秦成兵 王 申 李 鵬 張文學(xué) 馬 杰**

（1. 山西大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院，山西 太原 030006；2. 山西大學(xué) 量子光學(xué)與光量子器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/激光光譜研究所，山西 太原 030006）

一、引言

拔尖創(chuàng)新人才是具有原創(chuàng)性思想和批判性思維,能夠引領(lǐng)相關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的復(fù)合型人才,是民族復(fù)興的戰(zhàn)略性資源。 自拔尖創(chuàng)新人才概念被提出以來,高等院校一直是培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的主戰(zhàn)場(chǎng)。 國(guó)內(nèi)高水平大學(xué)通過成立拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)學(xué)院或特色學(xué)科實(shí)驗(yàn)班,利用多次選拔、逐步分流等方式選拔優(yōu)秀人才,革新教學(xué)計(jì)劃、內(nèi)容和方法,加強(qiáng)基礎(chǔ)課程與通識(shí)課教育,鼓勵(lì)選修交叉學(xué)科課程,創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),深化國(guó)際化培養(yǎng)模式等方法,全面推進(jìn)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)［1-2］。 在此過程中,各種培養(yǎng)理念不斷被提出和發(fā)展,其中以“教學(xué)與科研相結(jié)合”的科教融合教學(xué)理念始終被認(rèn)為是培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的重要途徑之一［3］。 特別是在“雙一流”建設(shè)背景下,面對(duì)新的發(fā)展形勢(shì),國(guó)家對(duì)高等院校推進(jìn)科教融合協(xié)同育人、加快人才培養(yǎng)模式改革、完善高水平科研支撐拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制提出了更高的要求［4］。

地方高校是我國(guó)高等教育與科研力量的重要組成部分,不僅肩負(fù)著服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)和行業(yè)領(lǐng)域的重任,而且承擔(dān)著培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的重要任務(wù)［5-6］。 但相比于高水平大學(xué),地方高校在拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面也存在著更多的困境。 科教融合協(xié)同育人的核心內(nèi)涵是將科研探索中針對(duì)具體現(xiàn)象或行為的最新見解轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)性可傳授的知識(shí)點(diǎn),使教師和學(xué)生能夠在科研活動(dòng)中對(duì)知識(shí)進(jìn)行互動(dòng)式傳授和傳播,在教學(xué)活動(dòng)中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造靈感,培養(yǎng)他們的科研合作與團(tuán)隊(duì)精神。 把拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)有機(jī)地融入教學(xué)與研究中,能激發(fā)授課教師的創(chuàng)造性,反哺科研探索,提高科研產(chǎn)出。 然而,這種教學(xué)方式要求授課教師突破傳統(tǒng)書本和固有知識(shí)的限制,結(jié)合學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)和當(dāng)前該學(xué)科最新研究成果,不斷整理新知識(shí)點(diǎn),創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式。 這無疑對(duì)教師的教學(xué)能力、前沿知識(shí)掌握、知識(shí)點(diǎn)凝練提出了更高、更全面的要求。

地方高校受教學(xué)觀念、制度體系、科研資源等諸多限制,科研與教學(xué)之間缺乏有機(jī)聯(lián)系,教學(xué)方法偏重于知識(shí)傳授,科研條件相對(duì)較弱,可轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容的前沿科研成果較少,不能滿足本科生對(duì)前沿?zé)狳c(diǎn)和最新科研成果探索的需求。 因此,如何立足自身特色實(shí)施科教融合協(xié)同育人是地方院校普遍關(guān)心的問題。 以空軍預(yù)警學(xué)院為例,他們根據(jù)雷達(dá)兵對(duì)情報(bào)分析的需求,以科研任務(wù)為主線,創(chuàng)新教學(xué)方式,通過教研融合來培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新思維,推進(jìn)軍校的實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)效果［7］。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）則是在“重教學(xué)、強(qiáng)科研”的指導(dǎo)思想下,積極探索“師資—平臺(tái)—項(xiàng)目—成果—制度”五維協(xié)同的科教融合培養(yǎng)模式,提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和使命擔(dān)當(dāng)意識(shí)［8］。 南京中醫(yī)藥大學(xué)通過與其附屬醫(yī)院實(shí)行科教融合一體化管理,強(qiáng)化和優(yōu)化醫(yī)學(xué)教育要素,有效提高拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的成效［9］。 山西大學(xué)物理學(xué)科的特色在于擁有山西省唯一的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及山西省首批省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心和海外引智基地等優(yōu)勢(shì)科研資源。 本文旨在闡述近5 年來,山西大學(xué)物理學(xué)科基于這些特色優(yōu)勢(shì)所開展的科教融合探索與取得的初步成果。

二、科教融合協(xié)同育人的困境

科教融合機(jī)制使最前沿的科學(xué)研究成果源源不斷地為教學(xué)提供新資源,可以真正實(shí)現(xiàn)科研、教學(xué)、文化協(xié)同育人。 然而,科教融合也對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式和授課教師提出了更高的要求,需要更多的資源和更多的關(guān)注,該過程的成效往往需要數(shù)年甚至十?dāng)?shù)年才能體現(xiàn)出來。 然而,國(guó)內(nèi)評(píng)估體系更關(guān)注顯性的、短期可視化的成果,特別是二十世紀(jì)九十年代以來,我國(guó)高等院校進(jìn)入創(chuàng)建世界一流大學(xué)快車道［10］,在各類評(píng)估牽引下,高等院校的科研功能與科研成果被不斷放大,管理部門更加注重項(xiàng)目申請(qǐng)、經(jīng)費(fèi)管理、文章發(fā)表、科研轉(zhuǎn)化等顯性可指標(biāo)化的內(nèi)容,在拔尖人才培養(yǎng),特別是科教融合方面,逐步形成了以下困境:

（一）教學(xué)與科研分離

國(guó)內(nèi)高等院校根據(jù)教師在教學(xué)和科研等方面的側(cè)重點(diǎn)不同,普遍將教師分為科研型和教學(xué)型。其中科研型教師以承擔(dān)各類科研項(xiàng)目,開展前沿科學(xué)研究,培養(yǎng)研究生,發(fā)表研究論文為主。 其研究?jī)?nèi)容通常是國(guó)際最前沿的科學(xué)問題,具有顯著的新穎性和創(chuàng)新性,如果將這些成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容,可以有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新靈感和創(chuàng)新能力。然而,一方面科研型教師往往不承擔(dān)教學(xué)任務(wù),因此最新的科研成果與教學(xué)內(nèi)容處于脫節(jié)的狀態(tài)；另一方面科研型教師也面臨著項(xiàng)目申請(qǐng)、職稱晉升、研究生培養(yǎng)等壓力,難以將大量精力放在教學(xué)內(nèi)容的轉(zhuǎn)化上。 教學(xué)型教師以知識(shí)傳授為主,盡管所采用的教材相對(duì)成熟,但也面臨著知識(shí)更新相對(duì)緩慢的困境。 這些教師需要將大部分精力放在日常教學(xué)中,剩余時(shí)間或是無力或是懶于調(diào)研最新科研成果。 因此教學(xué)型教師往往也難以將最新的科研成果帶入課堂,來培養(yǎng)學(xué)生的研究興趣和科研合作及團(tuán)隊(duì)精神,無法形成科研與教學(xué)相融合的雙贏局面［11］。

（二）教學(xué)與實(shí)踐分離

物理學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)性學(xué)科,實(shí)驗(yàn)演示與研究實(shí)踐對(duì)于理解相關(guān)物理原理,熟練應(yīng)用相關(guān)技巧至關(guān)重要。 近年來,實(shí)驗(yàn)物理學(xué)不斷涌現(xiàn)出突破性成果,比如激光冷卻、玻色—愛因斯坦凝聚、低維材料奇異量子傳輸特性、引力波探測(cè)、拓?fù)湮锢淼茸钚卵芯砍晒?不僅衍生了大量新技術(shù),而且打破了人們對(duì)世界的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。 特別是這些成果都具有非常大的趣味性,如果將其引入課堂,不僅有利于大學(xué)生理解相關(guān)物理原理,而且能夠激發(fā)他們的研究興趣和創(chuàng)新能力。 然而目前的大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新緩慢,仍以經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為主,缺少對(duì)最新研究成果的宣傳和演示。 此外,僅通過純粹課堂教學(xué)傳授舊有的專門性知識(shí),已經(jīng)無法滿足時(shí)代和拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求。 這種教學(xué)方式致使大學(xué)生缺少對(duì)學(xué)科前沿知識(shí)的基本了解,很多本科生在臨近畢業(yè)保研或考研時(shí),無從選擇未來的研究方向,或者在選擇工作時(shí),對(duì)當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界的需求一無所知,難以服務(wù)于國(guó)家和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大需求。 因此,需要將物理教學(xué)與實(shí)踐教學(xué),特別是最新研究進(jìn)展及其在服務(wù)國(guó)家需求等方面的重要作用結(jié)合起來,提升拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)成效。

三、山西大學(xué)物理學(xué)科科教融合協(xié)同育人改革的措施

山西大學(xué)作為中西部地方高校,在科教融合協(xié)同培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才方面開展了長(zhǎng)期的探索與實(shí)踐,取得了一定的成效。 特別是物理學(xué)科,擁有山西省唯一的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及山西省首批省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心和海外引智基地等。 山西大學(xué)物理與電子工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“物電學(xué)院”）以及國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室具有優(yōu)質(zhì)的科研與教學(xué)資源［12］。 第一,國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有大量國(guó)家級(jí)人才（包括院士、“千人”、“杰青”、“長(zhǎng)江”、“優(yōu)青”、“青千”等各層次人才）,這些始終活躍于科學(xué)研究最前沿的教師不僅研究?jī)?nèi)容是面向國(guó)家急需、當(dāng)前最熱點(diǎn)的科學(xué)問題,而且擁有諸多國(guó)際一流或國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的科研成果。 特別是他們普遍具有海外留學(xué)經(jīng)歷,了解國(guó)際教育發(fā)展形勢(shì)和最新教學(xué)方式,為科教融合協(xié)同育人提供了最堅(jiān)實(shí)的教師基礎(chǔ)。 第二,國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有超過150 000 m2的實(shí)驗(yàn)用地,包含壓縮態(tài)非經(jīng)典光場(chǎng)、超冷原子分子物理、微納器件制備、激光光譜應(yīng)用等18個(gè)實(shí)驗(yàn)室,同時(shí)擁有激光器、電子儀器、機(jī)加工3個(gè)自主車間以及激光光譜與光電信息2 個(gè)開放實(shí)驗(yàn)室。 這些實(shí)驗(yàn)室和車間為科教融合協(xié)同育人提供了重要的硬件基礎(chǔ)。 第三,國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室每年擁有固定的運(yùn)行經(jīng)費(fèi),因此設(shè)立了一定數(shù)量的開放基金,可以為本科生提出的研究性實(shí)驗(yàn)或者開放性實(shí)驗(yàn)提供一定的資助（每年15 ～20 項(xiàng)不等）,從經(jīng)費(fèi)上保障了科教融合協(xié)同育人的順利實(shí)施。

為了達(dá)到科教融合協(xié)同育人的目的,物電學(xué)院以國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)質(zhì)科研資源與最前沿的先進(jìn)科研成果為基礎(chǔ),通過4 個(gè)方面來提高本科生的教學(xué)質(zhì)量,夯實(shí)他們的基礎(chǔ)科研素養(yǎng)。 其一,以課堂教學(xué)與國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究成果為基礎(chǔ),設(shè)立具有特色并且能夠開展實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的課程,比如量子光場(chǎng)、激光光譜、近代光學(xué)測(cè)量技術(shù)等,從專業(yè)課程上夯實(shí)學(xué)生基礎(chǔ)。 其二,結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的前沿研究,加強(qiáng)物理學(xué)科普宣傳,開設(shè)現(xiàn)代光電子學(xué)前沿講座、量子科學(xué)前沿動(dòng)態(tài)、物理學(xué)前沿等課程及學(xué)術(shù)報(bào)告等,以最新、最有趣的科學(xué)前沿內(nèi)容激發(fā)學(xué)生的科研興趣。 其三,構(gòu)建四級(jí)聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與“3+1”進(jìn)階式培養(yǎng)模式,激勵(lì)學(xué)生參加各類國(guó)家及省部級(jí)學(xué)科競(jìng)賽等活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作能力和基本科研素養(yǎng)。 其四,開設(shè)研究性實(shí)驗(yàn)和開放性實(shí)驗(yàn),資助學(xué)生自主開展實(shí)驗(yàn)研究,通過激發(fā)這些學(xué)生對(duì)物理學(xué)探索求知的欲望,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思辨和成果展示等綜合能力。 基于科教融合協(xié)同培養(yǎng),通過從做中學(xué)、在學(xué)中教,從被動(dòng)灌輸?shù)街鲃?dòng)求知,從根本上轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式,大力提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。 具體措施如下:

（一）組建教學(xué)團(tuán)隊(duì)，完善科教融合管理體系

物電學(xué)院由學(xué)院本部、光電研究所、激光光譜研究所和理論物理研究所組成（簡(jiǎn)稱一院三所）,其中光電研究所與激光光譜研究所有機(jī)組成了國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。 物電學(xué)院本部主要負(fù)責(zé)本科生教學(xué),3 個(gè)研究所則主要開展研究生培養(yǎng)和科學(xué)研究。 為了突破科研與教學(xué)的界限,實(shí)現(xiàn)科教融合協(xié)同育人,學(xué)院就所有核心課程組建了教學(xué)團(tuán)隊(duì),由具有熟練教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教學(xué)名師和國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室位于科研最前沿的資深教授組成,定期開展教學(xué)研討（普遍每2 周1 次）,修訂教學(xué)內(nèi)容,創(chuàng)新教學(xué)模式。 以“激光光譜”專業(yè)課程為例,該課程的講義由國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開展激光器、激光光譜應(yīng)用、光電探測(cè)研究的3 位教授結(jié)合該課程的基本原理與激光光譜的最新研究進(jìn)展編制而成；該課程還結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究成果設(shè)置了5個(gè)前沿報(bào)告與1 周激光器車間實(shí)踐,穿插于教學(xué)之中,提高學(xué)生的興趣點(diǎn)。 物電學(xué)院還開設(shè)了量子光學(xué)特色選修課程體系,由淺到深地講解光場(chǎng)壓縮、原子冷卻、量子模擬方面的基本原理和應(yīng)用方法,授課教師均是開展相關(guān)研究的國(guó)家級(jí)人才。同時(shí)物電學(xué)院執(zhí)行三級(jí)導(dǎo)師制度（學(xué)業(yè)導(dǎo)師—實(shí)踐導(dǎo)師—學(xué)術(shù)導(dǎo)師）,導(dǎo)師覆蓋率達(dá)到100%,所有學(xué)術(shù)導(dǎo)師均從活躍于科學(xué)研究最前沿的教師中遴選,不僅協(xié)助解決學(xué)生在大學(xué)期間遇到的各種困難,還會(huì)介紹各自研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì),為學(xué)生的未來選擇提供一定的咨詢和指導(dǎo)。

（二）加強(qiáng)科普宣傳，引導(dǎo)本科生打開科研之門

物電學(xué)院嘗試通過課程體系與科普宣傳的建設(shè),逐步引導(dǎo)本科生打開科研之門。 大學(xué)一年級(jí),學(xué)院設(shè)置了“物理學(xué)前沿”講座課程,邀請(qǐng)國(guó)家級(jí)人才與國(guó)際最前沿研究團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人從科普宣傳的角度為本科生分門別類地介紹當(dāng)前物理學(xué)最新研究進(jìn)展。 大學(xué)二年級(jí),通過科研活動(dòng)周、學(xué)科競(jìng)賽等形式使本科生逐步進(jìn)入各前沿實(shí)驗(yàn)室,在科普中開展科研活動(dòng),在科技創(chuàng)新中深入理解物理學(xué)的基本原理。 大學(xué)三年級(jí),通過選修特色課程、科研訓(xùn)練等活動(dòng)使本科生進(jìn)一步了解學(xué)科進(jìn)展,鍛煉科研能力。 比如單分子量子光學(xué)著重介紹當(dāng)前納米科學(xué)和超分辨成像的最新研究進(jìn)展,高等量子光學(xué)側(cè)重介紹國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在壓縮態(tài)光場(chǎng)、糾纏光場(chǎng)等方面的成果。 科研訓(xùn)練主要鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力,掌握基本的科研技巧,培養(yǎng)他們的基本創(chuàng)新素養(yǎng)。 大學(xué)四年級(jí),通過畢業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)踐實(shí)習(xí)增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)。 在此階段,本科生還可以在科研訓(xùn)練的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化研究?jī)?nèi)容,總結(jié)研究成果。 同時(shí),一院三所還通過校企融合提高拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)成效［13］,為畢業(yè)生提供進(jìn)入光電企業(yè)實(shí)地實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì),比如長(zhǎng)治高科集團(tuán)、富士康（晉城）科技工業(yè)園等。 此外,一院三所每周都會(huì)舉辦定期或者不定期的講座報(bào)告,定期講座報(bào)告主要集中在周末,避開學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間,使所有學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸最新前沿成果,了解物理學(xué)前沿動(dòng)態(tài)。

（三）以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)踐能力

物電學(xué)院目前擁有18 個(gè)實(shí)驗(yàn)室,逐步形成了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)的四級(jí)聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?其中驗(yàn)證—綜合—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是所有學(xué)生的必修實(shí)驗(yàn),而研究性實(shí)驗(yàn)則是進(jìn)階式選修實(shí)驗(yàn),形成了“3+1”進(jìn)階式物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。 其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證某種物理現(xiàn)象或原理為目的（比如用單擺法測(cè)量重力加速度）,通常只測(cè)量或調(diào)整單一參數(shù),通過2 個(gè)或4個(gè)課時(shí)完成實(shí)驗(yàn)。 綜合性實(shí)驗(yàn)涉及更多實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和參數(shù)調(diào)整（比如邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)與使用）,通常需要多位同學(xué)協(xié)同完成,需要4 ～8 個(gè)課時(shí)。 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)由指導(dǎo)教師提出學(xué)習(xí)或者生活中的某種現(xiàn)象或者需求,由學(xué)生設(shè)計(jì)方案來解釋現(xiàn)象或者解決問題（比如振蕩火焰之間的耦合作用）。 研究性實(shí)驗(yàn)則是本科生在前沿實(shí)驗(yàn)室中參與科學(xué)研究過程中遇到的科學(xué)或者技術(shù)問題,通過與指導(dǎo)教授溝通后設(shè)定的實(shí)驗(yàn)課題（比如基于納米光纖的弱光非線性效應(yīng)研究）。 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)由大學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān),并配備相應(yīng)的授課老師；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)由電子學(xué)和光學(xué)開放實(shí)驗(yàn)室與指導(dǎo)老師共同負(fù)責(zé)；而研究性實(shí)驗(yàn)則主要在國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開展,立項(xiàng)后可獲得國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目一定的經(jīng)費(fèi)資助。 學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)室這個(gè)第二課堂,正確掌握了基本實(shí)驗(yàn)儀器的操作、驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)定理和現(xiàn)象,初步參與了前沿科學(xué)研究,形成了對(duì)物理學(xué)的整體認(rèn)知,具備了基礎(chǔ)實(shí)踐創(chuàng)新能力。

（四）以學(xué)科競(jìng)賽為依托，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力與思辨能力

學(xué)科競(jìng)賽是實(shí)踐學(xué)生所學(xué)、激發(fā)創(chuàng)新活力、提高綜合能力的重要形式,通過與同齡人的競(jìng)賽可以更大程度上激勵(lì)學(xué)生的能動(dòng)性。 通過參與競(jìng)賽,學(xué)生在設(shè)計(jì)方案—遇到問題—研究解決—學(xué)習(xí)新知識(shí)—解決問題中形成“賽—研—學(xué)”聯(lián)動(dòng)的教學(xué)培養(yǎng)機(jī)制。 物電學(xué)院建立了從院級(jí)—校級(jí)—省級(jí)—國(guó)家級(jí)四級(jí)學(xué)術(shù)競(jìng)賽模式,堅(jiān)持每年選拔優(yōu)秀本科生參加比賽,迄今為止已經(jīng)連續(xù)參加了九屆中國(guó)大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽,并于2015 年主導(dǎo)并舉辦了首屆山西省大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽,至今已連續(xù)參加四屆山西省大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽。 物電學(xué)院全程鼓勵(lì)學(xué)生自行組隊(duì)、自行實(shí)驗(yàn)、自行尋求資源。 一院三所為這些競(jìng)賽同學(xué)提供專門的場(chǎng)地、指導(dǎo)老師和資金配置,還會(huì)在暑期進(jìn)行針對(duì)性的培訓(xùn)和指導(dǎo)。 通過學(xué)科競(jìng)賽,不僅培養(yǎng)了學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力,還培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)思辨、語(yǔ)言表達(dá)、成果展示等綜合能力。

（五）以科研訓(xùn)練為助力，培養(yǎng)學(xué)生基本科學(xué)素養(yǎng)

自2004 年山西大學(xué)設(shè)立科研訓(xùn)練以來,全校學(xué)生的基本科學(xué)素養(yǎng)都得到了一定的提升［14］。為了發(fā)揮國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、協(xié)同創(chuàng)新中心等基地的優(yōu)勢(shì)和優(yōu)質(zhì)資源,物電學(xué)院于2015 年設(shè)立院級(jí)科研訓(xùn)練,結(jié)合教師科研成果,將量子光學(xué)、冷原子物理、光量子器件等本學(xué)科的前沿科學(xué)研究?jī)?yōu)勢(shì)和最新科研進(jìn)展融入科研訓(xùn)練項(xiàng)目中,不斷保持實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的新穎性、前沿性、先進(jìn)性。 科研訓(xùn)練與四級(jí)聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较嘟Y(jié)合,學(xué)生可以選擇性進(jìn)行研究性實(shí)驗(yàn)或者科研訓(xùn)練。 與四級(jí)聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ讲煌氖?科研訓(xùn)練更強(qiáng)調(diào)獨(dú)立性、完整性和管理性:參加科研訓(xùn)練的同學(xué)需要從調(diào)研文獻(xiàn),項(xiàng)目立項(xiàng)開始,繼而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器件,開展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提交實(shí)驗(yàn)總結(jié),自主完成一整套實(shí)驗(yàn)流程。 每個(gè)項(xiàng)目至少延續(xù)1 個(gè)學(xué)年,實(shí)驗(yàn)實(shí)際開展時(shí)間不少于200 小時(shí),執(zhí)行嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)記錄,一院三所會(huì)對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤,并對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)答辯。經(jīng)過科研訓(xùn)練項(xiàng)目,學(xué)生閱讀了大量科學(xué)前沿相關(guān)文獻(xiàn),完成了科研項(xiàng)目中數(shù)據(jù)測(cè)量和分析,成果總結(jié)和反饋等必備過程,不僅拓寬了學(xué)術(shù)視野,而且奠定了良好的科學(xué)素養(yǎng)。

（六）以開放性實(shí)驗(yàn)為平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)新能力

開放性實(shí)驗(yàn)以學(xué)生在各類實(shí)踐教學(xué)中遇到的問題為牽引,全程由學(xué)生自主設(shè)計(jì),教師參與指導(dǎo)的創(chuàng)新探索性實(shí)踐活動(dòng)。 目前開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要以激光光譜開放實(shí)驗(yàn)室和光電信息開放實(shí)驗(yàn)室為主,分別聚焦光學(xué)和電學(xué)兩個(gè)方面。 開放實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為主導(dǎo),依靠學(xué)生的興趣和求知欲,通過自主轉(zhuǎn)化問題和設(shè)計(jì)項(xiàng)目,理解理論課程知識(shí)和研究的科學(xué)價(jià)值,踐行學(xué)思結(jié)合。 教師通過與學(xué)生討論,利用物理學(xué)認(rèn)知世界和發(fā)現(xiàn)規(guī)律的特點(diǎn),將唯物辯證法、民族復(fù)興等思政元素融入實(shí)踐指導(dǎo)中,培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀和使命感。 目前具有代表性的成果包括基于聲光調(diào)制技術(shù)的自由空間激光通信技術(shù)、氧化石墨烯海綿的制備及其在水污染處理中的應(yīng)用、基于光聲光譜技術(shù)的新型痕量氣體檢測(cè)裝置、新型光學(xué)材料光致吸附與解吸附動(dòng)力學(xué)過程的研究等。

四、科教融合協(xié)同育人改革的特色

山西大學(xué)物理學(xué)科以服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)為導(dǎo)向,以多年來在量子光學(xué)領(lǐng)域的科研成果為依托,結(jié)合目前中西部地區(qū)物理學(xué)人才發(fā)展面臨的困境,從學(xué)科內(nèi)涵出發(fā),完善教學(xué)管理團(tuán)隊(duì),加強(qiáng)科普宣傳,構(gòu)建四級(jí)聯(lián)動(dòng)進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,結(jié)合院校兩級(jí)科研訓(xùn)練與開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等措施,深化和升華科研育人的價(jià)值理念,形成科研教學(xué)相輔相成的良好循環(huán),為中西部地區(qū)高等教育發(fā)展培育勇攀高峰的物理基礎(chǔ)學(xué)科人才,具有以下特色:

（一）從模式設(shè)置看，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變

實(shí)驗(yàn)教學(xué)、學(xué)科競(jìng)賽和科研訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)到科研項(xiàng)目,實(shí)踐難度逐步提升。 開放性實(shí)驗(yàn)則從根本上轉(zhuǎn)變了教學(xué)方式,從課堂灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)驗(yàn)探索與求知,學(xué)生由被動(dòng)接受到主動(dòng)學(xué)習(xí),綜合能力得到突破性提升。

（二）從參與形式看，實(shí)現(xiàn)了跨年級(jí)、跨專業(yè)的融合

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)針對(duì)大學(xué)一年級(jí),主要由實(shí)驗(yàn)室老師負(fù)責(zé)指導(dǎo)；學(xué)科競(jìng)賽對(duì)二年級(jí)以上本科生開放,需要通過層層選拔,主要由實(shí)驗(yàn)室資深教授和副教授負(fù)責(zé)指導(dǎo)；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)則融入科研訓(xùn)練項(xiàng)目中,貫穿大學(xué)二年級(jí)至四年級(jí),主要由科研一線的碩士生導(dǎo)師負(fù)責(zé)指導(dǎo)；開放性實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自發(fā)組隊(duì),貫穿本科生整個(gè)學(xué)習(xí)階段,主要由主持國(guó)家級(jí)在研項(xiàng)目的博士生導(dǎo)師負(fù)責(zé)指導(dǎo)。 這種教學(xué)與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綄?shí)現(xiàn)了跨年級(jí)（目前以大學(xué)二年級(jí)和三年級(jí)為主）、跨專業(yè)（以物理學(xué)、光電信息、光電工程等專業(yè)為主）、跨學(xué)科（以物理學(xué)、計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)等學(xué)科為主）的特色。

（三）從作用效果看，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生和教師雙贏

科學(xué)研究的目的是反哺教學(xué),教學(xué)的目的是培養(yǎng)人才。 通過“3+1”進(jìn)階式實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)模式,教師可以在教學(xué)一線轉(zhuǎn)化最新的科研成果,并通過與學(xué)生的交流互動(dòng),發(fā)現(xiàn)新的研究方向或方法,從而促進(jìn)學(xué)術(shù)水平更上一層樓。 學(xué)生通過參加實(shí)踐,對(duì)課本上的理論知識(shí)加深了理解,并學(xué)習(xí)到最新的前沿知識(shí),開拓了眼界,提升了學(xué)生基本的工作能力、專業(yè)能力和科學(xué)素養(yǎng)。

五、科教融合協(xié)同育人的成果

通過科教融合協(xié)同育人,山西大學(xué)物理學(xué)科取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,本科生參與科學(xué)研究比例明顯增長(zhǎng),本科生發(fā)表論文或申請(qǐng)專利從鳳毛麟角到比比皆是。 具體而言,表現(xiàn)在以下三個(gè)方面:

（一）物理學(xué)科全國(guó)影響力穩(wěn)步向前

在2017 年全國(guó)第四輪學(xué)科評(píng)估中,山西大學(xué)物理學(xué)排名第14。 2021 年山西大學(xué)物理學(xué)入選教育部基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃2.0 基地,同時(shí) 入 選“英 才 計(jì) 劃” 實(shí) 施 學(xué) 科［15］。 近5 年（2016—2021 年）物理學(xué)科先后出版了教材專著6 部,榮獲省級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)10 項(xiàng)。

（二）本科生科研創(chuàng)新能力顯著提升

近5 年四級(jí)聯(lián)動(dòng)物理實(shí)驗(yàn)覆蓋率達(dá)到100%,科研訓(xùn)練覆蓋率達(dá)到85%。 本科生參與導(dǎo)師科研項(xiàng)目數(shù)量提升了3 倍,發(fā)表論文18 篇,申請(qǐng)/授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利11 項(xiàng),推免到全國(guó)排名前十的一流大學(xué)開展研究生學(xué)習(xí)的比例提升了約1.6 倍；多項(xiàng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果參展全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)年會(huì)。

（三）學(xué)科競(jìng)賽成果碩果累累

近5 年,物電學(xué)院在山西省大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽獲得三連冠榮譽(yù)［16］。 2021 年物電學(xué)院代表隊(duì)在全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽中取得歷史性突破,3 支參賽隊(duì)全部獲獎(jiǎng),榮獲一等獎(jiǎng)1 項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2 項(xiàng)［17］。 此外,物電學(xué)院在“挑戰(zhàn)杯”等全國(guó)性競(jìng)賽中還獲得184 項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

六、存在的問題與解決思路

通過科教融合協(xié)同育人,山西大學(xué)物理學(xué)科本科生的科研創(chuàng)新能力和服務(wù)社會(huì)能力得到了明顯的提升［18］,然而也存在不足和挑戰(zhàn)。 首先,經(jīng)過近5 年的發(fā)展,學(xué)科影響力和學(xué)生能力都得到了提升,但發(fā)展后勁不足,缺乏新的增長(zhǎng)點(diǎn),甚至部分協(xié)同育人成效出現(xiàn)了一定程度的回落。 其次,一院三所為本科生提供的實(shí)驗(yàn)、訓(xùn)練、報(bào)告機(jī)會(huì)較多,覆蓋了整個(gè)學(xué)習(xí)生涯,然而不少學(xué)生在選擇上缺乏目標(biāo)性,培養(yǎng)成效不顯著。 再次,不少學(xué)生功利性較強(qiáng),參與研究性實(shí)驗(yàn)或者開放性實(shí)驗(yàn)更加追求短平快的內(nèi)容,反而忽略了對(duì)基本科研技能、科研素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)。 最后,本科生參與學(xué)術(shù)導(dǎo)師科學(xué)研究的深度不夠,不少研究流于形式。

對(duì)于這些問題與挑戰(zhàn),物電學(xué)院也進(jìn)行了深入的思考,采取了相應(yīng)的措施。 首先,2021 年新學(xué)期,物電學(xué)院成立三立書院,踐行“立德、立功、立言”的高遠(yuǎn)深意,以三立書院的發(fā)展帶動(dòng)全校本科生培養(yǎng)模式改革創(chuàng)新,培養(yǎng)更加優(yōu)秀的拔尖創(chuàng)新人才。 其次,學(xué)院將繼續(xù)加強(qiáng)三級(jí)導(dǎo)師作用,對(duì)每一位本科生的職業(yè)生涯進(jìn)行規(guī)劃,合理選擇相應(yīng)課程,有序參與科學(xué)研究,提高科教融合協(xié)同育人的成效。 最后,在四級(jí)聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)、科研訓(xùn)練以及開放實(shí)驗(yàn)中更加注重基本科研素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)。 上述措施是否能進(jìn)一步提升科教融合協(xié)同育人的效果,還有待時(shí)間的檢驗(yàn)。

面對(duì)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求,山西大學(xué)作為地方高校勇于探索與實(shí)踐,依托國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室優(yōu)質(zhì)資源,通過完善量子光學(xué)特色教學(xué)管理團(tuán)隊(duì),創(chuàng)新教學(xué)方式,構(gòu)建四級(jí)聯(lián)動(dòng)進(jìn)階式實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)模式,夯實(shí)學(xué)生基礎(chǔ)能力,加強(qiáng)科教融合協(xié)同育人效果。 同時(shí)通過激勵(lì)科研訓(xùn)練和學(xué)科競(jìng)賽形式,結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)等措施,打破教學(xué)中存在的科教壁壘,激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)探索求知的欲望,培養(yǎng)學(xué)生基本科研素養(yǎng)與科研團(tuán)隊(duì)精神,使山西大學(xué)物理學(xué)科的影響力穩(wěn)步提高,本科生科研創(chuàng)新能力得到顯著提升。 在未來,山西大學(xué)物理學(xué)科還將銳意進(jìn)取,開拓創(chuàng)新,通過更多的措施來進(jìn)一步提高拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)成效。