新工科背景下地方高校应用物理学专业的课程体系

唐 涛，李 明，肖剑荣，王志勇

(桂林理工大学理学院，广西桂林，541004)

2017年2月，“复旦共识”的达成成为我国高等教育推进新工科建设的开端。随着《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》的发布，全国范围内的新工科建设帷幕正式拉开。目前，学界普遍认为，新工科专业的设置将以互联网和工业智能为核心，以信息、能源、控制等领域为主干，物理类的课程主要起辅助作用。因而，新工科背景下物理类课程的研究主要集中在对大学物理和大学物理实验课的研究上，[1-3]以配合好相应的专业教学。也有一些物理类的专业课程的研究聚焦于改革与实践，如半导体器件、固体物理等。[3-4]但新工科背景下关于物理学、应用物理学专业的整体课程设置、专业建设思路的研究文章还较少。中国民航大学宋庆功教授以其学校的材料物理专业的改革和实践为例，从思政文化教育、专业理论教育、专业实验实践、信息技术教育和英语教育五个维度探讨了学校的实践和成效。[5]《物理与工程》主编王青教授也致力于把近代物理和高新技术物理与新工科建设结合起来。[6]事实上，物理和数学、化学、力学这些传统理科学科一起构成了新工科的19个项目群之一，是新工科专业做好理工结合建设的重要组成部分。第三代半导体Ⅲ族氮化物的研究与应用是从基础物理到产业发展的成功典范，[7]也表明了物理学在新工科产业发展中的巨大作用和良好前景。应用物理学是一门强调基础物理学知识应用的学科，研究其在新工科背景下的课程体系和教学思路是非常必要的。

在新工科背景下，地方高校的应用物理学专业要根据自身的办学条件，既要能够保证教学任务的完成，又要充分培养学生参与新工科产业的能力，设置合理的课程体系。根据教育部《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》的指示精神，我校应用物理学专业在新工科背景下，结合地方本科院校的办学实际，全面进行了课程体系的改革与修订工作。

一、课程体系学时分布

课程体系由通识教育、专业(学科)基础课、专业课、实践教学、素质拓展与创新五大部分构成。通识教育包括思政教育类、大学英语、大学体育、计算机基础类、就业指导与创业基础、大学生心理学等在内的必修课程和包括人文社会、经济管理、自然科学、艺术鉴赏在内的四大类选修课程。专业基础课为数学基础课程，包括力、热、光、电、磁、原子物理等物理学必修的基础课程和模拟电路、数字电路分析等与电路相关的课程(包括相应的实验课程)。专业课包括专业核心课和专业选修课。专业核心课是本专业所有学生的必修课程，专业选修课是学生根据自身定位和爱好选修的专业课程。专业核心课程为数学物理方法、电动力学、量子力学、固体物理学、半导体物理学等理论课程，计算物理基础、电子综合技术等实验课程和EDA技术、薄膜物理与技术等理论与实验相结合的课程。专业选修课包括激光技术与应用、超导电子学等理论性较强的课程，物理学前沿、先进材料科学与进展等讲座性课程，以及微电子工艺和电子技术综合等直接介绍生产工艺的课程。实践教学包括微控制器应用实训、光电综合实训和金工实习、认识实习、专业实习、生产实习、课程设计(学年论文)、毕业实习、毕业设计(论文)等集中性实践课。素质拓展与创新课程包括军训、大学生安全教育、形势与政策、素质达标等必修课程和学科竞赛、创新创业训练等选修课。总共要求修满199个学分，各个课程类别所需要修的学分数和所占比例如表1所示。

表1 不同性质课程的学分分配

可以看出，在学分的分配比例中，实践课和实验课所占的比重非常大，这充分表明了我校对实验实践的重视，也充分体现了“工科”特点。相较于本专业上次的培养方案，现行的培养方案中选修课占专业课的比例下降，必修课的比例上升，这说明我们更注重上层设计和对学生的引导，使学生能够更靠近“供给侧”，适度降低了学生发展的自由度。

二、知识、素质、基本能力的培养

新工科时代需要理工科学生具有较为深厚的知识基础，掌握专业实验技能与技术，接受科学思维和科学研究方法的训练，具有科学素养和创新意识，具备独立获取知识的能力、实践能力和技术研发能力。同时，理工科学生还应该具备人文科学素养、职业道德、沟通交流能力、国际视野和终身学习能力。我校的课程体系从如下十个方面培养应用物理专业学生的素养和基本能力。

第一，学科专业知识。包括数学和物理的基本理论与基本知识、电子材料与器件的原理与设计方法和其他物理学前沿知识。

第二，知识运用能力。包括一定的科学研究能力和使用辅助设计软件的能力，运用所学的知识、理论、方法和技能解决应用领域中的实际问题的能力。

第三，信息运用能力，要求学生能熟练使用计算机，能利用常用编程语言、工具进行软硬件编程，掌握文献检索、资料查询方法，能进行信息筛选、加工、整理、归纳、分析，具备从事科学研究和开展实际工作的能力。

第四，人文科学素养。要求学生热爱祖国，拥护中国共产党的领导，坚持正确的政治方向，具备良好的人文科学素养和强烈的社会责任感，具有健康的体魄、健全的人格和良好的心理素质。

第五，职业道德。要求学生具备良好的道德品质和职业精神，以及职业生涯发展规划的基本能力。

第六，合作能力。要求学生尊重同事，具备集体主义精神，具有较强的团队合作精神。

第七，沟通与交流能力。要求学生能够就专业问题与业界同行及社会公众进行有效交流，能够撰写报告和设计文稿，能运用英语进行交流。

第八，社会调查能力。要求学生能有效运用所学专业知识开展社会实践，掌握社会统计、社会分析、社会调查等基本方法，掌握一定的信息相关产业的政策、法律法规和技术规范标准。

第九，国际视野。要求学生能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

第十，终身学习能力。要求学生具有一定的自主学习和实践创新能力，具有终身学习的观念，能够认识到持续进行自我完善的重要性。

我校共开设了45门必修课程，对培养目标的十个方面形成了有力支撑。这些课程以学科专业知识、知识运用能力和信息运用能力为主体，兼顾人文素养、职业道德等，充分体现了新工科背景下理工科人才培养的特征。新工科的提出也表明了传统工科行业所面临的压力，各行各业需要与国际接轨，并且要求从业者能够终身学习。因此，我校的课程设置也兼顾了国际视野和终身学习能力的培养。

三、对接新工科的专业课设置

以人工智能、互联网、云技术等为代表的新工科行业是我国经济的主要增长点，也是我国产业升级、参与国际高科技竞争的主体行业。高科技行业的竞争最终是高科技人才的竞争。地方本科院校肩负着培养人才、传承文化、服务地方经济与创新的重任，培养符合新工科要求的人才是地方本科院校的天然责任。人才培养的效果最终以培养对象的就业能力为体现，对于工科来说，其培养核心是“掌握技术”和“掌握技术的能力”。对于地方本科院校来说，培养掌握技术、能够直接对接新工科产业的学生是最终教育目标，是学科建设、专业建设和课程教学努力的方向。培养主体具有掌握技术的能力，那么掌握的技术就不会成为无源之水。但如果只有“掌握技术的能力”而不具备“技术”，地方本科院校毕业生在就业时就会面临很大的压力。地方本科院校毕业生的主要就业对象是中小企业，该类企业更希望人才能够即招即用，往往没有资金和长期规划对人才进行持续培养。因此，我校的人才培养既培养学生掌握技术的能力，又传授能够直接对接就业的技术。由于新工科行业对于技术的敏感性、时效性强，本科教学不可避免地会出现滞后的情况，高校想实时跟上行业发展是很困难的事情。因此，高校要尽力扩大与企业的合作，从企业获得关于技术更新的及时反馈，这样才能更好地培养掌握技术的、能够即招即用的毕业生。

基于上面的思路，我校课程体系中的与新工科行业相关的专业课程教学就从“掌握技术的能力”和“掌握技术”两个方面开展。这些课程包括基础理论、模拟仿真、制造工艺和实践，总共65个学分。另外，学校还在第二课堂中提供了平台、场地和经费，为学生进行相关的实践提供条件。如表2所示，基础理论课程一共35个学分，主要是模拟电子技术、数字电子技术、半导体物理、固体物理学、薄膜物理与技术(理论部分)等课程，教授学生关于半导体材料的基础理论、电子元器件的物理层原理、电路设计相关的知识。模拟仿真课程包括计算物理基础、电子设计自动化(EDA)技术、电子技术实验等12个学分的课程。基础理论的教学是本科教学的内在要求，是本科生在今后的工作中能够持续进步的必备前提；模拟仿真是理论与实践之间的桥梁，也是高校对接新工科产业的先行方案。对于办学经费相对缺乏的地方本科院校而言，进行完全符合产业需要的实践训练比较困难，模拟仿真可以节约大量的实验经费，也可以快捷、实时地对理论知识进行应用训练。这两者构成了“掌握技术的能力”的培养。另外，我校的课程体系中包括4个学分的制造工艺课程和14个学分的校内外实践课程，以使学生掌握半导体薄膜生长的技术、元器件制备组装的技术、系统检测与调试的技术，让学生掌握半导体器件、电子元器件等从原材料到元器件最终组装成产品的整个过程，充分培养学生在该类新工科行业中掌握技术的能力。在长时间的企业实践(10个学分对应10周)中，学生除了能掌握相关技术，还能熟悉相关产业流程、产业需求和产业政策，更好、更快地对接企业。

表2 本专业与新工科直接相关的专业课程教学主题分布

三、结语

为了培养符合新工科时代需要的人才，我校应用物理学专业通过修订人才培养方案，重新设置课程体系，在做好知识、素质和基本能力培养的同时，特别注重与新工科直接相关的专业课程的合理设置。该课程体系合理搭配理论、仿真和实践教学，能够促进符合新工科要求的人才的培养。