新工科背景下地方高校應用物理學專業的課程體系

唐 濤，李 明，肖劍榮，王志勇

(桂林理工大學理學院，廣西桂林，541004)

2017年2月，“復旦共識”的達成成為我國高等教育推進新工科建設的開端。隨著《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》的發布，全國范圍內的新工科建設帷幕正式拉開。目前，學界普遍認為，新工科專業的設置將以互聯網和工業智能為核心，以信息、能源、控制等領域為主干，物理類的課程主要起輔助作用。因而，新工科背景下物理類課程的研究主要集中在對大學物理和大學物理實驗課的研究上，[1-3]以配合好相應的專業教學。也有一些物理類的專業課程的研究聚焦于改革與實踐，如半導體器件、固體物理等。[3-4]但新工科背景下關于物理學、應用物理學專業的整體課程設置、專業建設思路的研究文章還較少。中國民航大學宋慶功教授以其學校的材料物理專業的改革和實踐為例，從思政文化教育、專業理論教育、專業實驗實踐、信息技術教育和英語教育五個維度探討了學校的實踐和成效。[5]《物理與工程》主編王青教授也致力于把近代物理和高新技術物理與新工科建設結合起來。[6]事實上，物理和數學、化學、力學這些傳統理科學科一起構成了新工科的19個項目群之一，是新工科專業做好理工結合建設的重要組成部分。第三代半導體Ⅲ族氮化物的研究與應用是從基礎物理到產業發展的成功典范，[7]也表明了物理學在新工科產業發展中的巨大作用和良好前景。應用物理學是一門強調基礎物理學知識應用的學科，研究其在新工科背景下的課程體系和教學思路是非常必要的。

在新工科背景下，地方高校的應用物理學專業要根據自身的辦學條件，既要能夠保證教學任務的完成，又要充分培養學生參與新工科產業的能力，設置合理的課程體系。根據教育部《關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》的指示精神，我校應用物理學專業在新工科背景下，結合地方本科院校的辦學實際，全面進行了課程體系的改革與修訂工作。

一、課程體系學時分布

課程體系由通識教育、專業(學科)基礎課、專業課、實踐教學、素質拓展與創新五大部分構成。通識教育包括思政教育類、大學英語、大學體育、計算機基礎類、就業指導與創業基礎、大學生心理學等在內的必修課程和包括人文社會、經濟管理、自然科學、藝術鑒賞在內的四大類選修課程。專業基礎課為數學基礎課程，包括力、熱、光、電、磁、原子物理等物理學必修的基礎課程和模擬電路、數字電路分析等與電路相關的課程(包括相應的實驗課程)。專業課包括專業核心課和專業選修課。專業核心課是本專業所有學生的必修課程，專業選修課是學生根據自身定位和愛好選修的專業課程。專業核心課程為數學物理方法、電動力學、量子力學、固體物理學、半導體物理學等理論課程，計算物理基礎、電子綜合技術等實驗課程和EDA技術、薄膜物理與技術等理論與實驗相結合的課程。專業選修課包括激光技術與應用、超導電子學等理論性較強的課程，物理學前沿、先進材料科學與進展等講座性課程，以及微電子工藝和電子技術綜合等直接介紹生產工藝的課程。實踐教學包括微控制器應用實訓、光電綜合實訓和金工實習、認識實習、專業實習、生產實習、課程設計(學年論文)、畢業實習、畢業設計(論文)等集中性實踐課。素質拓展與創新課程包括軍訓、大學生安全教育、形勢與政策、素質達標等必修課程和學科競賽、創新創業訓練等選修課。總共要求修滿199個學分，各個課程類別所需要修的學分數和所占比例如表1所示。

表1 不同性質課程的學分分配

可以看出，在學分的分配比例中，實踐課和實驗課所占的比重非常大，這充分表明了我校對實驗實踐的重視，也充分體現了“工科”特點。相較于本專業上次的培養方案，現行的培養方案中選修課占專業課的比例下降，必修課的比例上升，這說明我們更注重上層設計和對學生的引導，使學生能夠更靠近“供給側”，適度降低了學生發展的自由度。

二、知識、素質、基本能力的培養

新工科時代需要理工科學生具有較為深厚的知識基礎，掌握專業實驗技能與技術，接受科學思維和科學研究方法的訓練，具有科學素養和創新意識，具備獨立獲取知識的能力、實踐能力和技術研發能力。同時，理工科學生還應該具備人文科學素養、職業道德、溝通交流能力、國際視野和終身學習能力。我校的課程體系從如下十個方面培養應用物理專業學生的素養和基本能力。

第一，學科專業知識。包括數學和物理的基本理論與基本知識、電子材料與器件的原理與設計方法和其他物理學前沿知識。

第二，知識運用能力。包括一定的科學研究能力和使用輔助設計軟件的能力，運用所學的知識、理論、方法和技能解決應用領域中的實際問題的能力。

第三，信息運用能力，要求學生能熟練使用計算機，能利用常用編程語言、工具進行軟硬件編程，掌握文獻檢索、資料查詢方法，能進行信息篩選、加工、整理、歸納、分析，具備從事科學研究和開展實際工作的能力。

第四，人文科學素養。要求學生熱愛祖國，擁護中國共產黨的領導，堅持正確的政治方向，具備良好的人文科學素養和強烈的社會責任感，具有健康的體魄、健全的人格和良好的心理素質。

第五，職業道德。要求學生具備良好的道德品質和職業精神，以及職業生涯發展規劃的基本能力。

第六，合作能力。要求學生尊重同事，具備集體主義精神，具有較強的團隊合作精神。

第七，溝通與交流能力。要求學生能夠就專業問題與業界同行及社會公眾進行有效交流，能夠撰寫報告和設計文稿，能運用英語進行交流。

第八，社會調查能力。要求學生能有效運用所學專業知識開展社會實踐，掌握社會統計、社會分析、社會調查等基本方法，掌握一定的信息相關產業的政策、法律法規和技術規范標準。

第九，國際視野。要求學生能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。

第十，終身學習能力。要求學生具有一定的自主學習和實踐創新能力，具有終身學習的觀念，能夠認識到持續進行自我完善的重要性。

我校共開設了45門必修課程，對培養目標的十個方面形成了有力支撐。這些課程以學科專業知識、知識運用能力和信息運用能力為主體，兼顧人文素養、職業道德等，充分體現了新工科背景下理工科人才培養的特征。新工科的提出也表明了傳統工科行業所面臨的壓力，各行各業需要與國際接軌，并且要求從業者能夠終身學習。因此，我校的課程設置也兼顧了國際視野和終身學習能力的培養。

三、對接新工科的專業課設置

以人工智能、互聯網、云技術等為代表的新工科行業是我國經濟的主要增長點，也是我國產業升級、參與國際高科技競爭的主體行業。高科技行業的競爭最終是高科技人才的競爭。地方本科院校肩負著培養人才、傳承文化、服務地方經濟與創新的重任，培養符合新工科要求的人才是地方本科院校的天然責任。人才培養的效果最終以培養對象的就業能力為體現，對于工科來說，其培養核心是“掌握技術”和“掌握技術的能力”。對于地方本科院校來說，培養掌握技術、能夠直接對接新工科產業的學生是最終教育目標，是學科建設、專業建設和課程教學努力的方向。培養主體具有掌握技術的能力，那么掌握的技術就不會成為無源之水。但如果只有“掌握技術的能力”而不具備“技術”，地方本科院校畢業生在就業時就會面臨很大的壓力。地方本科院校畢業生的主要就業對象是中小企業，該類企業更希望人才能夠即招即用，往往沒有資金和長期規劃對人才進行持續培養。因此，我校的人才培養既培養學生掌握技術的能力，又傳授能夠直接對接就業的技術。由于新工科行業對于技術的敏感性、時效性強，本科教學不可避免地會出現滯后的情況，高校想實時跟上行業發展是很困難的事情。因此，高校要盡力擴大與企業的合作，從企業獲得關于技術更新的及時反饋，這樣才能更好地培養掌握技術的、能夠即招即用的畢業生。

基于上面的思路，我校課程體系中的與新工科行業相關的專業課程教學就從“掌握技術的能力”和“掌握技術”兩個方面開展。這些課程包括基礎理論、模擬仿真、制造工藝和實踐，總共65個學分。另外，學校還在第二課堂中提供了平臺、場地和經費，為學生進行相關的實踐提供條件。如表2所示，基礎理論課程一共35個學分，主要是模擬電子技術、數字電子技術、半導體物理、固體物理學、薄膜物理與技術(理論部分)等課程，教授學生關于半導體材料的基礎理論、電子元器件的物理層原理、電路設計相關的知識。模擬仿真課程包括計算物理基礎、電子設計自動化(EDA)技術、電子技術實驗等12個學分的課程。基礎理論的教學是本科教學的內在要求，是本科生在今后的工作中能夠持續進步的必備前提；模擬仿真是理論與實踐之間的橋梁，也是高校對接新工科產業的先行方案。對于辦學經費相對缺乏的地方本科院校而言，進行完全符合產業需要的實踐訓練比較困難，模擬仿真可以節約大量的實驗經費，也可以快捷、實時地對理論知識進行應用訓練。這兩者構成了“掌握技術的能力”的培養。另外，我校的課程體系中包括4個學分的制造工藝課程和14個學分的校內外實踐課程，以使學生掌握半導體薄膜生長的技術、元器件制備組裝的技術、系統檢測與調試的技術，讓學生掌握半導體器件、電子元器件等從原材料到元器件最終組裝成產品的整個過程，充分培養學生在該類新工科行業中掌握技術的能力。在長時間的企業實踐(10個學分對應10周)中，學生除了能掌握相關技術，還能熟悉相關產業流程、產業需求和產業政策，更好、更快地對接企業。

表2 本專業與新工科直接相關的專業課程教學主題分布

三、結語

為了培養符合新工科時代需要的人才，我校應用物理學專業通過修訂人才培養方案，重新設置課程體系，在做好知識、素質和基本能力培養的同時，特別注重與新工科直接相關的專業課程的合理設置。該課程體系合理搭配理論、仿真和實踐教學，能夠促進符合新工科要求的人才的培養。