模型，以更精確地滿足學生的個性化學習需求；二是打造跨學科教研合作共同體8，通過“雙聘制 + 導師組\"機制培養復合型師資隊伍，為跨學科教學與研究提供有力保障；三是建立國際培養合作聯盟，與海內外知名高校共同建設虛擬教研室，引人新工科教育理念進行本土化創新，以拓寬學生的國際視野，提升其國際競爭力。這些舉措將為新時代物理拔尖人才培養提供可借鑒、可推廣的范式。

參考文獻：

[1]史維秀，冉檬檬.新工科背景下STEAM教育理念在專業教學中的應用探索[J].中國建設教育，2023（3）：116-119.

[2]鐘秉林，李傳宗.科教融合培養拔尖創新人才的政策變遷與實踐探索[J].中國高教研究，2024（1）：33-40.

[3]相巨虎，黃一慶.現代大學書院制推動拔尖創新人才培養的邏輯、困境與路徑[J].高教發展與評估，2025，41（1）：53-63，131.

[4]麥可思研究院.就業藍皮書：2022年中國本科生就業報告[M].北京：社會科學文獻出版社，2022.

[5]中華人民共和國科學技術部.中國科技人才發展報告2020[M].北京：科學技術文獻出版社，2021.

[6]周紅康.雙導師制：創新型研究生培養的新機制[J].江蘇高教，2006（5）：91-93.

[7]王亮.深度學習視角下基于多模態知識圖譜的MOOC課程重構[J].現代教育技術，2018，28（10）：100-106.

[8]楊文正，許秋璇.融入“大概念\"的STEAM跨學科教研：模式構建與實踐案例[J].遠程教育雜志，2021，39（2）：103-112.

[9]查建中.面向經濟全球化的工程教育改革戰略——產學合作與國際化[J].高等工程教育研究，2008（1）：21-28.