清华物理系本科人才培养理念与实践

本文作者：王亚愚教授

自1926年建系起，清华大学物理系就将教学和人才培养作为首要工作，以为国家乃至全世界培养一流物理学人才和各行各业栋梁为己任。对本科教学理念与实践的探索，是贯穿清华物理系发展史的一条主线：从建系初期叶企孙先生奠定的教育思想和体系，到伴随杨振宁先生创建高等研究中心而成立的基础科学班，再到朱邦芬院士倡议并主导的清华学堂计划物理班，其精神和理念是一脉相承的。在我加入清华物理系任教的10年时间里，参加了很多次全系范围内对本科教学和人才培养工作的深入研讨，从培养体系的改革，到特色系列课程的建立，直至一门课程的安排，无不力求尽善尽美。

然而，正所谓“十年树木，百年树人”，人才的成长是一个非常复杂的过程，一流科学人才的产生更是没有简单的规律可循。中国虽然有着悠久的教育传统，中国古代对人类科技发展也作出了重要贡献，近现代科学却没有在中国诞生（李约瑟之谜），我们的学校也不以培养杰出人才见长（钱学森之问）。清华物理系历史上培养了10位两弹一星元勋和80余位两院院士，近年来基础科学班（简称基科班）、清华学堂计划物理班（简称学堂物理班）也培养出了多位杰出青年人才，但是我们的教学和人才培养体系建设依然任重而道远。2018年是清华基科班成立20周年、学堂物理班成立10周年，也是叶企孙先生诞辰120周年。值此之际，我们对近20年清华物理系人才培养理念与实践进行了全面的梳理，并应《物理与工程》杂志之邀将其整理发表，具有特别的意义。

我们对杰出人才的成长规律还处于摸索阶段，有些基本原则是学术界普遍认可的，我们也一直力图将其融入清华物理系的人才培养体系中。以下简单介绍清华物理系在三个方面的理念与实践。

1  广揽名师，营造环境

学术大师的引领对杰出科学人才的产生起着至关重要的作用。在世界物理学史上，玻尔、索莫菲、卢瑟福、朗道、费米等物理学大师均创立了属于自己的学派，培养出大批国际一流物理学家。名师对学生的影响是全方位的,一方面包括传授学生基本知识和方法、引导学生到蓬勃发展的学术前沿、在关键时刻为学生指点迷津，另一方面还包括营造一个有利于青年人才成长的学术环境，如浓厚的学术氛围和充足的学术资源。更加难以估量的是其学术态度、学术品位和学术贡献对学生潜移默化的激励。在人才培养方面，名师扮演的角色就像一个技艺高超的园丁，提供合适的土壤、水源和养料，并适时地修枝剪叶，使得内在禀赋出色的学生不断茁壮成长。

清华物理系在延揽名师方面不遗余力，目前在职教师中包括10名中国科学院院士、9名教育部长江学者特聘教授、10名国家千人计划入选者和14名青年千人计划入选者。这些名师绝大多数都投入到本科培养体系建设、课堂教学和指导科研训练的各个环节。例如，朱邦芬院士不仅创建了学堂物理班、开创了费曼物理学系列课程和基础物理学原理与实验系列课程，还长期讲授本科固体物理；段文晖院士曾担任成材率极高的基科99级班主任，并讲授本科计算物理；尤力教授除了讲授本科量子力学，还指导了多名学生的科研训练并将其推荐到国际一流的冷原子和量子光学研究组；楼宇庆教授讲授过本科普通物理，并指导多名本科生进入天文学前沿研究，此后这些学生中涌现了4位Hubble Fellow、2位Einstein Fellow等天文领域的顶尖青年人才。此外，薛其坤院士研究组在量子反常霍尔效应和界面高温超导方面做出的国际领先的科研成果极大地激发了学生们对科学研究的热情和信心，起到了课堂教学无法替代的作用。

2  因材施教，自由发展

进入清华物理系的本科生普遍是非常优秀的，然而每个学生都有独特的性格、爱好和能力，如何让我们的培养体系有足够的灵活度和宽容度，使得不同类型的学生均能够扬长避短、各得其所，是一门大学问。经过20年的实践，清华物理系在因材施教方面建立了一套行之有效的体系，主要体现在分类教学、多次分流和自由发展。

分类教学主要是在基础物理课程的教学体系建设方面，针对不同类型的学生，目前我们为物理系学生设置了费曼物理学系列、基础物理学原理与实验系列和较为传统的普通物理系列等多类课程。费曼物理学主要针对参加过高中物理竞赛、有一定普物基础的学生，费曼教程的魅力有助于激发其兴趣，解决这批学生对普通物理缺乏新鲜感的问题。基础物理学原理与实验系列强调理论与实验的紧密配合与均衡发展，有助于物理学整体知识体系的构建。传统的普通物理学系列具有较好的系统性，其成熟的教材和讲授方式也有利于学生的理解吸收。我们还多次聘请南京大学卢德馨教授讲授他编著的极具特色的大学物理课程，以及开设由外籍教师讲授全英文的大学物理课程。

由于很多学生在进入大学之前对各个专业方向和自己的兴趣特长未必有充分的了解，因此清华物理系为学生提供了至少两次的分流和自主选择机会。入学时学生进入的是数理类平台，在一年级结束后可以选择物理系、数学系、工程物理系、材料学院、航天航空学院等不同专业学习。选择进入物理系的约100名学生在大二结束后，可以进一步选择旨在培养基础物理学人才的物理培养方案，也可以选择旨在打好物理基础、从事应用研究为主的基科培养方案。此后，在科研训练阶段学生还可以随时更换导师和研究方向，完全按照自己的兴趣自由发展。对于不以基础物理研究作为终身职业的学生，多次分流为他们的自由发展提供了制度性的保障，解决了他们的后顾之忧，同时也为其他学科输送了具有坚实物理基础的优秀人才。近年来清华物理系的毕业生们不仅在基础物理研究领域人才辈出，而且在电子信息、人工智能、生命医学、能源材料、教育产业乃至艺术人文等领域也涌现出一批杰出人才，真正做到了因材施教、人尽其才。

3  体验探究，发掘兴趣

“兴趣是最好的老师。”对于清华的学生，只要找到感兴趣的研究方向，其迸发的潜力可以是非常惊人的。如何能够使得学生对科学探索具有强烈而持久的兴趣，是培养一流科学人才极为重要的组成部分，也是我国传统教育较为欠缺的环节。由于兴趣有其难以捉摸的内在因素，因此仅仅通过外部的激发是难以持久的，更好的方式是让学生主动地尝试多方面的体验式探究，从而自我发掘兴趣和特长。清华物理系通过“专题研究课”（简称Seminar）和“海外学术研修”两个途径，为学生们提供了充分的体验探究、发掘兴趣的机会。

Seminar制度是基科班在人才培养方面的特色创新，此后在物理系的培养方案中一直完好地保持下来，并已经推广到清华的其他院系。本科生从3年级（第5学期）开始，选择一位Seminar导师，了解相关科研领域，并在导师的指导下从事力所能及的体验式科研探究。我们鼓励学生在Seminar阶段尝试不同的方向和导师，这不仅可以拓宽其对各个学科前沿领域的了解，更重要的是有助于增加其发掘自己兴趣和特长的机会。此外，清华物理系大多数学生在寒暑假期间有机会通过物理系的“学堂计划”和清华大学的“闯世界计划”等资助赴海外知名研究组研修，进一步开阔其学术视野，感受国际一流大学的科研文化与氛围。经过Seminar科研训练和海外研修计划，很多学生对所选学科的前沿领域和科学家的工作方式有了初步的了解，通过体验探究对自己的兴趣和潜力有了更加深刻的认识，甚至有可能找到自己喜欢的研究方向和导师，为今后从事研究生阶段的学习和研究打下了良好的基础。

以上对清华物理系近20年本科人才培养理念和实践的简单介绍借鉴了本期《物理与工程》杂志中朱邦芬院士撰写的《从基础科学班到清华学堂物理班》一文。如朱邦芬院士所言，“培养世界一流科技人才，特别是顶尖的基础科学研究人才，是历史赋予我们的使命”，这是清华物理系从叶企孙先生建系之始就秉承的光荣传统。在叶企孙先生诞辰120周年之际，“清华学堂物理班”更名为“清华学堂叶企孙物理班”，简称“叶企孙班”。清华物理系将不遗余力地进一步加强学堂物理班建设，发挥“叶企孙班”的引领作用，力争提供全世界最好的物理学本科教育。

基金项目:  本文得到教育部高等教育司基础学科拔尖学生培养试验计划2016 年课题资助（课题号：20160701）。

作者简介:  王亚愚，男，教授，清华大学物理系主任，[e-mail]。

引文格式:  王亚愚. 清华物理系本科人才培养理念与实践\[J\]. 物理与工程，2018，28（5）：3-4,11.

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