李祖斌，鄢小卿，宋 峰

(南開大學(xué) 物理科學(xué)學(xué)院，天津 300071)

作為近現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)，物理學(xué)一直是近現(xiàn)代科學(xué)教育的重點(diǎn). 第一次、第二次工業(yè)革命都是發(fā)端于物理學(xué). 在目前正在進(jìn)行的第三次工業(yè)革命中，物理學(xué)也起著重要的作用. 為了主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，教育部啟動(dòng)了新工科戰(zhàn)略行動(dòng)，并取得了很大成效，目前已輻射到全國不同類型的高校.

大學(xué)物理是新工科人才培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)課程，如何在具有不同特點(diǎn)的新工科專業(yè)建設(shè)中，更有效地發(fā)揮大學(xué)物理的基礎(chǔ)和支撐作用，達(dá)到厚植科學(xué)精神、夯實(shí)科學(xué)基礎(chǔ)、培育家國情懷的效果，是重要的研究課題.

目前國內(nèi)高校都將物理學(xué)設(shè)置為理工類學(xué)科(包括新工科)的基礎(chǔ)通識(shí)類必修課程，這既符合國家一直以來以科技創(chuàng)新為基本戰(zhàn)略的發(fā)展方向，也符合提高全民科學(xué)素質(zhì)的目標(biāo). 但是，近年來，大學(xué)普通物理的教學(xué)也面臨許多亟待改革的問題[1]，比如教學(xué)內(nèi)容和形式等方面. 在課時(shí)與學(xué)分方面，大學(xué)物理教學(xué)面臨的主要問題是：非物理學(xué)科自身課程發(fā)展的需求與大學(xué)物理課時(shí)或?qū)W分之間的矛盾. 傳統(tǒng)的大學(xué)物理內(nèi)容廣泛，包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、量子力學(xué)、原子物理等內(nèi)容，需要占用較多的課時(shí)和學(xué)分. 然而，各理科專業(yè)也有自身課程發(fā)展的需求，這就與大學(xué)物理的課時(shí)要求發(fā)生沖突；另外，各專業(yè)對(duì)物理教學(xué)內(nèi)容的需求也各不相同. 所以，在課時(shí)、學(xué)分上大學(xué)物理亦有改革的必要. 針對(duì)國內(nèi)高校大學(xué)物理課時(shí)學(xué)分的調(diào)研，已有部分結(jié)果見刊[2-4]，也有針對(duì)美國著名大學(xué)的調(diào)查[5]，但是針對(duì)歐洲大學(xué)的調(diào)查還比較少.

它山之石可以攻玉. 西方高等教育體系已經(jīng)歷數(shù)百年，對(duì)于物理課程的設(shè)置有成熟的經(jīng)驗(yàn). 因此，本文調(diào)查了歐洲部分國家高校新工科專業(yè)的物理課程設(shè)置情況，包括是否開設(shè)課程、學(xué)分、課時(shí)等情況，希望能對(duì)國內(nèi)大學(xué)物理課程改革提供參考數(shù)據(jù).

1 歐洲國家新工科專業(yè)物理課程開設(shè)情況

本文對(duì)歐洲主要發(fā)達(dá)國家的高水平大學(xué)新工科專業(yè)的物理課程開設(shè)情況進(jìn)行了調(diào)研，所有數(shù)據(jù)全部來自各個(gè)學(xué)校官網(wǎng)上的公開數(shù)據(jù). 具體情況如下.

1.1 學(xué)校

學(xué)校的選取，參考了2020年度美國U.S. News世界大學(xué)排名和泰晤士高等教育世界大學(xué)排名(THE)，同時(shí)兼顧大學(xué)所在國家的廣泛性，選取了13個(gè)國家的34所大學(xué)，如表1所示.

表1 調(diào)查大學(xué)情況

續(xù)表國家學(xué)校U.S.News排名THE排名學(xué)制荷蘭阿姆斯特丹大學(xué) Universiteit van Amster-dam4062三年烏特勒支大學(xué) Univer-siteit Utrecht5575三年萊頓大學(xué)Universiteit Lei-den8967三年荷蘭格羅寧根大學(xué) Rijksuni-versiteit Groningen9673三年比利時(shí)魯汶大學(xué) Katholieke Uni-versiteit Leuven5645三年根特大學(xué) Universiteit Gent87123三年丹麥哥本哈根大學(xué) K?benhavns Universitet32101三年芬蘭赫爾辛基大學(xué) Helsingin yliopisto8796三年瑞典隆德大學(xué) Lunds Univer-sitet9196三年烏普薩拉大學(xué) Uppsala Universitet102102三年挪威奧斯陸大學(xué) Universitetet i Oslo91131三年西班牙巴塞羅那大學(xué) Universitat de Barcelona98201-250四年意大利博洛尼亞大學(xué) Università di Bologna116168三年帕多瓦大學(xué) Università di Padova116201-250三年奧地利維也納大學(xué) Universit?t Wien200134三年

這些學(xué)校中，有兩所較為特殊：巴黎文理研究大學(xué)和索邦巴黎西岱大學(xué)，它們都是由多個(gè)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)合并而成. 在調(diào)查各學(xué)科課程情況時(shí)，是從各個(gè)分校網(wǎng)站上查詢到的，但最終的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，仍將這兩所學(xué)校作為一個(gè)整體來處理，其中的各學(xué)科數(shù)據(jù)，以正向優(yōu)先(有物理課)、學(xué)分平均的原則處理.

1.2 學(xué)位和學(xué)制

此次調(diào)查僅限于各學(xué)科學(xué)士學(xué)位課程，亦有極少部分本碩連讀的學(xué)科，比如倫敦國王學(xué)院和奧斯陸大學(xué)的藥學(xué)專業(yè)，因?yàn)橹徽{(diào)研其第一學(xué)年基礎(chǔ)課程，所以對(duì)結(jié)果并無影響.

歐洲的大學(xué)，在歐洲高等教育改革計(jì)劃之后，本科學(xué)制基本都是三年180學(xué)分(ECTS). 在調(diào)查的34所大學(xué)中，僅有英國愛丁堡大學(xué)和西班牙巴塞羅那大學(xué)是四年制. 也有部分學(xué)校，比如英國的倫敦大學(xué)學(xué)院、倫敦國王學(xué)院等，是360學(xué)分，在學(xué)分計(jì)算上根據(jù)學(xué)分比例按照180學(xué)分進(jìn)行折算.

1.3 調(diào)查的學(xué)科

本次調(diào)查的學(xué)科主要是工科專業(yè)，涵蓋新工科，包括生物、化學(xué)、計(jì)算機(jī)、環(huán)境、數(shù)學(xué)、材料、藥學(xué)等七個(gè)學(xué)科專業(yè). 在調(diào)查中，對(duì)于傳統(tǒng)工科如工程類專業(yè)未考慮在內(nèi).

1.4 調(diào)查的物理課程

本次調(diào)查的是新工科專業(yè)中普通物理課的開設(shè)情況，只考慮普通物理課程，即力、熱、電磁、光、量子導(dǎo)論等基礎(chǔ)課程，一般設(shè)置在第一學(xué)年. 對(duì)于專業(yè)性質(zhì)的物理課程，例如材料專業(yè)中的材料物理、固體物理，不計(jì)入統(tǒng)計(jì). 另外，英國的大多學(xué)校的數(shù)學(xué)專業(yè)，都在二、三年級(jí)設(shè)置物理類必修課或選修課，包括經(jīng)典力學(xué)、流體力學(xué)、狹義和廣義相對(duì)論、量子力學(xué)等. 在其課程介紹中，發(fā)現(xiàn)這些課程應(yīng)該是專業(yè)類數(shù)學(xué)物理課程，是數(shù)學(xué)面向物理的應(yīng)用類課程，固這類課程也不計(jì)入統(tǒng)計(jì).

1.5 必修與選修

本次調(diào)查只統(tǒng)計(jì)課程設(shè)置中的必修課程，如無論何種性質(zhì)的選修課都不計(jì)入統(tǒng)計(jì). 調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，部分歐洲大學(xué)與國內(nèi)大學(xué)課程設(shè)置類似，會(huì)有基礎(chǔ)必修、專業(yè)必修、專業(yè)選修、自由選擇課程等. 本文只記錄必修課程中的物理課程. 有些專業(yè)必修課也是可選擇的(selective)，通常是兩三門課程中選修一門，這種情況中的物理課，也并不計(jì)入統(tǒng)計(jì).

另外，有些大學(xué)，比如法國的巴黎綜合理工大學(xué)、荷蘭的烏特勒支大學(xué)，第一學(xué)年的課程是可以任意選擇的，二、三年級(jí)的課程才進(jìn)行專業(yè)化最終選定畢業(yè)的方向. 對(duì)于這類學(xué)校，自由選擇也就意味著非必修，也認(rèn)為是沒有普通物理課的. 英國的劍橋大學(xué)也與此類似，設(shè)置了一個(gè)自然科學(xué)學(xué)位，在第一、二年可以在16個(gè)學(xué)科中選擇課程，第三年專業(yè)化后，最終可以在多個(gè)自然科學(xué)選擇畢業(yè)的方向. 這種設(shè)置，沒有固定課程安排，本文也認(rèn)為是沒有普通物理課的.

法國的索邦大學(xué)自然科學(xué)方向較為特殊，第一年為基礎(chǔ)課，通過考試后才能繼續(xù)選修專業(yè)課程. 第一年課程有3個(gè)方向：Biologie/ Chimie/ Géosciences(生物/化學(xué)/地理)、Mathématiques/ Informatique/ Physique/ Ingénierie(數(shù)學(xué)/計(jì)算機(jī)/物理/工程)、Mathématiques/ Informatique/ Physique/ Ingénierie(數(shù)學(xué)/計(jì)算機(jī)/物理/工程). 在第一個(gè)方向中，沒有物理的必修課. 在第二、三個(gè)方向中，有普通物理必修課程. 由此，第二、三方向中涉及的專業(yè)可以認(rèn)為是有物理課程的.

1.6 新冠疫情的影響

本次調(diào)查正值新冠疫情在全世界范圍蔓延流行，所調(diào)查高校多有應(yīng)對(duì)舉措. 部分大學(xué)在學(xué)校網(wǎng)站上發(fā)布了新冠疫情期間改為線上授課甚至線上考試的通知，比如德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)[6]，特別是對(duì)外籍留學(xué)生有詳細(xì)的應(yīng)對(duì)安排. 不過這些調(diào)整只是針對(duì)上課模式，課程的內(nèi)容和課時(shí)并未有改變.

1.7 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計(jì)，這些大學(xué)中各學(xué)科大學(xué)普通物理課開設(shè)情況如圖1、圖2所示：

圖1 各學(xué)科物理課開設(shè)情況

圖2 物理課程學(xué)分情況

2 分析討論

綜合以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以及各學(xué)科的具體數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)歐洲各大學(xué)的大學(xué)普通物理課程設(shè)置各有千秋，呈現(xiàn)多樣性，當(dāng)然也有很多共性可以借鑒，各個(gè)專業(yè)之間有較大差異.

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，傳統(tǒng)的偏理的學(xué)科，如生物、化學(xué)、環(huán)境、材料，物理課程開設(shè)比例都超過了50%. 這說明，對(duì)于傳統(tǒng)理科學(xué)科，更多的大學(xué)仍然認(rèn)為物理是自然科學(xué)的基礎(chǔ)必修課，是大學(xué)本科生必須修習(xí)的課程. 而且物理課程平均學(xué)分在9～16學(xué)分左右，一般都會(huì)開設(shè)兩學(xué)期的物理課程，每學(xué)期學(xué)分平均在6學(xué)分左右. 從某些學(xué)校提供的課程信息可以看到，這些物理課程涵蓋了力學(xué)、振動(dòng)和波、狹義相對(duì)論、電磁學(xué)、光學(xué)、量子力學(xué)、原子物理等內(nèi)容或其中的大部分內(nèi)容，基本與國內(nèi)大學(xué)普通物理相當(dāng). 對(duì)于計(jì)算機(jī)類專業(yè)，開設(shè)物理課較少. 大部分學(xué)校第一年課程都是以專業(yè)課程和數(shù)學(xué)課為主.

在各學(xué)校網(wǎng)站中，部分學(xué)校提供了課程的詳細(xì)設(shè)置，比如課時(shí). 一般的課程課時(shí)既包括講授(lecture)，也包括習(xí)題課(exercise)，也有包括實(shí)驗(yàn)課時(shí)的. 比如洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的生物專業(yè)，物理課程非常全面，共計(jì)四門22學(xué)分，包括力學(xué)6學(xué)分、熱學(xué)6學(xué)分、電磁學(xué)6學(xué)分、量子力學(xué)4學(xué)分. 每周課時(shí)數(shù)分別為：力學(xué)3(講授)+3(習(xí)題)學(xué)時(shí)，熱學(xué)3+3學(xué)時(shí)，電磁學(xué)4+2學(xué)時(shí)，量子力學(xué)2+2學(xué)時(shí). 再如海德堡大學(xué)的化學(xué)專業(yè)，物理課程包括兩學(xué)期課程(每門6學(xué)分)和一門實(shí)驗(yàn)(3學(xué)分)共15學(xué)分. 課時(shí)上，每學(xué)期每周4課時(shí)(講授)+2(習(xí)題)，實(shí)驗(yàn)課3課時(shí). 可見，開設(shè)普通物理課程的學(xué)校，仍然是非常重視普通物理教育的，大量的課時(shí)和課程內(nèi)容的全面覆蓋，將給予學(xué)生系統(tǒng)的科學(xué)教育，教給他們物理的知識(shí)和思想，更好的幫助他們在主修專業(yè)上的學(xué)習(xí).

調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀的工科院校，傾向于在大部分專業(yè)都開設(shè)物理課，比如瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院，幾乎所有調(diào)查專業(yè)都開設(shè)了物理課程，而且學(xué)分?jǐn)?shù)很高、課時(shí)很多(包括計(jì)算機(jī)專業(yè)). 開設(shè)物理課程較多的國家有瑞士、德國、法國、比利時(shí)、西班牙、意大利，而有的國家的大學(xué)幾乎沒有開設(shè)普通物理課，比如英國. 歐洲大學(xué)學(xué)制的改革可能影響了課程的設(shè)置. 三年180學(xué)分，每年60學(xué)分，如果每門課3～5學(xué)分，每年將會(huì)有12～20門課程. 調(diào)查中也看到，很多學(xué)校一年級(jí)的課表是非常滿的. 在這種設(shè)置下，課程可能會(huì)向?qū)I(yè)課傾斜，去除不必要的課程. 所以可以看到，不同學(xué)校相同專業(yè)，大學(xué)物理的學(xué)分差異很大. 另外，除了必修課程，學(xué)校都會(huì)設(shè)置一定的學(xué)分由學(xué)生自由選修課程，這里其實(shí)就包括了一般的物理課程. 另一種可能性是，如果在高中時(shí)代就已經(jīng)修習(xí)了必要的具有一定深度的物理課程，大學(xué)中的普通物理可能就沒有太多必要了. 比如英國的大部分大學(xué)，學(xué)科介紹中可以看到對(duì)入學(xué)的要求，其中就有物理課達(dá)到A級(jí)的要求，這也許正是英國大部分學(xué)校非物理專業(yè)未開設(shè)物理課程的原因. 當(dāng)然，這樣的設(shè)置，必須是一種由下而上的整體設(shè)計(jì)，高中與大學(xué)的體系必然是緊密關(guān)聯(lián)的. 這也許是國內(nèi)可以借鑒的地方.

另外，調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)有些大學(xué)采取了更加自由的選課形式，不限定課程的設(shè)置或僅作范圍性的限定，由學(xué)生根據(jù)興趣和自我發(fā)展的需要選擇修習(xí)的課程，比如前面介紹的法國的巴黎綜合理工大學(xué)、法國的索邦大學(xué)、荷蘭的烏特勒支大學(xué)等. 這樣的設(shè)置，必然會(huì)有學(xué)生的多樣性和學(xué)科交叉的各種可能性，對(duì)培養(yǎng)復(fù)合型人才是非常有必要的. 但是有利有弊，這樣也必然會(huì)削弱專業(yè)性人才的培養(yǎng). 所以，自由選擇還是專業(yè)限定，沒有孰優(yōu)孰劣的問題，只是面向未來的不同選擇而已. 更好的方式也許應(yīng)該是給出各種可能性，讓學(xué)生自行選擇合適的方式，同時(shí)允許中途的轉(zhuǎn)變，另外也必須兼顧國家的需要，避免人才向所謂過熱方向的集中，保證人才的均衡發(fā)展.

總而言之，從調(diào)查數(shù)據(jù)來看，歐洲這些高水平大學(xué)中，大學(xué)普通物理課程仍是大部分學(xué)校非物理理科專業(yè)的必修課程. 即便沒有開設(shè)物理課程的學(xué)校，也大都開設(shè)了物理選修課程以供學(xué)生選擇. 這與物理在科學(xué)中的地位和物理對(duì)其他學(xué)科的意義是分不開的，物理學(xué)仍應(yīng)是大學(xué)理科專業(yè)必修的基礎(chǔ)通識(shí)課程. 當(dāng)然，也可以看到不同專業(yè)的物理課程會(huì)有很大差異，這與學(xué)科對(duì)物理課程的需求密不可分. 所以，合理的設(shè)置課程內(nèi)容和層次，以便不同專業(yè)選擇適合自己的層次，是目前大學(xué)普通物理課程發(fā)展的方向.