陈静漪　李桂雅

(河海大学公共管理学院，江苏 南京　211100)



加州理工学院物理学专业本科生和硕士研究生课程设置分析

陈静漪李桂雅

(河海大学公共管理学院，江苏 南京211100)

作为世界著名的理工类大学，加州理工学院在物理学等一系列领域取得了卓越的成就.本文在回顾加州理工学院物理学壮大和崛起过程的基础上，详细介绍了加州理工学院物理学专业本科生和硕士研究生的课程设置，并总结其特点，在此基础上对我国高校物理学人才培养的改进提出几点建议：坚持“小而精”的办学特色；坚持教师教学、学生自学和实验学习相结合的原则；重视基础课程和通识课程的结合，注重课程结构的调整；组织开展各种学术交流类活动，与国际接轨；重视高等教育培养过程的系统性和层次性.

加州理工学院；物理学；本科生；硕士研究生；课程

加州理工学院(CaliforniaInstituteofTechnology)是世界著名私立研究型大学，在世界科技界久负盛名.学院一直以来坚持“小而精”的办学特色，规模很小，学生总数仅2000人左右.如此“小”的加州理工学院在《泰晤士高等教育》2012—2015年全球大学排名中连续4年位列第一，在QS世界大学排名中也一直排在前列，2015年U.S.News美国大学最佳研究生院排名中，加州理工学院的物理学、数学与天文科学学院排名全美第二，其中物理学专业排名全美第一[1].有学者曾评价到：“如果说加州理工学院在美国高等教育史上不占什么重要地位的话,那么它在世界现代科技史上的地位则没有几所大学能够望其项背”[2].因此，加州理工学院也被公认为是最典型的精英大学之一.考虑到学院对博士生的课程不做强制要求[3]，因此，本文主要关注加州理工学院物理学(physics)专业本科生和硕士研究生的课程设置，在此基础上分析其特点，对我国高校物理学人才培养的改进提出几点建议.

1　加州理工学院物理学壮大和崛起的过程

加州理工学院创建于1891年，最初是一所名叫色罗珀大学(ThroopUniversity)的艺术和工艺学校，后来改名为色罗珀工艺学院，1920 年才改称为加州理工学院.1925 年之前的加州理工学院仅设物理学、化学和工程学3个学科方向，此后才设立了地质学、航空学、生物学、数学、化学生物学、行星科学、原子核天体物理学、地球化学以及一些人文和社科方面的学科.1907年，作为威尔逊山天文台的首任台长，当选为学校理事长的天文学家GeorgeElleryHale看到了建立一个正式的工程和自然科学教育学院的机会.在成功地吸引来私人的土地和资金赞助后，Hale把麻省理工学院的前任校长、美国最著名的物理化学家阿瑟·A·诺伊斯(ArthurA．Noyes)招入麾下，不仅使得当时的加州理工学院的化学学科提高到了麻省理工学院的水平，而且还使学院本身成为引人注目的中心.同时Hale给学校配备了装备精良的现代实验室设施，并且说服了实验物理学家罗伯特·A·密立根(RobertA．Millikan)加入学院，为后来把学校建立成科学技术的中心奠定了基础.在乔治、密立根等人的带领下，在南加州经济繁荣的促进下，1920年的加州理工学院迅速扬名.加州理工学院物理学的发展壮大主要经历以下两个时期:

1.1密立根(Robert A.Millikan)主政时期

第一次世界大战后的美国经济和高等教育都得到了进一步的发展，工业化的提高刺激了社会各领域对高层次人才的需求，主要表现在工业界需要更多的拥有高级学位的科技人才；政府机构、出版界和科研机构对具有高级学位的人才的需求等.在这样的背景下，密立根在1921—1945年间担任“执行委员会主席”(相当于加州理工校长)，并于1923年获得诺贝尔物理学奖，其影响力之大以至于学校有时被称为“密立根的学校”.此外，凭借其个人的威望和广泛联系，密立根接连邀请了包括爱因斯坦(A.Einstein) 、玻尔(N.Bohr) 在内的一大批物理学家来校访问讲学或从事合作研究.在物理学家密立根等人的出色领导下，20世纪30年代初的加州理工学院就已真正崛起了，物理学达到美国国内无可匹敌的程度，将美国其他大学远远地抛在了后面[4].

1.2杜布里奇(Lee Alvin DuBridge)主政时期

第二次世界大战结束后,加州理工学院开始了由物理学家李·阿尔文·杜布里奇主政的时期.杜布里奇原是麻省理工学院的战时雷达计划负责人，1946年，他被选为加州理工学院的新一任校长.在杜布里奇的任期内(1946—1969年)，加州理工学院的科学系数量增加了一倍，校园扩大了两倍，其中原子核天体物理学等学科在新的研究领域蓬勃发展.杜布里奇认为，联邦政府有责任对科学研究进行必要的支持.作为加州理工学院新的物理学领军人，巴伽尔以高能粒子物理为起点对物理系进行了大刀阔斧式的改造.此外，称得上当时最伟大的理论粒子物理学家理查德·费因曼(RichardFeynman)和默里·盖尔曼(MurrayGellmann)也加入了加州理工学院，且盖尔曼因对于粒子物理所谓“标准模型”的建立而荣获诺贝尔物理学奖.这一时期的加州理工的理论物理学进入了黄金时代.

2　加州理工学院物理学专业本科生的课程设置

课程设置在一定程度上影响着高等教育人才培养的质量，对于注重基础知识学习的本科阶段的培养更是如此.加州理工学院物理学专业本科生的培养目标是：为学生提供了广泛的现代物理学的基础知识教育,确保他们拥有扎实的基础，不仅可以追求更高层次的研究生学习，也可以在基础研究中拥有自己的事业.(Theundergraduatephysicsprogramprovidesstudentswithextensivetraininginthefundamentalsofmodernphysics,ensuringthattheyhavethefoundationtopursuegraduatestudyandcareersinbasicresearch)[5].

在培养目标的引导下，加州理工学院严格要求生源质量, 始终坚持“小而精”(smallbutexcellent)的理念，在确保生师比3∶1的前提下[6]，学院明确表示要想获得物理学专业的理学学士学位，学生需要完成加州理工学院规定的所有课程，至少获得486个学分且平均积分点必须达到1.9方可[7].

(1) 加州理工学院要求所有专业的所有学生必须学习如图1所规定的课程：一年级新生需要学习27个学分的数学课、27个学分的物理课、15个学分的化学课、9个学分的生物课、9个学分的选修课、6个学分的化学实验课、6个学分的附加导论实验课、3个学分的科学写作课、108个学分的人文社科类通识课程、9个学分的体育课，共273个学分，占学院要求修习的总学分(486个)的56%.由此可见，学院对于学生基础性、通识性课程的重视程度.此外，除去这些学院规定的课程学习外，学生还需要根据本专业的课程要求学习与专业相关的课程，学生的学习压力可见一斑.

图　1[8]

(2) 学院对所有物理学专业学生的课程学习要求给出了详细的说明：一年级生必须完成5门物理导论类课程的学习；二年级生的课程主要集中在详细地探讨“波、量子物理学和统计物理学”方面的课程；学院希望三、四年级生，在大范围的筛选选修课程的基础上，结合自己先前所学的知识，探索自身的研究兴趣所在，在此基础上谨慎选择自己所要修习的选修课程；另外，考虑到学生的自我钻研往往是高学分的直接原因，所以学院非常鼓励所有的物理学专业的学生，不管是在学期内还是在暑期，都能够积极主动地参与科研[9].

(3) 从2011—2012学年开始，加州理工学院开设“一年级生研讨课”，一般由10～15名学生和一名教师组成，师生共同探讨领域内的某一热点问题，教学相长.此外，为了给学生提供师生交流、参与科研的机会，学院设置了“前沿课程”，由教师就自己的某一领域的已有研究以讲座的形式开展，鼓励学生积极参与.由于该课程时间一般设在午餐时间，且提供披萨，所以也被学生称为“披萨课”[8].

(4) 加州理工学院的每周课程教学分为3个部分，包括课堂教学、实验室课时和学生课外自学[7].以经典力学和电磁学课程(课程编号Ph1abc.ClassicalMechanicsandElectromagnetism.9units(4-0-5))为例，一共9个学分，学时分为3部分，分别为4-0-5，即在经典力学和电磁学这门课中，每节课每周课堂教学为4学时，实验时间为零学时，课外自学为5学时.而在物理实验课(Ph3.PhysicsLaboratory.6units(0-3-3))这门课程中，每节课每周课堂教学为零学时，实验室课时为3学时，课外自学为3学时.经典力学和电磁学作为专业基础课程，学院考虑到学生理论知识的欠缺，以教师课堂教学和课外自学为主.而作为实验技能课程，物理实验课要求学生在教师课堂教学的指导下积极参与，锻炼自己的动手能力和实验能力.

3　加州理工学院物理学专业硕士研究生的课程设置

加州理工学院在物理学方面取得了如此令人惊叹的成就，都与其独具特色的研究生课程设置分不开的[4].

(1) 学院要求物理学专业的理学硕士必须保证至少1年的学习时间并完成学位所要求的课程学习，取得不少于135个学分，共包含3部分，见表1物理学研究生课程总要求[6]：

从表1和表2可以看出，在物理学课程设置中，通识课程占总学分的20%，交叉课程占专业课程的13.8%.我们可以得出这样的结论:以培养优秀的物理人才为目标，学院在课程结构多样化、课程设置灵活、课程体系全面的基础上，不仅保证学生基础课程、交叉课程的学习和融合，还重视培养学生的全面能力，体现在与本科生一样，学院也要求硕士研究生学习人文社科类通识课程，这样不仅可以避免研究生知识的单一性，还有利于理、工、文不同学科之间的互相渗透,赋予理工类学生以人文气息.

(2) 学院重视本科生阶段的基础物理类课程的学习在后继研究生培养中所起的作用，确保学生学习的系统性.根据学院对硕士生培养的要求以及Caltech的课程目录说明：物理学专业的课程号100以下的为本科生学习课程范围，100～199为本科生和研究生共同学习课程范围[10]，可以看出学院重视学生基础物理知识的学习，在考虑到部分学生本科阶段已经选修量子力学的基础上，在研究生培养阶段再一次确保学生拥有扎实的基础物理学知识，确保以后进一步的科研或者基础

表1　物理学研究生课程总要求

表2　物理学专业硕士研究生专业选修课程

研究的需要.另外，在确保本科生阶段的基本课程学习的基础上，开放本科生和研究生共同学习课程领域，既保证高水平学生的学习需要，又保证了研究生培养中基础课程的地位.

(3) 与本科生课程一样，学院对硕士研究生课程的每周教学也分为3个部分，包括课堂教学、实验室课时和学生课外自学[7].基于此，以量子力学和物理研讨课程为例分析.量子力学课程(Ph125QuantumMechanics9units(3-0-6))中学时比例为3-0-6，即在量子力学这门课中，每节课每周课堂教学为3学时，实验室课时为零学时，课外学习为6学时.而在物理研讨(Ph242PhysicsSeminar. 3units(2-0-1))这门课程中，每节课每周课堂教学为2学时，实验室课时为零学时，课外学习为1学时.量子力学作为专业基础课，学院在考虑到学生本科阶段已经学习过的前提下，在以教师课堂教学的基础上着重强调培养学生的自我学习能力.而对于物理研讨要求更多学时的课堂教学，要求教师不但要参与讨论，还要对讨论负责加以引导，并适时对学生的各种观点做出分类和归纳[11].

(4) 学院还根据教育对象的不同采用不同的教学方法.研究生教育相较于本科阶段的教育更加注重培养学生的自主学习能力，相对应的，教学方式也有别于本科课程教学的诸多方面.除了既定的课程知识的学习，加州理工学院建议学生将更多的时间和精力放在小组学习以及跟随导师参与实验或项目上.就物理学、数学与天文科学学院而言，学院为物理学学科的硕士研究生设立了可参与的研究项目或者研究所，一般由相关领域的专家学者们带领研究生进行研究，共16项之多，包括量子信息和物质研究所(InstituteforQuantumInformation&Matter(IQIM) )、基本粒子物理学和弦理论(ParticlePhysicsandStringTheory)、太空物理学(SpacePhysics)等[12].学院更重视对研究生科研和实践能力的培养，为以后的进一步学习或深造打下坚实的基础.

4　加州理工学院物理学专业本科生和硕士研究生课程设置的启示

通过以上对加州理工学院物理学专业本科生和硕士研究生课程设置的分析，不难看出加州理工学院在物理学人才培养方面有其独有的特点和魅力，学习与借鉴加州理工学院本科生和硕士研究生教育对于我国高校物理学专业的发展具有深远意义.

(1) 坚持“小而精”的办学特色

在人才选拔方面，加州理工学院始终遵循“学科不求过多,范围不求过宽、严格保证学生入学和学习质量，宁缺毋滥，精益求精”的方针,严格选拔人才.加州理工学院每年有超过5000名的申请者，录取率却不超过10%[13].不仅如此，加州理工学院的“小而精”的办学特色还体现在学院的设置上.该学院总共设有 6 个学部: 生物学学部，化学与化学工程学部，工程学与应用科学学部，地质学与行星学学部，人类学与社会学学部，物理、数学与天文学学部.每一个学部的设置都是根据不同学科的特点及其相互关系合并到一起的，不追求数量，而追求知识融合以及教学质量.参照加州理工学院经验，我国的大学应根据自身条件，努力建设好特色学科、优势学科，而不应该一味追求“大而全”，关键在于有特色，并把特色发挥到极致[14].

(2) 坚持教师教学、学生自学和实验学习相结合的原则

加州理工学院的课程安排在结合课程自身特点的基础上，根据学生的需求，合理安排教师的教、学生的学和实验学习，确保学生能够在教师的引导下，将理论知识运用于实践，锻炼学生的动手能力和创新能力，且理工科学生相比于人文社科类学生更强调实践能力和动手能力的培养.因此，参照加州理工学院的经验，建议：据不同层次、不同类型学生的培养目标，制定不同的课程和教学体系.对于注重基础课程知识的学习和巩固的本科生和注重培养科研能力的硕士生因“生”施教.另外，区别于传统的知识灌输，在教学的时候需要在巩固学生基础理论知识的同时着重挖掘学生的科研潜力、培养学生的动手能力、创新能力和实践能力等.在具体课程设置中建议合理定位教师的角色，加大操作性课程中实验课的比重，对学生自我学习和课外学习能力提出要求.

(3) 重视基础课程、通识课程与交叉课程的结合，注重课程结构的调整

加州理工学院重视学生基础课程和通识课程的学习.因此，参照加州理工学院的经验，学院不仅要重视学生的专业基础知识，也要注重培养理工类学生的人文知识素养.建议：在课程设置方面，尝试根据课程的性质以及学生的需求等改变课程结构设置，同时重视培养学生的人文素养，鼓励学生选修通识类课程.减少必修课的同时设置具有前沿性和前瞻性选修课，以便于学生根据自身的不同需求进行学习.另外，考虑到物理学专业的特性，可以在课程考核中提高科研和实验能力在学分中的比重，减少成绩所占的比重.

(4) 组织开展各种学术交流类活动，与国际接轨

加州理工学院重视师生关系的发展，重视师生间的学术性交流.参照该校的经验，建议我国高校不仅可以充分利用本校的教职工资源，定期开展师生研讨会，而且还可以定期聘请国内外优秀学者、专家来校办讲座或任教，举办学术讨论会和研究辩论会，这样不仅可以使学生获得新的学术思想,走在学术前沿，活跃学术气氛,还可以提高学生的科研积极性和参与度，促进师生关系的和谐.

(5) 重视高等教育培养过程的系统性和层次性

加州理工学院对物理学专业的学生培养并不仅局限于眼前的基础物理或科学研究，更注重不同教育阶段对学生培养的系统性和层次性.参照加州理工学院的经验，建议：我国高校为本科生设置一些研究生课程，供学生自由选修，这样不仅可以为成绩优秀的本科生提供更多的更高层次的学习机会，也为有继续深造想法的本科生提供学习研究生阶段知识的机会，为将来研究生阶段的学习打下基础.

[1]GraduateSchoolSearch—PhysicsPrograms[EB/OL].http://grad-schools.usnews.rankingsandreviews.com/best-graduate-schools/search?program=top-physics-schools&specialty=&name=&zip=&program_rank=top_10&sort=&sortdir=. [2015-10-10]

[2]蓝劲松.小而精的学府何以也成功——对加州理工学院崛起的分析[J].复旦教育论坛，2003(1).

[3]PhysicsDegreeRequirements—PhD&MS[EB/OL].http://www.pma.caltech.edu/content/physics-degree-requirements-phd-ms. [2016-01-31]

[4]戴宏毅，陈平形，黄明球.加州理工学院物理专业研究生课程设置特点[J].高等教育研究学报，2014，37(2)：57-60.[5]PhysicsUndergraduateStudies[EB/OL].http://www.pma.caltech.edu/content/physics-undergraduate-studies. [2016-01-03]

[6]CaltechataGlance[EB/OL].http://www.caltech.edu/content/glance.[2015-11-03]

[7]GraduationRequirement[EB/OL].http://catalog.caltech.edu. [2015-11-13]

[8]CoreInstituteRequirements,AllOptions[EB/OL].http://catalog.caltech.edu. [2015-11-13]

[9]Courses[EB/OL].http://catalog.caltech.edu.[2016-01-03]

[10]catalog_15_16_part5[EB/OL].http://catalog.caltech.edu. [2016-01-03]

[11]包水梅.中美高等教育学博士研究生培养制度的比较研究——基于厦门大学与斯坦福大学的案例分析[J].高等教育管理,2012(6)：59-66.

[12]PhysicsResearch[EB/OL].http://www.pma.caltech.edu/content/physics-research. [2016-01-03]

[13]2012PotentialApplicantLetter[EB/OL].http://www.caltech.edu/content/about-caltech. [2015-02-03]

[14]刘宝存.世界一流大学发展模式的个性化选择[J].比较教育研究，2007(6).

■

ANALYSISANDENLIGHTENMENTINUNDERGRADUATEANDGRADUATECURRICULUMOFPHYSICSEDUCATIONATCALIFORNIAINSTITUTEOFTECHNOLOGY

ChenJingyiLiGuiya

(SchoolofPublicAdministration,HohaiUniversity,Nanjing,Jiangsu211100)

Asaworld-renownedcollege,CaliforniaInstituteofTechnology,withitssignificantreputation,hasgottenagreatcontributionandmanyremarkablescientificachievements,especiallyinthefieldofphysics.AfterintroducingthehistoryofgrowingandrisingprocessofphysicsinCaliforniaInstituteofTechnology,thispaperintroducesitsundergraduateandpostgraduatecourses,andsummarizesitscharacteristics.Onthisbasis,somesuggestionsareputforwardtoimprovethephysicaltalentscultivationincollegesanduniversitiesinChina.Thesuggestionsarecomposedofinsistingthe“smallbutexcellent”culturingnotion,insisting“teaching-studying-labing”principle,payingattentiontobasiccurriculumstructureadjustment,organizingdifferentkindsofacademicactivities,actingoninternationalconvention,andpayingattentiontothesystematicnessandhierarchyofhighereducation.

CaliforniaInstituteofTechnology;physics;undergraduatestudent;graduatestudent;curriculum

2015-11-18;

2016-02-08

2013年度中国学位与研究生教育学会资助项目“美国著名大学研究生培养机制的院校案例研究”(B2-2013Y09-128)的阶段性成果.

陈静漪，女，副教授，主要从事高等教育学科研工作，研究方向为高等教育管理、院校研究.chenjy66@163.com；李桂雅，女，在读研究生.lgyhohai@126.com

引文格式: 陈静漪，李桂雅. 加州理工学院物理学专业本科生和硕士研究生课程设置分析[J]. 物理与工程，2016，26(3)：53-58.