欧洲大学非物理专业的大学物理教学

李祖斌，鄢小卿，宋 峰

(南开大学 物理科学学院，天津 300071)

作为近现代科学的基础，物理学一直是近现代科学教育的重点. 第一次、第二次工业革命都是发端于物理学. 在目前正在进行的第三次工业革命中，物理学也起着重要的作用. 为了主动应对新一轮科技革命与产业变革，教育部启动了新工科战略行动，并取得了很大成效，目前已辐射到全国不同类型的高校.

大学物理是新工科人才培养的重要基础课程，如何在具有不同特点的新工科专业建设中，更有效地发挥大学物理的基础和支撑作用，达到厚植科学精神、夯实科学基础、培育家国情怀的效果，是重要的研究课题.

目前国内高校都将物理学设置为理工类学科(包括新工科)的基础通识类必修课程，这既符合国家一直以来以科技创新为基本战略的发展方向，也符合提高全民科学素质的目标. 但是，近年来，大学普通物理的教学也面临许多亟待改革的问题[1]，比如教学内容和形式等方面. 在课时与学分方面，大学物理教学面临的主要问题是：非物理学科自身课程发展的需求与大学物理课时或学分之间的矛盾. 传统的大学物理内容广泛，包括力学、热学、电磁学、光学、量子力学、原子物理等内容，需要占用较多的课时和学分. 然而，各理科专业也有自身课程发展的需求，这就与大学物理的课时要求发生冲突；另外，各专业对物理教学内容的需求也各不相同. 所以，在课时、学分上大学物理亦有改革的必要. 针对国内高校大学物理课时学分的调研，已有部分结果见刊[2-4]，也有针对美国著名大学的调查[5]，但是针对欧洲大学的调查还比较少.

它山之石可以攻玉. 西方高等教育体系已经历数百年，对于物理课程的设置有成熟的经验. 因此，本文调查了欧洲部分国家高校新工科专业的物理课程设置情况，包括是否开设课程、学分、课时等情况，希望能对国内大学物理课程改革提供参考数据.

1 欧洲国家新工科专业物理课程开设情况

本文对欧洲主要发达国家的高水平大学新工科专业的物理课程开设情况进行了调研，所有数据全部来自各个学校官网上的公开数据. 具体情况如下.

1.1 学校

学校的选取，参考了2020年度美国U.S. News世界大学排名和泰晤士高等教育世界大学排名(THE)，同时兼顾大学所在国家的广泛性，选取了13个国家的34所大学，如表1所示.

表1 调查大学情况

续表国家学校U.S.News排名THE排名学制荷兰阿姆斯特丹大学 Universiteit van Amster-dam4062三年乌特勒支大学 Univer-siteit Utrecht5575三年莱顿大学Universiteit Lei-den8967三年荷兰格罗宁根大学 Rijksuni-versiteit Groningen9673三年比利时鲁汶大学 Katholieke Uni-versiteit Leuven5645三年根特大学 Universiteit Gent87123三年丹麦哥本哈根大学 Københavns Universitet32101三年芬兰赫尔辛基大学 Helsingin yliopisto8796三年瑞典隆德大学 Lunds Univer-sitet9196三年乌普萨拉大学 Uppsala Universitet102102三年挪威奥斯陆大学 Universitetet i Oslo91131三年西班牙巴塞罗那大学 Universitat de Barcelona98201-250四年意大利博洛尼亚大学 Università di Bologna116168三年帕多瓦大学 Università di Padova116201-250三年奥地利维也纳大学 Universität Wien200134三年

这些学校中，有两所较为特殊：巴黎文理研究大学和索邦巴黎西岱大学，它们都是由多个大学和研究机构合并而成. 在调查各学科课程情况时，是从各个分校网站上查询到的，但最终的统计数据，仍将这两所学校作为一个整体来处理，其中的各学科数据，以正向优先(有物理课)、学分平均的原则处理.

1.2 学位和学制

此次调查仅限于各学科学士学位课程，亦有极少部分本硕连读的学科，比如伦敦国王学院和奥斯陆大学的药学专业，因为只调研其第一学年基础课程，所以对结果并无影响.

欧洲的大学，在欧洲高等教育改革计划之后，本科学制基本都是三年180学分(ECTS). 在调查的34所大学中，仅有英国爱丁堡大学和西班牙巴塞罗那大学是四年制. 也有部分学校，比如英国的伦敦大学学院、伦敦国王学院等，是360学分，在学分计算上根据学分比例按照180学分进行折算.

1.3 调查的学科

本次调查的学科主要是工科专业，涵盖新工科，包括生物、化学、计算机、环境、数学、材料、药学等七个学科专业. 在调查中，对于传统工科如工程类专业未考虑在内.

1.4 调查的物理课程

本次调查的是新工科专业中普通物理课的开设情况，只考虑普通物理课程，即力、热、电磁、光、量子导论等基础课程，一般设置在第一学年. 对于专业性质的物理课程，例如材料专业中的材料物理、固体物理，不计入统计. 另外，英国的大多学校的数学专业，都在二、三年级设置物理类必修课或选修课，包括经典力学、流体力学、狭义和广义相对论、量子力学等. 在其课程介绍中，发现这些课程应该是专业类数学物理课程，是数学面向物理的应用类课程，固这类课程也不计入统计.

1.5 必修与选修

本次调查只统计课程设置中的必修课程，如无论何种性质的选修课都不计入统计. 调查中发现，部分欧洲大学与国内大学课程设置类似，会有基础必修、专业必修、专业选修、自由选择课程等. 本文只记录必修课程中的物理课程. 有些专业必修课也是可选择的(selective)，通常是两三门课程中选修一门，这种情况中的物理课，也并不计入统计.

另外，有些大学，比如法国的巴黎综合理工大学、荷兰的乌特勒支大学，第一学年的课程是可以任意选择的，二、三年级的课程才进行专业化最终选定毕业的方向. 对于这类学校，自由选择也就意味着非必修，也认为是没有普通物理课的. 英国的剑桥大学也与此类似，设置了一个自然科学学位，在第一、二年可以在16个学科中选择课程，第三年专业化后，最终可以在多个自然科学选择毕业的方向. 这种设置，没有固定课程安排，本文也认为是没有普通物理课的.

法国的索邦大学自然科学方向较为特殊，第一年为基础课，通过考试后才能继续选修专业课程. 第一年课程有3个方向：Biologie/ Chimie/ Géosciences(生物/化学/地理)、Mathématiques/ Informatique/ Physique/ Ingénierie(数学/计算机/物理/工程)、Mathématiques/ Informatique/ Physique/ Ingénierie(数学/计算机/物理/工程). 在第一个方向中，没有物理的必修课. 在第二、三个方向中，有普通物理必修课程. 由此，第二、三方向中涉及的专业可以认为是有物理课程的.

1.6 新冠疫情的影响

本次调查正值新冠疫情在全世界范围蔓延流行，所调查高校多有应对举措. 部分大学在学校网站上发布了新冠疫情期间改为线上授课甚至线上考试的通知，比如德国慕尼黑工业大学[6]，特别是对外籍留学生有详细的应对安排. 不过这些调整只是针对上课模式，课程的内容和课时并未有改变.

1.7 统计结果

经过调查统计，这些大学中各学科大学普通物理课开设情况如图1、图2所示：

图1 各学科物理课开设情况

图2 物理课程学分情况

2 分析讨论

综合以上统计结果，以及各学科的具体数据，发现欧洲各大学的大学普通物理课程设置各有千秋，呈现多样性，当然也有很多共性可以借鉴，各个专业之间有较大差异.

从统计结果看，传统的偏理的学科，如生物、化学、环境、材料，物理课程开设比例都超过了50%. 这说明，对于传统理科学科，更多的大学仍然认为物理是自然科学的基础必修课，是大学本科生必须修习的课程. 而且物理课程平均学分在9～16学分左右，一般都会开设两学期的物理课程，每学期学分平均在6学分左右. 从某些学校提供的课程信息可以看到，这些物理课程涵盖了力学、振动和波、狭义相对论、电磁学、光学、量子力学、原子物理等内容或其中的大部分内容，基本与国内大学普通物理相当. 对于计算机类专业，开设物理课较少. 大部分学校第一年课程都是以专业课程和数学课为主.

在各学校网站中，部分学校提供了课程的详细设置，比如课时. 一般的课程课时既包括讲授(lecture)，也包括习题课(exercise)，也有包括实验课时的. 比如洛桑联邦理工学院的生物专业，物理课程非常全面，共计四门22学分，包括力学6学分、热学6学分、电磁学6学分、量子力学4学分. 每周课时数分别为：力学3(讲授)+3(习题)学时，热学3+3学时，电磁学4+2学时，量子力学2+2学时. 再如海德堡大学的化学专业，物理课程包括两学期课程(每门6学分)和一门实验(3学分)共15学分. 课时上，每学期每周4课时(讲授)+2(习题)，实验课3课时. 可见，开设普通物理课程的学校，仍然是非常重视普通物理教育的，大量的课时和课程内容的全面覆盖，将给予学生系统的科学教育，教给他们物理的知识和思想，更好的帮助他们在主修专业上的学习.

调查中也发现，优秀的工科院校，倾向于在大部分专业都开设物理课，比如瑞士洛桑联邦理工学院，几乎所有调查专业都开设了物理课程，而且学分数很高、课时很多(包括计算机专业). 开设物理课程较多的国家有瑞士、德国、法国、比利时、西班牙、意大利，而有的国家的大学几乎没有开设普通物理课，比如英国. 欧洲大学学制的改革可能影响了课程的设置. 三年180学分，每年60学分，如果每门课3～5学分，每年将会有12～20门课程. 调查中也看到，很多学校一年级的课表是非常满的. 在这种设置下，课程可能会向专业课倾斜，去除不必要的课程. 所以可以看到，不同学校相同专业，大学物理的学分差异很大. 另外，除了必修课程，学校都会设置一定的学分由学生自由选修课程，这里其实就包括了一般的物理课程. 另一种可能性是，如果在高中时代就已经修习了必要的具有一定深度的物理课程，大学中的普通物理可能就没有太多必要了. 比如英国的大部分大学，学科介绍中可以看到对入学的要求，其中就有物理课达到A级的要求，这也许正是英国大部分学校非物理专业未开设物理课程的原因. 当然，这样的设置，必须是一种由下而上的整体设计，高中与大学的体系必然是紧密关联的. 这也许是国内可以借鉴的地方.

另外，调查中也发现有些大学采取了更加自由的选课形式，不限定课程的设置或仅作范围性的限定，由学生根据兴趣和自我发展的需要选择修习的课程，比如前面介绍的法国的巴黎综合理工大学、法国的索邦大学、荷兰的乌特勒支大学等. 这样的设置，必然会有学生的多样性和学科交叉的各种可能性，对培养复合型人才是非常有必要的. 但是有利有弊，这样也必然会削弱专业性人才的培养. 所以，自由选择还是专业限定，没有孰优孰劣的问题，只是面向未来的不同选择而已. 更好的方式也许应该是给出各种可能性，让学生自行选择合适的方式，同时允许中途的转变，另外也必须兼顾国家的需要，避免人才向所谓过热方向的集中，保证人才的均衡发展.

总而言之，从调查数据来看，欧洲这些高水平大学中，大学普通物理课程仍是大部分学校非物理理科专业的必修课程. 即便没有开设物理课程的学校，也大都开设了物理选修课程以供学生选择. 这与物理在科学中的地位和物理对其他学科的意义是分不开的，物理学仍应是大学理科专业必修的基础通识课程. 当然，也可以看到不同专业的物理课程会有很大差异，这与学科对物理课程的需求密不可分. 所以，合理的设置课程内容和层次，以便不同专业选择适合自己的层次，是目前大学普通物理课程发展的方向.