mit物理學(xué)本科生和研究生學(xué)位課程的特點(diǎn)與思考

1、1麻省理工學(xué)院物理專業(yè)學(xué)位課程的特色與思考麻省理工學(xué)院物理專業(yè)學(xué)位課程的特色與思考張立彬（南開大學(xué)外國(guó)教材中心，天津300071）韓志龍（南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院，天津300071）內(nèi)容摘要：本文以麻省理工學(xué)院物理學(xué)本科生和研究生的學(xué)位課程為研究對(duì)象，深入探討了國(guó)外物理學(xué)學(xué)位課程開設(shè)的特色，理清了MIT物理學(xué)教育的思路。在此基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)大學(xué)物理學(xué)教育的改革提出了建議：構(gòu)建現(xiàn)代教育觀，實(shí)行文理兼修、分層教學(xué)的通識(shí)教育，建立以研究為基礎(chǔ)的教育

2、體系。關(guān)鍵詞：麻省理工學(xué)院；物理學(xué)專業(yè)；本科學(xué)位課程；研究生學(xué)位課程；學(xué)位課程特點(diǎn)一、概述一、概述麻省理工學(xué)院（MIT）物理系致力于發(fā)現(xiàn)新物理的最前沿[1][1]，所以物理系的研究課題很多都是涉及極端物理?xiàng)l件可能存在新物理的方向：從星系群到基本粒子、從整個(gè)宇宙到神秘的弦、從大爆炸以來由相對(duì)論性原子核碰撞得到的最熱物質(zhì)到使用激光冷卻使物質(zhì)冷卻到波函數(shù)塌縮從而形成玻色愛因斯坦凝聚態(tài)、從單個(gè)原子到非常規(guī)的材料、從高溫超導(dǎo)體到地球物理學(xué)。MIT

3、在不斷地檢驗(yàn)現(xiàn)有關(guān)于物質(zhì)和能量的結(jié)構(gòu)及行為的理論同時(shí)，也在不斷地推進(jìn)對(duì)客觀物理世界的認(rèn)識(shí)極限。MIT物理系是美國(guó)最好的物理系之一，研究項(xiàng)目包括粒子與核物理的理論與實(shí)驗(yàn)、宇宙學(xué)與天體物理學(xué)、等離子物理學(xué)、凝聚態(tài)物理的理論與實(shí)驗(yàn)、原子物理學(xué)和生物物理學(xué)。同時(shí)為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求，MIT物理系也針對(duì)人文、藝術(shù)、社科方向的學(xué)生提供相關(guān)基礎(chǔ)課程。物理系開設(shè)本科生、研究生及博士后的相關(guān)課程，給他們提供一個(gè)非常廣泛的專業(yè)化選擇。本科課程和研究生課程都

4、十分關(guān)注于學(xué)生對(duì)統(tǒng)治物理世界的基礎(chǔ)定律的理解，包括空間與時(shí)間，物質(zhì)與能量的所有形式，從亞原子到宇宙、從基本到復(fù)雜。本文以MIT物理系本科及研究生學(xué)位課程的設(shè)置為研究對(duì)象，以不同類型課程要求為切入點(diǎn)，探析其學(xué)位課程的設(shè)置特點(diǎn)，以其把握其物理學(xué)教育的關(guān)鍵，為我國(guó)物理學(xué)專業(yè)教育的改革提供有益的幫助。二、二、MIT物理系本科生學(xué)位課程物理系本科生學(xué)位課程[2][2]物理專業(yè)的本科生教育不僅給物理及相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也能為從事天

5、文、生物物理、工程、應(yīng)用物理、數(shù)學(xué)物理、管理、法律及醫(yī)藥等其他領(lǐng)域的研究提供專業(yè)訓(xùn)練。本科生的課程給學(xué)生一個(gè)深入了解基本物理概念的機(jī)會(huì)。學(xué)生可以選擇以下兩種方案來獲得學(xué)士學(xué)位：（1）“集中的培養(yǎng)方案”(Thefocusedoption)，該方案主要面向那些將在物理學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域攻讀研究生的學(xué)生，該培養(yǎng)方案為學(xué)生制定了更加深入的物理學(xué)高級(jí)課程計(jì)劃，還有物理學(xué)領(lǐng)域的研究計(jì)劃和物理學(xué)專業(yè)學(xué)術(shù)論文的要求；（2）“靈活的培養(yǎng)方案”(Theflexi

6、bleoption)，該方案主要面向那些希望在諸如工程、醫(yī)學(xué)、法律、商業(yè)、管理等其他領(lǐng)域發(fā)展的學(xué)生。該方案中的物理學(xué)高級(jí)課程沒有“集中的培養(yǎng)方案”深入，但更加廣泛，更加靈活，學(xué)生可以選修其他學(xué)科的集中課程，比如天文學(xué)、生物、納米技術(shù)、哲學(xué)、科學(xué)教育、管理學(xué)、醫(yī)學(xué)、法律等學(xué)科的課程，也可以選擇其他學(xué)科的課程和研究項(xiàng)目以及學(xué)術(shù)論文。兩種方案提供的選修課程大致相同，需要的科學(xué)訓(xùn)練時(shí)間也基本一樣，學(xué)生根據(jù)自身愛好及能力從中選擇選擇。這兩種方案最

7、終都拿到同樣的學(xué)位——物理學(xué)學(xué)士學(xué)位。2.1基礎(chǔ)物理課程基礎(chǔ)物理課程MIT物理系為新生開設(shè)基礎(chǔ)物理課程——“物理學(xué)Ⅰ”、“物理學(xué)Ⅱ”。前者主要內(nèi)容為經(jīng)典力學(xué)，分4個(gè)層次，學(xué)生可任選一門；后者主要內(nèi)容為電磁學(xué)，分3個(gè)層次，學(xué)生可任選一門。它們分別采用不同的授課方式、不同的難度要求和不同的學(xué)習(xí)時(shí)間，為不同基礎(chǔ)的學(xué)生提供了具有針對(duì)性的課程設(shè)計(jì)，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況來選擇適合自己的課程?！拔锢韺W(xué)Ⅰ”、“物理學(xué)Ⅱ”分層情況見表1。3門數(shù)學(xué)和

8、至少兩門物理課程。數(shù)學(xué)課程包括復(fù)變函數(shù)及應(yīng)用（18.04）、科學(xué)家與工程師研究方法（18.075）、線性代數(shù)（18.06），這些課程都是在主修物理的學(xué)生中十分流行的。典型的物理課程包含天文學(xué)、生物物理、凝聚態(tài)、等離子體、核物理、粒子物理等方向，能夠很好地給學(xué)生展現(xiàn)出當(dāng)代物理的研究前沿。對(duì)于那些想在研究生階段繼續(xù)學(xué)習(xí)物理的學(xué)生，學(xué)校專門開設(shè)理論物理系列——電磁學(xué)II（8.07）、統(tǒng)計(jì)物理II（8.08）和經(jīng)典力學(xué)III（8.09）。在第四

9、學(xué)年是該培養(yǎng)方案的一個(gè)重要部分——論文，它是學(xué)生在教師指導(dǎo)下做出的物理方向的一個(gè)研究成果。許多論文的題目都是非常自然地來自于UROP課程。學(xué)生一般在第三學(xué)年的中期就應(yīng)該有關(guān)于論文題目的想法，論文開題要在選修論文課程之前，并且不能晚于第四學(xué)年秋季學(xué)期的小學(xué)期。在第四學(xué)年，學(xué)生會(huì)有相對(duì)較多的自由安排時(shí)間，這既可以用來加深學(xué)生自身的物理專業(yè)學(xué)習(xí)也可以探究其他的研究方向。2.3靈活的培養(yǎng)方案靈活的培養(yǎng)方案該方案是開設(shè)給那些希望有基礎(chǔ)物理背景但是

10、將來并不從事物理專業(yè)工作的學(xué)生。MIT通過對(duì)學(xué)生的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，了解物理的基本概念和掌握物理學(xué)家解決問題的基本方法給將來從事非傳統(tǒng)的、技術(shù)相關(guān)的職業(yè)，如商業(yè)、法律、醫(yī)藥、工程，奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。而且靈活的培養(yǎng)方案使興趣廣泛的學(xué)生更有機(jī)會(huì)去其它學(xué)院獲得第二學(xué)位。該方案的核心課程包括物理I（8.01）、物理II（8.02）、物理III（8.03）、量子力學(xué)I（8.04）、統(tǒng)計(jì)力學(xué)I（8.044）、能量物理學(xué)（8.21）或是經(jīng)典力學(xué)II（8.223）

11、，最后為了完成物理專業(yè)課程要求，學(xué)生還得再選擇量子力學(xué)II（8.05）或是一門相對(duì)論（狹義相對(duì)論簡(jiǎn)介（8.20）、相對(duì)論（8.033）二選一）。以上課程也是物理學(xué)的核心課程，其中物理I（8.01）和物理II（8.02）是基礎(chǔ)物理課程，學(xué)生要在第一學(xué)年選修，其它課程屬于進(jìn)階課程，主要在第二及第三學(xué)年完成。選擇靈活培養(yǎng)方案學(xué)生的這些物理專業(yè)課和選擇集中培養(yǎng)方案的學(xué)生是一起上課的，并不單獨(dú)開課。表2靈活的培養(yǎng)方案各專業(yè)集中要求與實(shí)驗(yàn)課程專業(yè)課

12、程代碼課程專業(yè)課程代碼課程12.400太陽系8.06量子物理III8.284現(xiàn)代天文學(xué)24.111量子物理哲學(xué)8.286早期宇宙學(xué)24.215科學(xué)哲學(xué)講座天文學(xué)12.410J宇宙觀測(cè)技術(shù)科學(xué)哲學(xué)8.13物理實(shí)驗(yàn)I7.03基因?qū)W8.22520世紀(jì)物理學(xué)7.05生物化學(xué)8.286早期宇宙學(xué)8.591系統(tǒng)生物學(xué)STS.003現(xiàn)代科學(xué)的崛起生物物理7.02生物學(xué)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)論科學(xué)史8.13物理實(shí)驗(yàn)I6.004算法結(jié)構(gòu)8.299物理教育18.330數(shù)值

13、分析導(dǎo)論11.124數(shù)學(xué)與科學(xué)教學(xué)6.042計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)8.22520世紀(jì)物理學(xué)計(jì)算物理8.13實(shí)驗(yàn)物理I科學(xué)教育8.13物理實(shí)驗(yàn)I8.231固體物理I14.01微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)6.152J微電子技術(shù)14.02宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)6.681J微結(jié)構(gòu)制造15.501經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)導(dǎo)論納米技術(shù)在Bell實(shí)驗(yàn)室實(shí)習(xí)管理學(xué)8.13實(shí)驗(yàn)物理I選擇該方案的學(xué)生還要有集中要求課程——三門在某領(lǐng)域關(guān)聯(lián)的專業(yè)課程（沒有必須是物理專業(yè)的），課程要經(jīng)過學(xué)院的批準(zhǔn)并且要與學(xué)生的H