日本高等物理教育近况

何秉然 马永亮，2

（1名古屋大学物理系，名古屋 464－8602，日本；2吉林大学物理学院，吉林 长春 130012，中国）

基础科学的建设在整个国家的发展战略中处于重要的地位，基础科学的发展水平是一个国家综合实力水平的重要标志.物理学是基础科学的重要基石，它的发展强力推动了人类文明的进步.随着我国经济发展水平的不断提高，对基础科学的发展水平的重视程度也越来越高，对基础科学教育的投入力度也在稳步加强.因此，对不同国家，尤其是科学发展水平较高的国家的基础科学教育方式、方法作一些研究分析，取其精华，将会对我国有效地开展基础科学教育工作具有很好的借鉴意义.在这一方面，由于同属于汉字文化圈的日本，在文化、习俗、思维方式上与中国有很多相近、相似之处，借鉴意义更为明显.同时，在近代历史上日本迄今为止共产生6位诺贝尔物理学奖得主，这从一个侧面反映出日本在高等物理教育的人才培养方面是有其成功之处的.本文以笔者亲历及公开资料为主，将日本高等物理教育的最新状况向读者作一简单介绍.

1 日本基础物理教育的发展历程

现代物理教育在日本的引入始于明治维新时期的1872年，初期的教材以翻译欧美教科书为主［1］.由于日本政府认识到近代物理对于制造、生产业的巨大推动作用，日本教育部门始终大力推行物理教育.从小学的自然、博物课到中学的物理课程再到大学物理教育，形成了一套完整、有效的物理教育体系.

“二战”后日本教育体系的改革主要受美国等西方国家的影响.在日本，基础物理教育交流的核心是日本物理教育学会，面向对象以从小学到高中的物理教师为主.日本物理教育学会设立于1952年，是由日本物理学会的科学教育委员会演变而来［2］.该学会的主要目标是推广、普及在学校教育和社会生产实践中所需要的物理教育，现在大概有会员1200余名.日本物理教育学会有定期发行的附属刊物《物理教育》.该刊物创刊于1953年，主要刊发各种新的教育演示实验以及探讨物理教育的论文.到1990年为止，该刊物每年大约发行3卷，1991年开始增为每年4卷.截止到笔者发稿时，《物理教育》从创刊号到2011年共计59卷在网上免费开放［3］.从1984年开始，日本物理教育学会每年会在暑假期间召开物理教育研讨会，讨论物理教育所面临的种种问题，以及最新科技成果的普及等.

中国和日本的物理教育交流活动开始于1989年夏.首次中－日－美物理教育讨论会在夏威夷举行［4］，中方共有大、中学教师9人参加.第二次中－日－美物理教育讨论会由日本物理教育学会主办，1991年在日本富士举行，中方有17人参加.以此类会议为契机，日、美双方得以了解中国物理教育研究中的长处，同时中国代表也及时了解了对方的教学改革动态.

近年来，日本国内对高中物理教育质量的下降有了一些批判的声音［5］，怎样提高学生的学习兴趣就成为解决问题的关键所在.日本教育界对新的演示实验的开发以及教学时平行科目的相互影响的研究很活跃，在物理教育学会刊物《物理教育》以及物理教育研讨会中有很多讨论.另外，长期以来日本的教育体制对于物理类竞赛并不热衷，日本全国范围的物理竞赛仅仅始于世界物理年2005年，并于同年才开始派队参加国际奥林匹克竞赛.

2 日本高等物理教育的指导方针及模式

自2004年开始实施国立大学法人化以后，日本国立大学虽然由政府出资运营，但是几乎每所国立大学都拥有相应的自治权，因此各个国立大学的教学重点以及方法风格有很大的差别，每个学校都拥有自己的教育体系与理念.以名古屋大学为例，名古屋大学的物理教育方针和核心主要由理学院的物理学教室（即物理系）会议决定.一般来讲研究生和教员都可以申请成为物理学教室的研究员并列席会议（留学生和外国教员亦可参加）.会议一般每季度举办一次，每次会议的讨论内容主要包括实验科目内容的增减，科目课时与学分的分配，科目构成的比例，毕业条件的变更，新教员的聘用，新研究室的设立以及经费的预算及使用等.每次会议一般会按需讨论多个议题，每个议题以不记名投票方式表决.物理学教室有议长和下属各个分支的负责人，议长及主要负责人每年轮换，以投票选举产生.由于有大量的硕士及博士研究生参与讨论，不仅对于物理学教育的创新与改良起到了积极而有效的作用而且使物理系全员参与到物理专业的建设和改良议程中，充分体现了大学法人化法案提出的学术自治所需要达到的要求.

3 日本物理本科教育近况

由于国立大学的教学重点以及方法风格有很大的差异，很难对各所大学的教育状况作一全面的论述.以下仅以笔者学习、工作的名古屋大学为例来介绍日本本科教育的一些近况.

在名古屋大学，物理类本科教育主要由基础科目、专业科目、实验科目、选修科目、毕业设计等组成.其中选修科目和毕业设计一般相互关联，有高能物理、宇宙物理、凝聚态物理、生物物理4个大的方向.由于大一新生为理学院的数学、物理、化学、生物4个系共同招收，在大一阶段理学院新生需参加公共基础课的学习，教育形态以大班教学为主.

大学一年级的教育目标是在培养学生兴趣的同时巩固基础知识，主要进行的是通识教育.教学时一般会配合演示实验以增加课堂活跃度并增进学生对物理现象的观察和理解.学校配有相应的金属器具加工车间，大四以上学生参加安全使用培训后皆可申请使用.课堂演示实验所需教具一般以教员自己制作为主.

二年级开始进入物理专业课学习.教学科目主要由数学物理方法、分析力学、电磁学、热学、统计物理学、量子力学等组成.与专业课程相对应的设置有配套的习题课.习题课由教授等教员负责，有相应的学分，属于必修科目.

配套习题课的教学以讨论式教学为主，每个班级大约由15～20人组成，分成3～4个讨论小组.除第一节习题课以外，在每节习题课后一般由教员布置一些问题作业.习题课作业一般由研究生组成的学生助理批改、评分，标准答案和评分标准会由负责教员分发到研究生助理手中，并由研究生助理作汇总统计后呈报给习题课的负责教员.每次上习题课时，负责教员把作业发还学生，每个小组先进行内部讨论，再由各个小组派学生轮流讲解，遇到讲解不恰当不全面的时候教员会参与讨论，教员起监督指导辅助作用.习题课成绩评价主要由学生讨论活跃度、出勤率、课题作业完成情况决定.每学期期末考试后会举办教育反思会，参会人包括本科学生代表、研究生助教和专业课教员，对教学中的难点和不足之处进行反馈和探讨.

大三阶段增加高级热力学、高级统计物理、高级量子力学、近代物理实验等，并出现多个专业课分支选择，比如高能物理学、宇宙学、固体物理、生物物理等.物理实验以近代物理实验为主，共有14个左右的实验可以选择，每两人一组，一个实验每周一次大约持续一个月，每个学生平均需做3～4个实验才可以获得学分.

为了使学生扩大知识面并且使他们对各个研究室的研究情况有初步了解以便他们进入大四时选择教研室进行毕业研究，从2012年起，大三新增了前沿科学讲座这一环节.讲座由20个左右的研究室进行分担，每周进行一次，每次由一个研究室的主要负责人进行讲解介绍，每次讲座结束后会要求学生提交一个简单的小报告.各个研究室的主要负责人亲自负责本科的课堂教学工作，这对于学生的培养十分有利.大学的教学目标不仅是知识本身的教与学，更重要的是研究方法与经验的传承.将最新的科技前沿信息传递到教室，才能不断保持科技创新的活力.在三年级结束进入大四以前学生会自主选报教研室进行毕业设计研究、设计.

随着本科生进入各个教研室，大四的教育方式主要以各个教研室的研讨会形式为主.学生在黑板上讲解课本或者文献或者汇报实验进展，教员和其他同学在下面听讲并共同探讨相关的问题要点.每次研讨会大概持续2～3小时，每周1～2次，每次由1～2个学生进行报告.这种研讨会形式的教学很好地激发了学生学习的主动性，培养学生的自学能力以及发现问题和解决问题的能力.

4 日本高能物理研究生教育近况

长时间以来，日本物理教育体系发展了一套自己的研究人才培养及传承方法.其研究生的培养主要采用2年硕士＋3年博士的方案，类似于我国的硕－博连读.由于一些研究小组对某些课题，研究方法和手段会几十年持之以恒地进行研究，他们在很多问题的研究上积累了丰富的研究经验.这样的物理教育体系为其研究思想的传承提供了很好的保障.例如，名古屋大学的高能物理理论研究长期以来一直受其创立者坂田昌一的影响，其主要研究风格与研究思想与坂田昌一一脉相承.

在日本的研究生培养中，教学任务主要集中在硕士一年级，主要有大课教学和讨论课教学两种模式.大课模式主要以出勤率和报告决定成绩.专业课的教学基本上以讨论式教学为主.由指导教员指定教科书以后，由学生每次在黑板上讲解.另外，学生也会针对自己感兴趣的参考书或者研究论文，自己组成讨论小组，视情况会有高年级学生或教员参与讨论，每个小组由3～8人组成.讨论小组每周讨论一至两次，具体时间与长度由学生自己决定，是一种自组织形式的自学自助团体.

硕士二年级以及博士生的教育基本上以讨论式教学为主，讨论内容可以是教科书、论文等，在互相探讨中学习研究.对于研究材料的理解每个人会有不同之处，这一思考、讨论的过程就是取长补短，去粗取精的过程.讨论式教学对于深化对物理现象、概念的理解有很大提高和帮助作用.

在研究生的论文选题中，除了第一个选题由导师进行稍微具体的指点外，其他的基本是以学生为主.从论文的选题，中间的计算，到结果的分析，论文的书写主要都是由学生完成的.在这一过程中，导师主要是作一些点拨性的指导，以及论文的润色.另外，日本研究生的教育过程中十分注重对团队合作能力的培养.在合作中相互学习，取长补短，从而使工作效率大为提高.

除了以上提到的学校内部的学生培养活动外，日本国内还有一些有特色的校际间的研究生教育交流活动，下面列举两个活动项目.

（1）集中讲义：由于日本的各个大学研究室的研究内容和方向比较独立，为了深化各个大学之间的交流，使学生对不同大学的研究室的研究内容有所了解，每年各大学会举办2～4次以硕士生或博士生为听讲对象的集中讲义.集中讲义一般持续2～4天，一般在讲义中间会穿插1个面向低年级研究生水平的2小时左右的报告.集中讲义的选题一般都与近期的研究重点、热点相关.研究生通过参加集中讲义既可以了解相关专题的研究进展并较为系统地学习相关专题的研究方法，又可以获得相应的选修学分.

（2）暑期－冬季学校：每年长假期间，依据由日本文部省的预算所开展项目的情况而定，会举办一些暑期－冬季学校进行一些专题讲座.其中传统最悠久的当属从1955年夏天开始，到2013年为止共成功举办59次的YONUPA［6］暑期学校.YONUPA是YOung NUclear and PArticle physicist group of Japan的缩写，每年暑假期间由与高能物理、原子核物理、高能物理实验相关的各个大学研究生院的学生轮流自发组织、策划、主办并参与.为了降低每个筹备学校的劳动量，筹备学校由管理财务报销的学校、管理事务联络的学校、管理各个所属成员邮件的学校、选取会场并维持秩序的学校4部分组成.另外，与这4个筹备学校相独立的，高能物理、原子核物理以及高能物理实验3个方面由另外的3个学校进行管理，负责邀请讲师、组织学生报告等活动.YONUPA的财政预算主要由日本几个大的研究所出资赞助，另外每个大学的研究室也会按一定比例支付学生交通费用等.YONUPA每次持续4～6天，每年大概有200～300人参加.暑期学校期间，高能物理、原子核物理以及高能物理实验3个研究方向会设置一个共同的集中讲义以及针对每个研究方向的2～3个平行的集中讲义，剩下大约一半的时间是学生相互之间的研究报告.每年从硕士1年级到博士3年级的学生都有一定比例学生参加暑期学校，YONUPA为日本从事高能物理研究的青年学生提供了互相学习与交流的良好平台.除了YONUPA，日本文部省的许多大的研究项目也有专门的学生培养方面的预算.例如在2009—2014年的重大项目“Elucidation of New Hadrons with a Variety of Flavors”中，每年都会组织与该项目相关的研究生暑期学校.暑期学校采用教员授课与学生习题课并重的形式.通过教员授课与习题课的方式，学生可以系统地学习到某一领域的基本知识并掌握该领域研究的相关方法.

5 结语

尽管日本在近代科技史上始终没有停下追赶欧美的步伐，但是其在发展中却很注重保持自己的“个性”，使得日本在很多方面拥有了自己的特色.本文简单介绍了目前日本高等物理教育的情况，希望能为我国的高等物理教育研究作出一份贡献.

［1］ ［EB／OL］ ［2014－05－20］ http：／／ci. nii.ac.jp／naid／110007486157.

［2］ ［EB／OL］ ［2014－05－20］ http：／／ci. nii.ac.jp／naid／110007486153.

［3］ ［EB／OL］［2014－05－20］http：／／pesj.jp／publication.

［4］ 张继恒供稿.1989年中、日、美物理教育讨论会［J］.国际物理教学通讯，1989（4）.

［5］ 吴宗汉.关于日本未来大学物理教育走向研究的介绍［J］.物理通报，2001（9）：8－10.

［6］ ［EB／OL］［2014－05－20］http：／／www2.yukawa.kyoto－u.ac.jp／～sansha.wakate／index.html.