Transcript 国家基础科学人才培养物理学基地建设汇报

国家基础科学人才培养
王冠中
中国科学技术大学物理基地
2012年8月8日
汇报提纲
一、科研训练和能力提高
•
•
•
•
建设思路与方案
科大物理学科本科生科研训练基础情况
正在执行项目主要内容与计划安排
部分成果汇报
二、条件建设
科研训练的思路与方案
●坚持以学生为本，以能力培养为核心，树
立“融知识、能力、素质协调发展”的教
育、教学理念。
●充分利用校内的国家实验室、省部级重点
实验室和国家级（物理）实验教学示范中
心等已有的科研平台。
●充分利用中科院对我校实施“全院办校，
所系结合”的办学方针，与有关研究所密
切合作，高年级学生在研究所从事“大学生
研究计划”和完成毕业论文。
●通过多种途径和方式促进学生参与科学研
究的实践，提高学生的实践能力，培养学
生的创新精神。
大一
大二
大三
大四
• 熟悉学院
• 转学院
• 选择专业
• 进实验室
• 大学生研究
计划
• 研究生分流
• 出国读研
• 国内读研
• 工作去
本科四年路线图
科
研
训
练
及
科
研
能
力
培
养
体
系
综合性、设计性实验
自主设计、研究型实验教学
学科科研实验室、
重点实验室
校内实践基地
（国家同步辐射实验室、合肥微尺
度物质科学国家实验室（筹））
校外实践基地
（中科院相关的20多个研究所）
一、二年级学生按开设实验题目，自主
设计实验方案、技术、方法，培养学生
综合运用物理学知识、技术、方法 、分
析、解决问题能力
自主设计创新实践和科研训练，引导和
训练学生的科研能力，培养学生的创新
精神、团队合作、攻坚毅力和科学精神
大三~大四期间，学生参与教员的科研
课题或学生自主选择研究题目，培养学
生的综合实践能力、基本的科研能力
大三~大四暑期，学生到相关研究所参
与科研或学生自主选择研究题目，或大
四期间进行毕业论文
实施方案
▲开展“大学生研究计划”项目学生可以参加
教师公开的子课题和项目，也可以自己根据
自己的兴趣申请立项，但必须独自撰写项目
计划、提交申请书。
▲“大学生研究计划”项目可以在学年之中
或夏季学期的任意时间、在校内或校外研究
所实验室进行 。
▲ 大学生研究计划项目执行时间可以是一学
期，但多数项目持续一年或一年以上。
第一阶段：调研报告
通过 Seminar 课程和科研课题组的研讨会等
方式，让本科生了解如何检索文献、阅读文
献等基本方法，在调研和阅读论文的基础上
，完成综述性调研报告。
第二阶段：基本科研训练
同学在完成综述性调研报告的基础上，老师根据每
个学生的所学课程或掌握的实验技能的具体情况，
为同学确定具体的研究方向和课题，让同学在前人
工作的基础上，做一定的改进或有新意的研究工作
。
第三阶段：研究论文
在前面两个阶段的基础上，老师根据每个学生的
所学课程和兴趣、掌握的实验技能、计算机软、硬
件的具体情况，为同学确定具体的研究课题或与研
究生组成团队，做一定创新性的研究工作，并在学
术期刊上发表学术论文。
中国科大进行本科生科研训练基
础条件
1. 师资力量
院士6位
博导76位
副教授61位
教职员工 221位
杰出人才
中组部
教育部
4
4
千人计划
长江学者
基金委
17
杰出青年
基金
科学院
24
百人计划
2. 国家理科人才培养基地
校内 科研教学基地
合肥微尺度物质科学国家实验室
国家同步辐射实验室
核探测与核电子学 国家重点实验室
中科院基础等离子体物理重点实验室
中科院量子信息重点实验室
安徽省物理电子学重点实验室
安徽省光电子技术重点实验室
中国科学院强磁场科学中心
校外科研教学基地---中国科学院相关研究所
进行大学生研究计划和毕业论文
中科院物理所
中科院半导体所
中科院高能物理所
中科院理论物理所
上海技物所
福州物构所
成都光电所
长春光机所
上海光机所
西安光机所
中科院研究生院
中科院成都光电所
上海应用物理所
中科院近代物理所
西南物理研究院
武汉数学物理研究所
中科院等离子体所
安徽光机所
固体物理所
正在执行项目主要内容与计划安
排
18 个子课题
每个子课题均有一支以具
有博士学位为主体，教学
、科研经验丰富的老、中
、青相结合的教授、副教
授指导教师队伍。
子课题1：通过量子计算前沿研究培养学生科研创新
能力的探索
负责人：杜江峰教授，博士生导师，长江学者。曾在
牛津大学、剑桥大学等单位工作和访问。先后承担了
国家重大基础科学研究计划项目（973 项目，首席科
学家）、国家杰出青年科学基金等多个科研项目。在
Nature、Phys. Rev. Lett.等学术刊物上发表论文60
余篇，科研成果入选中国高校十大科技进展（2009）
.
指导教师组：
杜江峰教授， 彭新华教授， 苏吉虎教授，
石名俊副教授，秦敢副教授，多名博士后和博士。
主要科研训练内容：
结合在研的科研项目，设立以下研究方向，大学生可
以自主选择参与到其中：
(1)核磁共振量子计算研究；
(2)基于系综的电子自旋共振量子计算研究；
(3)单自旋量子计算研究；
(4)量子计算相关的理论研究。
计划安排 ：
在最初一至二月时间内，大学生将学习量子计算
研究相关的基础知识和背景，这部分内容通过高级科
研人员开设讲座、研讨和大学生自主学习来完成。其
后大学生将选择、参与到具体的研究课题中，由高级
科研人员带领进行前沿科学研究。
• 在整个过程中，高级科研人员会着重引导和锻炼学
生全面的科研素质和能力，主要包括：
(1)查阅文献、自主学习的能力；
(2)凝练科学问题的能力；
(3)动手解决问题的能力（包括实验技能和计算机软
件的使用）；
(4)学术交流的能力（听报告，做报告，撰写科学论
文等）。
在这其中，尤其鼓励和培养学生敢想敢做、勇于创新
的素质。
子课题4：材料微结构物理的科研能力的开拓
负责人：丁泽军教授，博士生导师，国家杰出青年科
学基金项目兼中国科学院百人计划获得者。发表论文
130篇，主要论文被他引500余次，在国际会议上做邀
请报告19次。现任全国微束分析标准化委员会委员、
全国微束分析标准化委员会表面分析分技术委员会副
主任、中国电子显微镜学会微束分析专业委员会副主
任、《电子显微学报》编委。
指导教师组：
丁泽军研究员；孙 霞副教授；张增明副教授；
王中平特任副教授；张建武讲师；赵 智讲师。
主要科研训练内容与计划安排：
（1）计算物理模型的应用拓展：
结合本科生《计算物理》课程内容，引导学生在熟悉已有的
各种计算模型基础上，探索将其应用于可能的其他研究领域
。进一步倡导学生发展创新的计算物理模型和计算方法，或
者结合各种计算物理方法来研究新的物理问题。
（2）材料物理研究的探索：
指导学生应用各种材料物理计算软件研究材料物性；了解、
掌握功能材料的合成、制备方法，通过一定的测试、分析手
段，研究材料在光学、发光、电学、微结构等方面的性质。
（3）高压极端条件下物理研究方法：
利用金刚石对顶砧（DAC）装置提供超高压力，基于材料的
高压拉曼光谱和高压荧光光谱研究材料、特别是低维材料的
结构稳定性及相变特性，建立相应的模型进行计算模拟，解
释对应的现象。
科研训练部分成果
通过这些子课题的实施和参加中国科学院相关研
究所的科研项目，创造条件使每年有200名以上的本
科生参加科研训练及创新活动。
学生通过科研活动，了解本学科前沿研究的最新动态，
逐步掌握科学研究的方法和手段，培养优良的科研素
质和团队合作精神，提高创新意识，最终培养学生成
为基础知识厚、知识结构新、综合素质高、科研能力
强的创新型优秀人才。
能力提高项目—典型案例1
PB04203007 潘凯（指导教师：马文淦教授）
• 完成LHT模型检验的论文，并在PRD上发表。大研
计划校优。
• 参加科大2007年度全国大学生“挑战杯”选拔赛，
获优秀奖。
现在MIT攻读博士学位
发表论文
文章发表与于 Phys.Rev.D 杂志，当年便被引用3次
24
能力提高项目—典型案例2
子课题（负责人：安琪教授）：“物理实验中的精密时间间
隔测量”
03级王进红同学：设计的“基于PXI总线的高精度时间
间隔测量仪”;
获2007年第二届“挑战杯”安徽省大学生课外学术科
技作品竞赛特等奖;
获2007年第十届“挑战杯”全国大学生课外学术科技
作品竞赛一等奖。
07年9月王进红同学开始攻读博士学位（免试硕博连读），
继续在精密时间间隔测量方面开展研究工作。
 基于FPGA的时间－数字变换芯片的设计，时间分辨
达50ps，精度（RMS）优于25ps。基于该工作撰写
的论文在IEEE国际学术会议（RT09）上发表；
 参与潘建伟老师的空间量子通讯项目，负责设计精
密同步时间测量电路。
讲席教授制度和课程组建设
• 在基础物理课程设立讲席讲授和主讲讲授，
讲席讲授由全国教学名师和学校教学名师
等资深教授，主讲教授有教学效果好的教
师担任。学校提供讲席教授和主讲教授特
别津贴。
• 建立基础物理学科课程组，由著名教授和
教学卓有成效的教师担任课程组长在学校
和物理学院支持下课程组开展活动，如教
学研讨，教学情况交流，教材编写筹划，
年轻教师培训。
目前各课程组长
• 力学-刘斌（全国理科教育常务理事，校教学督导组副
组长）
• 光学-高琛（杰青）
• 电磁学-叶邦角（物理学院副院长）
• 热学-朱晓东（新世纪人才）
• 原子物理-陈向军（近代物理系主任）
• 理论力学-袁业飞（天文系主任）
• 电动力学-刘万东（物理学院执行院长）
• 量子力学-潘建伟（中科院院士、校长助理）
• 热力学与统计物理-陈仙辉（杰青）
• 固体物理-王冠中（物理学院副院长）
• 计算物理-丁泽军（杰青）
• 电子线路-安琪（核探测国家重点实验室副主任）
条件建设项目
＋
学校实验教学专项建
设经费的共同支持下
知识与能力并重的实验教学体系
六级物理实验（专业实验）
8门课、300人＋研究生选修
实
验
课
程
五级物理实验（专业基础实验）
2门课、30个实验，400人＋研究生选修
四级物理实验（研究型实验）
20个实验，600人
三级物理实验（现代物理实验技术）
26个实验，1300人
二级物理实验（综合性、设计性实验）
28个实验，1800人
一级物理实验（基础物理实验）
绪论课、22个实验，1800人
三
四
年
级
研
究
生
一
二
年
级
条件建设项目－教学环境改善
结合教学楼改造工程，进一步改善了实验教学中心的教学环
境，增添了教学研讨、TA培训室
增加实验室用房近1000平方米
条件建设项目－基础实验建设
▲基础物理实验（一级物理实验）实验设备更新、
改建14个实验；
▲综合物理实验（二级物理实验）实验设备更新、
改建8个实验，新建2个实验；
▲现代技术实验（三级物理实验）扩建、更新6个实
验，新建3个实验；
▲研究性实验（四级物理实验）新建8个实验，扩建、
改建13个实验。
▲建设了大学物理力学演示实验 （20个实验）。
条件建设项目－实验平台建设
◆设计性、
研究性
实验教学
大平台
凝聚态物理研究性实验平台
光学研究性实验平台
核物理研究性实验平台
例如，2007年重点建设的凝聚态物理实验平台
溶胶凝胶
凝聚
态物
理研
究性
实验
平台
样品制备
液相化学
STM
真空镀膜8
膜厚测量
ZnO2薄膜4
化学清洗4
表面形貌
电阻测量
样品表征
拉曼光谱
德拜劳厄相
SEM+OM
吸收光谱
荧光光谱
信息光学
塞曼效应
光学研
究性实
验平台
YAG激光器
非线性光学
光与物质作用（新建）
光纤通讯（新建）
弱信号测量
核物理
研究性
实验平
台
康普顿散射
相对论
穆斯堡尔谱
核磁共振成像（新建）
条件建设项目－实验平台建设
◆在院级层面整改、建设物理学专业基础实
验教学条件和环境
近代物理系的专业基础实验室和物理系的专业基础实验
室，已集中搬迁到物理实验教学中心（校教学一楼），以
利于重点建设和管理，资源共享。
条件建设项目－实验平台建设
改建4个实验:
（1）β-γ符合法测量放射源的绝对强度
（2）低温热电势超导临界温度
（3）红外光谱、拉曼光谱
（4）YAG激光器
新建 4个实验：
（1）相对论时间效应-μ粒子寿命的测量
（2）MOS结构高频-V特性测量
（3）光力学效应实验
（4）空间相干性测试
条件建设项目－教学资源建设
• 建设、完善我校大学物理实验国家级精品课程网
络资源。
★ 4个学期，224学时，78个实验的授课教案；
★ 100多个实验的习题；
★ 由现代物理技术讲座等内容组成的28讲物理实
验系列讲座；
★ 力、热、电、光、近代物理实验等各类常用仪
器的仪器库等。
全部上网
条件建设项目－信息平台建设
☞ （1）B/S结构的管理系统，
方便快捷；
☞ （2）网络化的学生名单、学
生成绩管理；
☞ （3）通过校园网提交、批阅
实验报告；
☞ （4）TA的培训、指导和管
理；
☞ （5）实验报告的电子归档；
☞ （6）及时发布各类通知和公
告;
☞ （7）实验室仪器设备动态管
理系统。
条件建设项目－示范辐射作用
• 2009年7月3日至7日，物理学院物理实验教学中心承办了教
育部高等学校“2009年大学物理和大学物理实验课程教学
基本要求研讨、培训”会议。来自全国 100多所高校260 位
教师出席了会议，其中有院士3人，国家级教学名师6人，
教育部教指委委员12人。
• 会议期间，实验教学中心并将涉及综合性、设计性、研究
性、开放性实验的实验室和计算机仿真实验室的近120个物
理实验，向参会的兄弟院校近200名教师开放，并根据与会
教师的兴趣，安排他们到相应的实验室进行实验实践与培
训。
教指委主任李师群教授主持会议
中国科大校长侯建国院士作报告
会议现场
国家级教学名师卢德馨教授作报告
条件建设项目－示范辐射作用
近3年，有百余所兄弟院校前来参观、交流，
研究性实验形成了我们的品牌实验课。
“研究性物理实验教学体系和教学平台建设的
改革与实践 ”2008年获校优秀教学成果一等
奖、省优秀教学成果二等奖
感谢教育部与基金委
的指导与大力支持！
谢谢！
2015/4/13
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