新形勢下應(yīng)用物理專業(yè)的改革與前景定位

鞏曉陽+李同偉+王翚+魏榮慧+崔紅玲

摘 要 本文以高校應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)國內(nèi)外的現(xiàn)狀、存在的問題與機(jī)遇、本校情況調(diào)查為基礎(chǔ)，確定了本校應(yīng)用物理專業(yè)的辦學(xué)定位，為專業(yè)教學(xué)模式改革指出了方向。

關(guān)鍵詞 應(yīng)用物理學(xué) 理工結(jié)合 基礎(chǔ)教育

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.09.030

Reform and Outlook on the Specialty of

Applied Physics in New Situation

GONG Xiaoyang， LI Tongwei， WANG Hui， WEI Ronghui， Cui Hongling

（College of Physics and Engineering， He'nan University of Science and Technology， Luoyang， He'nan 471023）

Abstract Based on the present situations of domestic and abroad on the specialty of applied physics， the existed problem and opportunities， and the actual situations of our school. In this paper， the courses orientation of applied physics major is determined， and the reforms of teaching model are also given.

Key words applied physics; combination of science and technology; foundational teaching

應(yīng)用物理學(xué)是將物理學(xué)的原理、方法應(yīng)用于相關(guān)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)應(yīng)用型學(xué)科。在整個自然科學(xué)中，物理學(xué)作為重要組成部分，具有基礎(chǔ)性及先導(dǎo)性的地位，是眾多傳統(tǒng)和現(xiàn)代高新技術(shù)建立的基礎(chǔ)，同時也是未來新技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的源泉與動力。縱觀近二十年的諾貝爾物理學(xué)獎，除以物理學(xué)理論的創(chuàng)新和突破獲獎外，很多以物理學(xué)的理論給予技術(shù)上的革新與應(yīng)用而獲獎，而從理論到應(yīng)用成熟并獲獎的周期也呈現(xiàn)越來越短的趨勢。光纖傳輸和電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器理論均提出于上世紀(jì)六十年代，獲獎是2009年，歷時四十多年。1988年“巨磁電阻”效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)，2007年因廣泛而成熟的應(yīng)用獲諾貝爾物理學(xué)獎，歷時近二十年。2004年，獨(dú)立的石墨烯被分離出，2010年獲獎，歷時六年。華裔諾貝爾物理學(xué)獎得主丁肇中教授認(rèn)為：工業(yè)的發(fā)展、人民生活水平的提高，最重要的源動力在基礎(chǔ)科學(xué)，到應(yīng)用的時候就把整個人類的生活徹底改變了。而楊振寧教授也認(rèn)為，當(dāng)前和以后的幾十年內(nèi)物理學(xué)的重心在于應(yīng)用物理學(xué)。應(yīng)用物理學(xué)不僅是以古老的物理學(xué)為基礎(chǔ)建立的，也應(yīng)是現(xiàn)代和未來物理學(xué)專業(yè)發(fā)展的主流方向。

1 高校應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的問題與機(jī)遇

應(yīng)用物理專業(yè)既講物理理論，又講應(yīng)用和實(shí)踐，就業(yè)可在物理和工程兩大領(lǐng)域，從業(yè)范圍廣泛，并與多門學(xué)科有相互的交叉滲透。全國高校應(yīng)用物理專業(yè)本科畢業(yè)生每年約12000人，盡管數(shù)量不多，人才需求應(yīng)該是供不應(yīng)求的，然而新形勢下，應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)也面臨了前所未有的困難和挑戰(zhàn)，我們從以下幾方面予以分析：

1.1 國內(nèi)外高校開設(shè)應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的現(xiàn)狀

全球頂尖知名理工科和綜合類學(xué)府如美國的麻省理工學(xué)院等都設(shè)有應(yīng)用物理專業(yè)（Applied Physics），他們針對核物理及核技術(shù)、宇航技術(shù)、聲光電學(xué)的基礎(chǔ)開發(fā)和應(yīng)用等方面研究處于世界領(lǐng)先地位，他們培養(yǎng)了國際上優(yōu)秀的物理學(xué)應(yīng)用人才。

我國早期的高等教育都設(shè)有應(yīng)用物理專業(yè)，使得頂尖工科背景高校的應(yīng)用物理專業(yè)也有比較悠久的歷史。許多著名物理學(xué)家如葉企孫、吳有訓(xùn)、任之恭、周培源等教授都曾任教于在1926年成立的清華大學(xué)物理系。王淦昌、錢偉長、周光召等是清華物理系培養(yǎng)出了的著名科學(xué)家。為國家長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略計劃，開創(chuàng)和發(fā)展我國的原子能科學(xué)技術(shù)，培養(yǎng)理工結(jié)合的新型人才，根據(jù)國務(wù)院的指示，在部分學(xué)校成立了工程物理系。應(yīng)用物理專業(yè)的主要研究領(lǐng)域是核專業(yè)，它們?yōu)槲覈思夹g(shù)開發(fā)、研究、應(yīng)用提供大量人才。

我國一流的綜合性大學(xué)都設(shè)有應(yīng)用物理系或者物理系。近10年來，為適應(yīng)科技發(fā)展，國內(nèi)的應(yīng)用物理專業(yè)如北大物理系等都大力加強(qiáng)了計算機(jī)和電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)研究。我國航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展、半導(dǎo)體材料等技術(shù)開發(fā)工作的深入研究、醫(yī)學(xué)生物科研等儀器研制開發(fā)等物理前沿問題的研究和應(yīng)用，正是這些一流綜合性大學(xué)輸送的一大批理工結(jié)合的優(yōu)秀的應(yīng)用物理專業(yè)人才。

我國的普通（二本、地方性）高校中，工科、師范和綜合大學(xué)多數(shù)設(shè)有物理系或者應(yīng)用物理系。其面臨的極大問題就是學(xué)生就業(yè)。據(jù)麥克思2010年度主要本科專業(yè)失業(yè)率調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，畢業(yè)半年后的應(yīng)用物理學(xué)失業(yè)率高居第三位。在目前“就業(yè)難”這個問題上，應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)顯得特別突出。調(diào)查顯示，因各高校應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)偏重方向不同，就業(yè)方向也不同。但一次就業(yè)簽約率均偏低。畢業(yè)生到對口單位工作、做基礎(chǔ)物理學(xué)教育、考研考博等繼續(xù)深造、到國外繼續(xù)學(xué)習(xí)物理學(xué)等幾個主要就業(yè)去向所占的總?cè)藬?shù)相比于畢業(yè)總?cè)藬?shù)的比例明顯偏低于工科專業(yè)，很多有特色的普通高校工科專業(yè)大三的學(xué)生已預(yù)訂了工作崗位。所以，應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)畢業(yè)生待崗、轉(zhuǎn)崗、空擋等現(xiàn)象非常嚴(yán)重，畢業(yè)生畢業(yè)后到計算機(jī)、材料、電子，金融等崗位就業(yè)，甚至從事的是銷售等與物理學(xué)完全不沾邊的工作，這與當(dāng)今社會“重工輕理”、“重技輕道”以及受就業(yè)趨緊、社會評價越來越功利等大背景有關(guān)，應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)兼具基礎(chǔ)性與綜合性，以及課程的高難度使得應(yīng)用物理學(xué)這樣的基礎(chǔ)學(xué)科專業(yè)面臨了就業(yè)難、招生也難的兩難境地。學(xué)生在選擇地方性高校時，更多的是選擇容易就業(yè)的專業(yè)。再加上社會大環(huán)境的影響，學(xué)生對選擇應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的積極性不高，興趣不大。造成這個專業(yè)在地方高校的生源量不足，因此對專業(yè)建設(shè)的發(fā)展蒙上陰影。

1.2 我國應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的癥結(jié)與機(jī)遇

如上闡述，既然應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的畢業(yè)生供不應(yīng)求，為什么普通高校又面臨就業(yè)難的問題呢？分析原因有幾個方面：

（1）應(yīng)用物理專業(yè)因課程開設(shè)范圍廣，應(yīng)用面比較廣，導(dǎo)致競爭力不夠強(qiáng)，比如雖然開設(shè)了數(shù)電模電、半導(dǎo)體材料等課程，但是學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的深度比起計算機(jī)專業(yè)和材料專業(yè)的人才又有一些差距。相比而言，在競爭最好公司的研發(fā)部門中，往往處于下風(fēng)。其實(shí)，應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)設(shè)置時涉及了各方面應(yīng)用類課程，但比起同名專業(yè)工科類來說，不夠深、不夠精。學(xué)習(xí)了材料學(xué)的部分課程，遠(yuǎn)不及材料學(xué)工科學(xué)生學(xué)得多;學(xué)習(xí)了數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)課程，遠(yuǎn)不及計算機(jī)類學(xué)生學(xué)習(xí)的多。廣而不專，面臨尷尬。

（2）基礎(chǔ)性研究的的課題仍舊是需要大量的政府的政策性投入，同時不能立刻見效益，也難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化;很多地方性高校是由地方出資建設(shè)的高校，其建設(shè)資金來源與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展有著很密切的關(guān)系，這就給高校投建應(yīng)用物理專業(yè)帶來資金問題。創(chuàng)辦一個應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)，需深入掌握物理學(xué)原理繼以投入應(yīng)用，需大量物理學(xué)基礎(chǔ)與近代實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的訓(xùn)練，意味著需精密昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，需實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境建設(shè)投資，這種嚴(yán)謹(jǐn)而系統(tǒng)的訓(xùn)練需大量資金的投入，這是很多學(xué)校達(dá)不到的。

（3）大學(xué)生就業(yè)愿意到高端企業(yè)、高新技術(shù)開發(fā)部門，但作為國家基礎(chǔ)教育的重要組成部分的初高中物理教師崗位，則少有人問津，這與中學(xué)教師的整體現(xiàn)狀有關(guān)。但我國實(shí)際上急需一批應(yīng)用物理專業(yè)的人才從事中學(xué)物理教育事業(yè)，虛位以待，無人問津。

但困難與機(jī)遇是并存的，我們也應(yīng)看到，應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)同樣存在著很多機(jī)遇：

（1）在很多工程技術(shù)領(lǐng)域，工科專業(yè)學(xué)生對知識是知其然并用之，應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生是知其然并知其所以然，即兼具應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)和堅實(shí)的理論基礎(chǔ)，對技術(shù)的研發(fā)是根本性的和革命性的，從而成為很多IT產(chǎn)業(yè)的公司如IBM、華為等的技術(shù)骨干。

（2）與以往不同，隨著科學(xué)發(fā)展速度的增快，應(yīng)用物理的研究成果和前沿技術(shù)的應(yīng)用也越來越快。例如石墨烯發(fā)現(xiàn)后6年獲諾貝爾物理學(xué)獎，如今已引起了一浪高過一浪的研發(fā)熱潮。這給應(yīng)用物理專業(yè)人才就業(yè)提供更多的機(jī)遇。

（3）改革開放三十多年，我國東部沿海地區(qū)中的某些經(jīng)濟(jì)行業(yè)，對人才的需求從簡單勞動型正在逐漸向技術(shù)型過渡，尤其是做基礎(chǔ)研究的技術(shù)人才，他們需要與國際接軌，需要掌握國外的先進(jìn)技術(shù)，需要操縱進(jìn)口國外的先進(jìn)機(jī)器。一方面這種人才缺口增加，另一方面，隨著新一輪的技術(shù)革命，企業(yè)向內(nèi)地的發(fā)展，將促進(jìn)應(yīng)用物理專業(yè)的研究繼續(xù)向縱深方向發(fā)展。

1.3 我校應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)情況調(diào)查

為適應(yīng)我國高等教育的發(fā)展和我校建設(shè)綜合性大學(xué)的需求，我們河南科技大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)2001年開始招生。起初培養(yǎng)方向是材料物理，2010年起應(yīng)用物理學(xué)培養(yǎng)方向轉(zhuǎn)向光電信息科學(xué)與技術(shù)。十余年來，盡全院之力對學(xué)生的培養(yǎng)，出現(xiàn)一批優(yōu)異的學(xué)生，如北大博士并留校任教、企業(yè)家等，2011年因“案例式培養(yǎng)”等特色被獲批河南科技大學(xué)特色專業(yè)。然而，每年招生報考的結(jié)果是48%左右，即一半以上的學(xué)生是調(diào)劑的，當(dāng)然不可避免的是學(xué)生對專業(yè)存在著迷茫，學(xué)習(xí)被動等局面。對剛剛大一的學(xué)生調(diào)查顯示，有88%的同學(xué)有考研意向，其中接近30%的同學(xué)考研要轉(zhuǎn)專業(yè)。從2013屆學(xué)生就業(yè)情況看50%的學(xué)生選擇考研，上線率30%左右。就業(yè)集中在光伏和太陽能企業(yè)。

2 我校應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)定位

通過對國內(nèi)外高等教育人才培養(yǎng)現(xiàn)狀的分析研究，又基于我校已有材料物理學(xué)和光電信息科學(xué)與工程專業(yè)，我們確定了培養(yǎng)具有扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)、理工結(jié)合、寬口徑、復(fù)合型人才為目標(biāo)的應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)定位。希望愿意從事科學(xué)研究和繼續(xù)深造的學(xué)生在校期間，能學(xué)習(xí)高等物理學(xué)的理論專業(yè)知識和實(shí)驗(yàn)方法，受到嚴(yán)格的工程實(shí)訓(xùn)和計算機(jī)方向的培訓(xùn)，同時培養(yǎng)創(chuàng)新思維和科學(xué)素養(yǎng)，為繼續(xù)深造打好基礎(chǔ)。希望愿意盡早就業(yè)的學(xué)生主要學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、光電信息和現(xiàn)代檢測技術(shù)的基本理論， 在實(shí)驗(yàn)動手能力和工程實(shí)訓(xùn)方面加強(qiáng)訓(xùn)練，更注重對技術(shù)的掌握和對知識更新的適應(yīng)。

3 應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)教學(xué)模式改革方向

應(yīng)用物理學(xué)要有自己鮮明的特色與優(yōu)勢，是一個應(yīng)用型復(fù)合型的專業(yè)，而非學(xué)術(shù)型、單一型專業(yè)。人才的培養(yǎng)也是介于物理學(xué)基礎(chǔ)性人才和工科技術(shù)性人才之間，兼取兩頭的優(yōu)點(diǎn)，科技在飛速進(jìn)步，不同學(xué)科的滲透和交叉日益增加，在應(yīng)用物理學(xué)的培養(yǎng)方向上，應(yīng)適應(yīng)科技發(fā)展的綜合趨勢和市場經(jīng)濟(jì)對人才的要求，著力于培養(yǎng)物理學(xué)與其他學(xué)科交叉領(lǐng)域以及不同物理方向交叉領(lǐng)域的應(yīng)用型人才。

（1）光伏材料為新一代環(huán)保節(jié)能型材料，非常符合國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展戰(zhàn)略需求。然而其材料生產(chǎn)的高成本、低轉(zhuǎn)換率強(qiáng)調(diào)企業(yè)要不斷革新，這就需要光伏材料類高等層次人才。單晶硅技術(shù)的研究，為我國硬件產(chǎn)業(yè)的趕超提供了很好的支持。2014年諾貝爾物理學(xué)獎獎勵給三位日籍物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)的“藍(lán)光二極管”，頒獎詞“讓LED照亮世界”標(biāo)志著物理學(xué)在光電信息材料和器件領(lǐng)域的卓越成就，也對應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)指出又一個明確的方向，即光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用——照明工程和顯示技術(shù)方面，對屬于對應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的信息顯示與光電技術(shù)方向的人才需求。應(yīng)用物理專業(yè)可以圍繞在光信息和電子信息技術(shù)領(lǐng)域來發(fā)展和培養(yǎng)有強(qiáng)大后勁和基礎(chǔ)的高級研究人才。

（2）物理學(xué)對材料的研究，更注重材料內(nèi)在的機(jī)理研究，對材料各方面如材料的電磁性能，光性能等的提高提供理論支持，對材料的研究是根本的，對材料性能的改進(jìn)是有理有據(jù)的。這些使得應(yīng)用物理專業(yè)的人才在從事具（下轉(zhuǎn)第75頁）（上接第64頁）體的材料科研工作時更得心應(yīng)手。

（3）計算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用物理專業(yè)相結(jié)合將為應(yīng)用物理在新世紀(jì)迅速發(fā)展插翅添翼。計算機(jī)模擬物理實(shí)驗(yàn)，節(jié)省了大量的人力物力。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建立，計算機(jī)軟件進(jìn)行模擬和數(shù)值計算，能使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的同時加深印象，形象直觀，活躍了學(xué)生的思維，提高學(xué)生物理基礎(chǔ)理論和計算機(jī)兩方面的能力，使學(xué)生利用好計算機(jī)這個工具，能夠熟練掌握計算機(jī)應(yīng)用技能，充分發(fā)揮應(yīng)用物理專業(yè)人才的優(yōu)勢打好基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)是最盛產(chǎn)發(fā)明家的專業(yè)，愛因斯坦、丁肇中等大科學(xué)家的實(shí)例告訴我們，我們的改革一定要為對物理學(xué)有濃厚興趣，熱愛物理學(xué)，有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，同時具有較強(qiáng)的動手和實(shí)踐能力的學(xué)生插上創(chuàng)新的翅膀。應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)是培養(yǎng)技術(shù)工程師的搖籃，也是我國物理學(xué)教育領(lǐng)域的人才庫，那些對國富民強(qiáng)、振興教育有抱負(fù)的應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生，要敢于投身于基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，為未來培養(yǎng)人才?？傊?，應(yīng)用物理專業(yè)的辦學(xué)需要研究的課題還很多，如何實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)具有扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)、理工結(jié)合的、寬口徑、復(fù)合型的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，還需要我們在實(shí)踐中進(jìn)一步探索。