本科生开拓物理视野

⑴ 基础学科拔尖学生培养试验计划的实施进展

北京大学：“元培学院”（原名：元培计划、元培计划实验班），北京大学已在数、理、化、生、计算机等基础学科专业人才创新培养建设项目，项目将通过考查学生综合能力、兴趣和发展潜质，将最优秀的学生选入培养计划。如北京大学物理学院决定选拔优秀本科生开设“未名物理学子班”。其目的是不断探索和完善素质教育培养机制，为年轻才俊迅速成长为国际一流的物理学家和各领域的领军人物打下坚实基础。而元培学院计划在未来几年内实现“自主设置专业”，即学生按照自己的专业兴趣选择不同院系的特定课程，经审核通过后即可按照这一量身定做的培养计划完成学分，获得学位证书。北大曾经给一位学生专门开出一门课，这可谓真正的吃小灶。
清华大学：清华大学2009年开始实施“清华学堂人才培养计划”，实验班选拔各不相同，首批进入该计划的有4个项目：数学班、物理班、计算机科学班和钱学森力学班，预期还有化学班、生命科学班两个项目进入计划。这些实验班的入门选拔各不相同。钱学森力学班，采取“高考录取+校内分流”的申请体制；计算机班则施行“奥赛+校内二次测试”的方式选拔；报考数学、物理、化学实验班的学生，在经过相关教授考核后，也可直接就读；而生物班等重点实验班则将统一在本科高段学生中选拔人才。
南京大学：“英才培育计划”，建立在“南京大学大理科人才培养模式”基础上的，但做出很多变革，对学生培养的优惠政策可谓前所未有，进入拔尖人才培养方案的学生会比“匡亚明学院”学生的选择权更大，教师队伍的组成也将有变革。借助这一计划，2010级新生有机会进入基础学科理科强化班及数学、物理、化学、生物、计算机等5个院系英才班享受“英才培育计划”。此外南大也拥有全国第一个通识教育学院，匡亚明学院。南京大学匡亚明学院实施，按学科群打基础，以一级学科方向分流，贯通本科和研究生教育”的模式，培养立志献身基础学科研究和教育事业的优秀人才。学院推行通识教育在人文科学类、应用文科类、数理科学类、大地学类、化学与生命科学类、建筑学和教育技术学等大学科类实施多学科、宽口径教学模式，并将逐步推广到社会科学、金融工程学等领域。学院通过不断的教育创新，在培养有开拓精神、善于在学科交叉领域发展的个性化基础科学人才方面形成了自己的特色。2001年世界顶尖学术杂志《Science》第293卷上，专门提到南京大学大理科教育：“北京大学在改进本科科学教学努力中极大地借鉴了另一所顶尖大学南京大学的教改经验，南京大学大学在1989年成立了强化部，给优秀学生在基础研究方面更深的基础，同时鼓励学科间的交叉和互相影响。”这实际上就是后来的北京大学元培计划实验班。
复旦大学：“望道计划”，复旦大学基础学科拔尖学生培养试验计划的总体目标是：在数、理、化、生几个基础学科开始实施“望道计划”，构筑“拔尖人才”培养平台，创新培养模式，努力使这些优秀学生成长为相关基础学科领域的领军人物，并逐步跻身国际一流科学家队伍。该项目将分以下几个阶段目标来完成：第一阶段，探索优秀学生的选拔机制,实行动态进出机制和自由选择专业机制，最终将最优秀的学生通过该计划地培养,脱颖而出；第二阶段，为优秀本科学生构建学习平台,通过聘请国际一流专家学者，采用最新进的教材，以及小班化的研讨与探究，使这些学生具备该领域深厚的理论知识以及思考和学习能力；第三阶段，为优秀本科学生参与某专业领域前沿研究搭建平台，形成从学校到院系直至实验室完整的、系统的学术研究培养体系；第四阶段，为优秀本科生的搭建国际化教育平台，通过聘请国际一流学者来校教学以及选派学生到国际一流学校进行交流，使学生具备国际视野；第五阶段，在结束本科阶段学习之后，优秀学生将被选送到国际一流的研究小组进一步深造，使他们能在最优异环境下,培养成为一流科学家。
中国科学技术大学：2009年开始实行“中国科学技术大学科技英才班”，大多以中国科大建校初期的大师命名。中国科学院支持中国科学技术大学与相关研究所联合创办了11个“科技英才班”（华罗庚数学科技英才班、师昌绪材料科学科技英才班、贝时璋生命科技英才班、严济慈物理科技英才班、王大珩光机电科技英才班、应用物理科技英才班、钱学森力学科技英才班、卢嘉锡化学科技英才班、天文英才班、赵九章现代地球和空间科学科技英才班、计算机与信息科技英才班）。其中基础科学类英才班7个，高技术类英才班4个。涉及16个研究所和科大10个学院，总招收学生435人。同时院批准资助科大和14个研究所共同实施了14个联合共建项目。截止2010年11月底已开设基础和实验课程32门，编写教材2本，300多名学生接受了实验训练。英才班实施的目的，是充分利用科大和研究所双方优越的教学科研条件，对有潜力的优秀人才进行重点培养，解决国家战略需求和世界科技前沿急需人才的培养问题，成为国家未来科学与工程领军人才的培养基地。项目实施以来，在生源、师资、培养模式、条件保障、制度创新和国际合作等方面进行了积极创新、深入改革、健全机制，明确了“三结合，两段式，长周期，个性化，国际化”培养模式，努力使学生将来能够成长为相关学科领域的领军人物，并逐步跻身国际一流科学家行列。
浙江大学：“求是科学班”，2010年8月开班。“竺可桢学院”成立于2000年5月，是以浙大竺可桢老校长之名命名，为浙江大学优秀本科学生实施“特别培养”的荣誉学院，学院前身为创办于1984年的原浙江大学（工科）混合班，现任院长是浙江大学校长杨卫院士，竺可桢学院以“培养为杰出人才的成长奠定坚实的基础”为宗旨，以培养“基础宽厚、知识、能力、素质协调发展，富有创新精神和能力的卓越人才”为目标。“求是科学班”是学校根据教育部“基础学科拔尖学生培养计划（珠峰计划）”精神而设立的，以学生的科学素养、志向为基础，以“培养未来的科学家、世界一流的学科引领者”为目标，选拔对数学、物理、化学、生物、计算机科学五个基础学科中某一学科有浓厚学习兴趣、具有较强培养潜力并有志于深入学习的优秀学生进行培养。
上海交通大学：“致远学院”，由校长张杰院士亲自兼任学院院长。致远学院得到了教育部“基础学科拔尖学生培养试验计划”的支持，2010年致远学院将招收数理科学和生命科学两个理科班，每个班人数不超过35人，在9月份新生入学后，所有上海交通大学2010级新生都可以申请进入致远学院，学院将从中通过笔试与面试相结合的方式选拔部分学生进入致远学院。
同济大学：同济大学生命科学英才班，按照国家教育部“基础学科拔尖学生培养试验计划（珠峰计划）”的要求，从2011年开始在全校各专业新生中另外选拔对生命科学具有浓厚兴趣、有志于成为生命科学基础研究和应用技术研究的学生，编入“生命科学英才班”（下面简称“英才班”）。秉承“个性发展，性格塑造，独立思考，探索实践”的理念让研究生命科学成为一种乐趣。设立“英才班”的目标为培养一批热爱生命科学并具有原创性科学思想、高尚人格的“大师级”人才“苗子”。
南开大学：南开大学设立培养理科拔尖人才的试验班“伯苓班”和“省身班”，在数学、物理、化学和生物专业的新生中经过二次选拔产生，采用双语教学与国际接轨。“伯苓班”和“省身班”采用动态管理，本硕博连读，学制为八年（2+2+1+3）。
武汉大学：“弘毅学堂”，培养精英的“特区”武汉大学决定实施“基础学科拔尖学生培养试验计划”，设立“弘毅学堂”，下设5个学科小班，即弘毅数学班、弘毅物理班、弘毅化学班、弘毅生物班和弘毅计算机班。“弘毅学堂”是培养精英人才的“特区”，新生进校后，在各学科专家分委员会主持下，以及学生自愿的基础上，通过笔试和面试进行二次选拔。聘请学术造诣深厚、具有国际视野的专家学者担任首席教授。
中山大学：“逸仙班”，为开始于2006年的中大人才培养新举措——“逸仙计划”下的项目。该计划将在物理、化学、生物三个专业的高考生源中择优选拔90名“尖子生”组建“逸仙班”，以理科基地为依托，实施本科与研究生教育贯通培养。“逸仙班”为学生设计个性化培养方案，引导学生根据自己的兴趣特长进行两次专业选择，并在导师指导下进行个性化专业学习。
厦门大学：在化学、生物、数学三个重点学科，厦大启动“基础学科拔尖学生培养实验计划”。学校将从录取的这三个专业的学生中选拔出一小批特别拔尖的学生，为他们量身定制个性化培养方案，配备一流教师，提供一流学习条件，创造一流学术环境与氛围。
北京师范大学：“励耘学院”，北京师范大学“拔尖计划”同时被列入北京师范大学“985工程”。已经组建2010级“基础理科拔尖学生培养实验班”、“人文学科拔尖学生培养实验班”。培养目标：探索拔尖创新人才培养规律，培养兴趣浓厚、志向远大、基础扎实、能力突出、德才兼备、勇于创新的拔尖学生，为其成为基础理科（数学、物理学、化学、生物学）和人文学科（汉语言文学、历史学、哲学）的领军人物、知名学者奠定坚实基础。同时，通过计划实施的示范和辐射作用，带动全校人才培养质量的全面提升。
北京航空航天大学：北航提出实施精英教育的计划，设立“高等工程学院”，施行直博教育；北航计算机学院创新实验班，探索新的信息人才培养模式。“北航华罗庚班”于2011年获批列入“珠峰计划”，每年从全国优秀高中生中招生35人，与中国科学院数学与系统科学研究院联合培养，毕业生赴欧美一流大学继续深造或保送到北大、清华、中科院、北航攻读研究生。北航物理学院代表北航物理学科进入全国“珠峰计划”的物理部分。“北航物理学院爱因斯坦班”每年从全国优秀高中毕业生中选拔20人左右，致力于培养具有坚实数理基础的高素质创新人才和具有解决重大物理问题潜质的复合型创新人才。
吉林大学：“唐敖庆班”，分“唐敖庆Ⅰ班”和“唐敖庆Ⅱ班”，吉林大学被纳入“珠峰计划”高校行列，不仅是对吉大此前培养成果的肯定，也是对吉大近些年逐步夯实学科领域地位和突出重点优势专业的肯定。著名学者，吕振羽、李四光、匡亚明、唐敖庆、孙玉胜、王树明、张寿常、金景芳等一大批名家，都曾经在吉林大学学习或工作过，吉大部分“国家重点学科”科研实力在国内领域堪称先导者，学校被纳入‘珠峰计划’，让吉大培养高端人才任务更加具体明确。吉林大学按照“唐敖庆Ⅰ班”和“唐敖庆Ⅱ班”两个方向培养，其中唐敖庆Ⅰ班为化学与生物科学专业方向，唐敖庆Ⅱ班为数学与物理学专业方向。
山东大学：“泰山学堂”，是为实施教育部“基础学科拔尖学生培养试验计划”、加速推进拔尖创新人才培养工作而设立的，教育部2009年启动的“基础学科拔尖学生培养计划”目的是培养一大批拔尖创新人才，使之成为相关基础学科领域领军人物，并逐步跻身国际一流科学家队伍。作为入选该计划的16所高水平研究型大学之一，山东大学决定成立“山东大学泰山学堂”，全面负责该计划的实施，这是山东大学实施教育部“基础学科拔尖学生培养试验计划”，探索拔尖创新人才培养的重要一步。泰山学堂院长、中国科学院院士、数学家彭实戈教授说：“20年后，泰山学堂如果能出一位诺贝尔学奖的获得者，那就说明我们的探索是成功的。”
兰州大学：“萃英学院”，成立于2010年，在全校新生选拔优秀学生进入该院，其每名学生每年培养经费将高达10万元。萃英学院实行“3+1”培养模式，即国内学习3年，国外深造1年。兰大2010年启动“基础学科拔尖人才培养实验计划”，成立“萃英学院”是其中一项，新学院招生专业涉及数学、物理、化学、生物、人文萃英班五类，每年招生80名，每人每年培养经费将达到10万元。
四川大学：由化学学院、生物学院、物理学院、数学学院具体负责培养方案。施行小班教育，课程进行优化，强调基础知识和兴趣培养。公共课由吴玉章学院负责。
西安交通大学：“基础学科拔尖人才实验班”，2010年3月5日下午，伴随着热烈的掌声，西安交通大学首届基础学科拔尖人才实验班开班仪式于科学馆207热烈举行，这也标志着教育部“基础学科拔尖学生培养试验计划”在西安交通大学正式进入实施阶段。在今后几年中每年选拔 80名左右有志于从事基础学科研究的优秀本科生进入数学、物理学专业学习，培养基础学科领域的创新型领军人才。
中国科学院大学（国科大）：“基础学科拔尖学生培养试验计划”暨“果壳计划”2015年7月6日上午，中国科学院前沿科学与教育局在北京组织召开了专家评审会，国科大副校长席南华代表学校从培养目标、生源选拔、三段式培养、课程体系、师资队伍、实践环节、国际交流等多个方面，向与会专家详细介绍了国科大“基础学科拔尖学生培养试验计划”暨“果壳计划”的实施方案。经过评审专家充分论证和无记名投票，一致通过国科大的申请方案。
哈尔滨工业大学：工大为培养拔尖创新人才成立英才学院，具体实施培养拔尖创新人才的培养模式与培养思路，学生遴选与动态管理、培养方案设置，教育教学方式方法、优秀师资聘请、首席学术顾问制度，国际化能力培养，教学质量保障，学生管理等创新能力培养。

⑵ 指导物理类本科生毕业设计的一些尝试

指导物理类本科生毕业设计的一些尝试

郭立平刘传胜

（武汉大学物理科学与技术学院，湖北武汉430072）

[摘要] 介绍了笔者在指导物理类大学本科生进行毕业设计工作中的一些思考和尝试。针对不同学生的毕业去向和个人兴趣，结合笔者的科研需要，提出毕业设计题目、研究目标和应当完成的基本任务。将毕业设计内容与毕业后继续攻读研究生学位相结合、与出国留学相结合、与参加工作的职业性质相结合，尽可能使学生获得基本的科研和技术训练，为毕业后尽快向所从事工作的顺利过渡打下基础。

[关键词] 毕业设计；学术研究；研究生学位；出国留学；职业发展

[中图分类号]G642.477

[文献标识码] A

[文章编号] 1005-4634 （2012） 06-0049-03

0 引言

作为大学教学的最后一个综合性环节，毕业设计是学生极为重要的一个学习和训练过程。毕业设计的目的是培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。对理工科学生而言，提高毕业设计的质量，是学生提高技术能力并获取初步科研能力的一个重要环节。不同的学生未来所面临的实际问题可能差别很大。据统计，近五年来，武汉大学物理科学与技术学院物理类专业的本科生毕业后约65%继续攻读研究生学位，20%的学生出国留学，其他学生参加工作。对这些毕业后不同去向的学生，在毕业设计阶段尽可能进行一些有针对性的科研和技术训练，对于学生毕业后尽快向工作过渡是很有意义的。笔者在2008年至2012年期间共指导了23名物理系本科毕业生作毕业设计，题目全部来自于所承担的科研项目，要求学生参加科研项目的某个部分或者环节。本文介绍了笔者在指导物理专业本科生进行毕业设计方面的一些思索、尝试和效果。

1 毕业设计内容与出国留学相结合

在笔者指导的本科生中，先后有多人被国外高校录取为研究生继续深造，如2009届学生徐水钢被香港科技大学录取，2012届学生周明亮被美国石溪大学录取。相对而言，国内高校的本科生在理论知识的学习上比较系统、深入，而动手能力的培养则比较薄弱；对传统知识的掌握比较牢固，而对学科前沿的最新动态则了解不多，专业知识面和学科视野不够宽广。对于这些即将出国深造的学生而言，国外的课程学习并不困难，比较困难的是研究能力的欠缺，因此尽快过渡并适应国外高校的研究工作显得比较迫切。在指导这些本科生毕业设计时，特别注意对文献调研能力和动手能力的锻炼。

在文献调研方面，要求学生做系统深入的国内外文献检索，完成对被国际权威数据库SCI和EI收录的英文论文的检索，特别是对本学科国际和国内主要专业期刊和国际顶级权威期刊的论文检索，获得所研究课题的最新文献和最权威文献，以及发展过程中的关键文献和早期的基础文献。在充分掌握文献的基础上，先阅读中文文献，后阅读英文文献，并在组内做文献阅读报告，进行文献讨论，帮助学生理解文献内容。在此基础上，撰写调研报告，并在组内做文献综述报告。通过完整的文献调研、大量的文献阅读、深入的文献讨论和系统的文献综述，学生不仅极大地开拓了视野，更重要的是大大提高了获取知识的能力，为日后快速适应国外研究生生活打下良好基础。

例如，2012届学生周明亮同学的毕业设计题目是《武汉大学离子枪一电镜联机装置》，所研究的装置是我国唯一的一台，目前国际上正在运行的类似装置总共只有不到十台。这种装置可以在离子辐照注入现场原位研究材料的微观结构变化过程，是研究离子束与物质相互的极富特色的稀有设备。该同学不仅对国际上现有装置进行了全面调研，而且调研了自1961年Pashley和Pre sland国际上首次报道利用80 kV透射电子显微镜原位观察Au的电子束辐照损伤以来至今50年来的全部类似装置。通过对该类装置发展历程的完整调研，对该类装置的技术特点、关键技术、技术难点、主要应用和未来发展趋势有了全面深入的了解，并提高了文献调研、阅读和综述能力。

对于动手能力的培养，往往有一个误区，就是培养学生仪器设备的操作能力。笔者认为，只会操作是不够的，而是更加强调对设备的结构、部件的加工、功能的改进、故障的排除等多方面的锻炼。例如，给周明亮同学的毕业设计任务是绘制工图、改进真空、调节离子光路、测量离子束流。首先要求该生对装置进行工程制图，这对一个从未接触过工程制图的学物理的学生来说有一定难度，但他去美国攻读研究生的研究方向会经常涉及制图问题。(毕业设计 )由于了解工程制图对其未来研究工作的重要性，该生积极自学，在1个月时间内就掌握了基本的电脑制图技术，并绘制了满足基本要求的图纸，包括该装置的主要部件：离子源、聚焦透镜、双偏转板、四刀狭缝、光阑、离子束与电镜接口和真空接口的图纸，以及按离子光路传输的实际几何布局进行组装的完整装置图纸。在绘制图纸过程中，利用装置出现故障的机会，拆开了装置并测量其中各部件的尺寸。通过这一过程，该生既培养了绘图能力，又对装置的原理有了更直观的理解，并为后面的装置改进和调试打下了基础。例如，加工并改进了聚焦器与偏转器之间的过渡板，提高了装置的真空度；用激光准直完成了离子传输光路的调整。在测束流时发现聚焦高压加不上去，出现打火现象，高压摇表测试发现聚焦透镜的中间圆筒与地之间电阻很低，于是判断中间圆筒出现故障，取下后发现果然是圆筒被击穿，处理后恢复正常。通过参与束流测试工作，获得满意的测量结果。通过这些绘图、加工、改进、反复拆装、多次测量、故障排除、反复调试等过程，在使学生能力得到锻炼的同时，也对实际科研中的物理实验研究所需要的'细致、坚持、创新等必备品质有了真切的体会。

2 毕业设计内容与攻读国内研究生学位相结合

在笔者所指导的本科毕业生中，有的学生考上或被保送到国内高校或研究单位攻读研究生学位，包括在笔者的指导下攻读博士学位和硕士学位。对于这样的学生，笔者将其毕业设计的研究内容与即将开始攻读研究生学位期间的研究内容紧密衔接起来，以利于学生尽快进入研究生阶段的学习。实际上，由于研究生一年级学位课程学习任务很重，很难有时间从事研究工作，大多数学生是在研究生二年级才开始真正有时间投入到科研中。因此，从大学四年级上学期修完本科学分到研究生二年级，留下了一年半的空档期。但是，如果在毕业设计期间能受到良好的科研训练，那么就有可能在读研究生一年级时在课程学习的同时就能进行一部分研究工作。按照这个思路对准备继续攻读研究生学位的本科毕业生进行比较深入的科研训练，取得了较好效果。例如，2008届本科毕业生李铁成考上了笔者的博士研究生，博士论文的研究方向是核技术在材料科学中的应用，包括同步辐射和离子注入技术。为此，布置给该生的本科毕业设计题目是《Si1-xMnx稀磁半导体的同步辐射研究》，任务是应用同步辐射X射线精细结构谱学（XAFS）对过渡金属Mn离子参杂硅所制备的磁性半导体进行局域结构分析。其学术背景是，稀磁半导体同时兼有铁磁性和半导体性质，是未来自旋电子学的关键材料，在材料如硅单晶中注入峰值浓度约1%的Mn即可产生铁磁性，因此掺入的少量Mn原子对磁性的产生起着决定性作用。与所有其他物理性质一样，此磁性的产生也起源于其结构的变化，因此，研究Mn原子周围的局域结构，对于了解铁磁性的产生机理可以提供关键的信息，而XAFS方法则是研究局域结构的独特技术。该生在本科专业课学习期间曾系统地学习过XAFS方法，但没有用该方法研究过实际问题。毕业设计期间，通过在磁性半导体中的实际应用，学习并熟练掌握了XAFS数据处理方法和软件，并通过对实际数据的处理和分析，不但获得了多个样品的掺杂原子局域结构结果，合理解释了其磁性的微观结构起源，而且加深了对这种特色实验方法的理解。进入研究生学习后，立即先后赴上海光源和北京同步辐射装置做XAFS实验测量，进一步熟悉了实验技术，并获取了新的实验数据。该生将本科论文和研究生期间补充的工作进行总结后，在国际专业期刊《Vacuum》上发表SCI论文一篇，顺利实现了本科毕业设计与研究生阶段研究工作的有机衔接。

3 毕业设计内容与参加工作相结合

笔者指导的毕业生中有一部分直接参加工作，他们毕业的主要去向是企业类用人单位，将主要从事与生产实际相结合的技术工作，而不是实验室里的基础研究。对这部分学生，如何使其尽快从大学课程学习过渡到实际工作，也是值得思考的问题。笔者在指导其进行毕业设计时，根据其毕业后实际的工作性质，有针对性地安排毕业设计内容和任务。同时，作为综合性大学的物理系学生，最基本的科研训练也是不可缺少的。例如，2008届毕业生周国芹同学毕业后将去华为公司从事软件开发，笔者给他的毕业设计题目是《低活化钢的穆斯堡尔谱学研究》，主要任务是应用专业软件MOSFUN和MBT对穆斯堡尔谱进行拟合分析。同时，要求完成厚度小于30微米的样品制备、穆斯堡尔谱测量和拟合结果的物理分析。该同学通过毕业设计掌握了穆斯堡尔谱的数据处理方法和专业软件的使用，对软件所采取的算法也有了比较深入的了解，这种训练对于其日后从事软件开发是有益的。

4 结束语

本文介绍了笔者在指导物理系本科生毕业论文方面的一些思考和尝试。主要是根据学生毕业后的去向有针对性地布置内容和任务，提高学生的文献调研能力、动手能力、数据处理能力、分析能力和科研论文写作能力，为尽快向毕业后工作的顺利过渡打下基础。通过毕业设计，有本科生作为第一作者在国际专业期刊上发表了SCI论文，有本科生作为第一作者获得了授权的实用新型专利，表明这些尝试获得了良好的效果。对于本科毕业生而言，虽然毕业设计只有短短的三个多月的时间，只占四年的大学学习时间的一小部分，然而却是大学学习的收官之作，是进行一些最基本的科研和技术训练的良机，值得不断地思考、探索和改进，为提高学生的科学和技术素质把好最后一关。