巴黎高等物理化学学院的精英人才培养模式与物理类课程设计

方 恺 张冶文 LEGRAND André Pierre

(1同济大学物理科学与工程学院，上海 200092； 2同济大学电子与信息工程学院，上海 201804； 3巴黎高等物理化学学院，巴黎，法国 75005)

巴黎高等物理化学学院(ESPCI Paris)是世界著名高等学府，居里夫妇等多位获得诺贝尔奖的著名科学家曾工作于此，该校实行理工融合与跨专业的教学模式，培养工程师、硕士和博士研究生等不同层次的精英人才，也是国际知名的科学研究中心和产业创新研究基地。巴黎高等物理化学学院属于规模不大的法国精英高等学校之一，有物理、化学和生物学3个专业方向，学制4年，每年招生人数为80至90名学生，教师和研究人员为300余名，另有博士研究生与博士后约为200名，其师生比例非常高。

巴黎高等物理化学学院的课程设置结构严谨、循序渐进、强调理论课与实践课同等重要，并将两者紧密结合，提出将基础研究与应用相结合，将校内课程的知识学习与企业技术研发实习相结合，培养学生工程师(Student-engineers)。学院要求学生不但了解理论原理，还要进一步懂得如何将其应用于生产实践，即达到“应知”与“应会”，培养面向世界的引领科学研究和工业技术的创新型人才[1]。2003年至今，巴黎高等物理化学学院均位列上海交通大学“世界大学学术排名”(ARWU)中，处于法国理工科院校中的领先地位。在法国工程师学校中，巴黎高等物理化学学院毕业生因其理论基础扎实和创新实践能力强等特色很受工作单位欢迎，其平均收入也名列前茅。

我国教育部的《国家中长期人才发展规划纲要(2010—2020年)》中指出，人才是我国经济社会发展的第一资源，高层次人才、高技能人才队伍建设是我国人才强国战略的重要内容之一，逐步实现由人力资源大国向人才强国的转变[2]。许多综合性大学对于理工结合和学科交叉，在学生培养方式和学科建设等方面进行了很多探索与实践，在培养基础型和应用型人才方面取得了很多成果，相关问题的研究一直深受关注[3-6]。

2017年6月发布的《教育部办公厅关于推荐新工科研究与时间项目的通知》中指出，新兴产业和新经济的发展需要兼具理工科基础的复合型、综合型创新人才[7，8]。在新工科建设的人才培养模式的探索与改革中，高校需要突破原来的学科界限与产业划分，建设多学科交叉复合的新兴工科专业和理科衍生的新兴工科专业，探索多学科交叉融合的工程人才培养模式。研究和借鉴巴黎高等物理化学学院等学校的精英人才培养模式的成功经验，对探索我国跨学科、创新性的新工科人才培养模式的改革将带来启示。

1 发展历程

1870年，法国在与普鲁士的战争中失利，法国政府深感本国的工业技术落后于德国，因此推进工程教育，重视发展工业技术。巴黎高等物理化学学院由巴黎市政府创立于1882年，位于巴黎第五区(拉丁区)，起初是一所为培训工业生产管理人员而建立的市立学校，设置物理和化学两个专业，而后增加了生物学专业。巴黎高等物理化学学院是法国顶尖的培养精英人才的巴黎卓越工程师学院集团的12个创办者之一。

法国政府在1984年以法律的形式定义了高等教育的使命和性质，高等教育的机构为具有科学的、文化的，及职业性质的公立机构[9]。法国高等教育主要由综合大学和大学校两大部分构成。其中，大学校又称高等专业学校，分为高等商学校、工程师学校和专业学校3大类，其培养目标主要是“高、精、尖”的小规模高端专业人才[10]。巴黎高等物理化学学院属于培养精英工程师人才的大学校之一。

巴黎高等物理化学学院的学生教育顺应社会对高等教育改革和发展的需要,重视师资队伍建设,鼓励教学科研相结合，根据新学科的创立和发展,不断建设和调整研究机构设置。巴黎高等物理化学学院拥有朗之万研究所等9个研究机构，包括17个教学科研相结合的实验室,学院科研成果丰硕。学院培养学生的研究方向与现代科学前沿和工程领域相结合，包括：未来汽车设计、石化燃料替代能源、节能技术和受工农业生产污染的水与土壤治理等。

2 传承优秀文化 培养大师精神

在过去的一个多世纪中，巴黎高等物理化学学院拥有许多著名的科学家和引领科学创新的工作者，曾有6人次获得诺贝尔奖：1903年，彼埃尔和玛丽·居里夫妇(Pierre and Marie Curie)因对放射性物质的研究获得诺贝尔物理学奖；1911年，玛丽·居里因对镭元素分离技术的研究获得诺贝尔化学奖；1935年，毕业于巴黎高等物理化学学院的弗里德里克·约里奥-居里(Frédéric Joliot-Curie)因对人工放射性物质的研究，与妻子——居里夫妇的长女伊伦·约里奥-居里(Irène Joliot-Curie)一起获得了诺贝尔化学奖；1991年，皮埃尔-吉勒·德热纳(Pierre-Gilles de Gennes)因对液晶和软物质的研究获得诺贝尔物理学奖；1992年，乔治·夏帕克(Georges Charpak)因对粒子探测器的研究获得诺贝尔物理学奖。

著名物理学家、声纳技术的发明者——保罗·朗之万(Paul Langevin)于1925年至1946年期间在学院任教，并曾任该学院院长。1931年，朗之万教授曾作为国际联盟派出的专家之一来华考察，并为中国物理学会的成立工作做出贡献。我国著名物理学家、国防水声研究的奠基人汪德昭院士曾师从朗之万获得巴黎大学的博士学位，并在位于巴黎高等物理化学学院的朗之万实验室学习和工作多年。目前，ESPCI有Fink教授与Prost教授两名法兰西科学院院士，Lewiner教授为法国技术院院士，在应用物理与应用化学等领域在国际上享有很高的学术声望。

巴黎高等物理化学学院注重优秀文化传承，潜移默化地将其融入在学生培养中，让学院在科学研究和工业技术创新领域一如既往地充满活力。当年居里夫妇提炼镭的实验室虽然已经不复存在，但在校园中的这个位置上建了一个小纪念碑，图文并茂地介绍了1898年10月放射性实验室的情况(图1)。

图1 巴黎高等物理化学学院校园中居里夫妇实验室原址的纪念碑

在校史馆中，系统性地介绍和展示着学院科学家们的生平事迹，并陈列着一百余年来的具有里程碑意义的研究成果，包括：居里便携式放射性测量仪、居里-谢纳沃天平、费里石英棱镜光谱仪、第一台飞行记录仪(黑匣子)和朗之万设计的第一台声纳等。校史馆中的许多实验装置保存完好，至今仍可以重现经典的实验过程，并演示实验现象。例如，用于测量地表放射性的设备——居里便携式放射性测量仪，属于居里夫妇发现放射性的实验系统。将放射性物质放置于底部可以打开的样品盒中，其发出的射线能够使空气电离，通过实验装置可以测量离子化的程度。首先用一块摩擦带电的绝缘材料产生一定量的初始化电荷，让悬垂与装置中的固定位置铝片和可弯曲的铝膜带上同种电荷，可以观察到由于斥力的作用铝膜会偏离铝片。然后，放入放射性物质，通过显微镜观察铝膜的偏离程度，从而分析物质放射性。

3 工程师与硕士阶段的课程设置

3.1 课程设置

巴黎高等物理化学学院的课程设置具有理工结合和学科交叉的特点，学生入学后不分专业，其中第一至第二学年为跨学科课程学习，通过共同的核心课程学习让学生在物理、化学、生物学、数学、经济学、计算机科学和语言方面打下扎实的基础。

第一和第二学年各类别课程如表1所示，课程共分为：物理、化学、物理化学、生物学、数学与数值分析、学生分组研究项目和外语等其他课程，总共有约40门课程，均为必修课。

表1 第一和第二学年中学生各类别课程列表

续表

图2 第一和第二学年各类别课程的课时数比较

第一和第二学年各类别课程的学时分布情况如图2所示，总学时为1838小时，其中理论课与讨论课(包括答疑课)学时为984小时，实验课学时为854小时。在图2中，从学时分布情况显而易见学院对实验课程教学的重视，其课时占总教学学时的近一半。其中，光学实验课程共52课时(5学分)，而相应的光学理论课程为40学时(4学分)；无机化学实验课程共40课时(4学分)，相应的理论课为32学时(3学分)。学分和学时的计划契合了学院倡导的理论与实验相结合的教学理念，注重培养学生的实践能力和创新能力。

通过跨学科培养，学生可以掌握不同专业的基础知识，了解多个领域的研究前沿，为将来从事交叉学科的科研工作打下基础，并拓宽了学生将来的就业领域。

在第三年中，学生将从物理、化学、物理化学和生物技术中选择一个专业方向，进行工业实习和科研项目实习，包括3个环节：

(1) 在企业实习4至6个月

学院要求学生在企业的研发部门和技术部门中实习，实际参与相关的技术研发工作。在实习前，学院会向法国的大企业和研究机构推荐学生，并与之建立了长期的合作。由于学生的社会经验有限，为帮助他们找到适合的实习岗位，学院设有专门的教师帮助和引导学生寻找实习工作机会等。

企业实习的经历一方面有助于提高学生的知识水平和实践能力，另一方面也为将来就业积累经验并打下基础。学生在基本独立的情况下自主寻找企业实习，其过程与实际求职相似，这有助学生为今后的求职积累实际经验。在企业的实习期间，学生可获得企业支付的每个月约1000欧元报酬。

(2) 核心课程和专业课程学习4个月

第三学年的核心课程和物理方向专业课程及课时如表2所示。学生已经分为4个不同的专业，核心课程是相同的，但是不同专业方向的学生将学习相关课程，包括专业必修课程和选修课程，为后续进入科研课题组开展研究工作打好基础。

(3) 校内科研项目研究2至3个月

学生在校内的科研项目研究在教授指导下进行，具体内容为在科研实验室中开展课题研究。在科研实习和企业实习两个环节中，均要求学生撰写实习报告，但并没有要求学生正式发表论文。

完成前3年学习的学生将获得工程师文凭。学生在第四年可以有很多选择，包括在本校研究生院学习，也可以在法国或国外的其他学校学习，并获得硕士学位或双学位文凭。

表2 第三学年的核心课程和物理方向专业课程及其课时

(4) 国际化与英语能力要求

作为以法语为主要授课与学习语言的精英教育，学校对于学生的英语交流能力以及国际化也有专门的要求。除了提供去英语国家(英国、美国)的实习机会之外，对于全体学生都有英语能力的要求。例如，学生除英语课程的学习之外，还都必须通过国家统一的公共英语能力测试和雅思考试。

3.2 授课形式与考核办法

巴黎高等物理化学学院的授课形式包括理论课、讨论课、答疑课、实验课和分组研究项目课程(Group scientific projects，PSE)。由于班级规模小，每个学生均可从个性化的学术指导中获益。学院还为学生工程师提供额外的课程和辅导，包括：个别辅导和共同辅导等类型。

理论课程的授课方式为传统的课堂教学形式，由一位教授面对数十名学生讲授课程。理论课上教师参照教科书或自编讲义授课，并布置课后作业习题或课程报告。讨论课中，学生分为多个小组，针对一个具体问题开展分析研究，并分工合作撰写书面报告。讨论课上的表现也作为学生理论课成绩的一部分记录。答疑课通常为每周一次，学生自己与教师或助教预约联系。

理论课程的分段笔试很有特色，考试分成两个阶段进行，要求学生独立完成试卷：第一个阶段时长约为45分钟，学生在卷面上答题，属于完全闭卷的方式，试题主要为涉及主要概念的问答题和少量计算题；第二阶段时长约为1.5至2小时，为半开卷方式，题目类型主要为计算题，学生答题时可以翻看课本、讲义或笔记，但是不允许上网查找答案。课程满分为20分，通常第一部分试卷为8分，第二部分为12分。学生如果获得10分以上则为本门课程考试通过，如果能得到15分以上则为优秀。

实验课程中，实验教学计划按照分组循环方式安排，每一到两位学生使用一套实验装置。所用的实验讲义均由指导教师编写，实验项目和教学内容与指导教师的科研相关，部分实验项目由指导教师的科研课题转化而来，如光学实验课程中的“数字全息实验”；也有一部分实验项目和实验装置是指导教师专门为实验教学的需要设计和制作，如流体力学实验中的一些项目。以光学实验为例，课程总共分4个部分，每部分有3个实验，学生在每个部分各选一个实验项目。实验课上一或两个学生一组，共同完成实验并分别撰写实验报告。光学实验课程的评分依据为实验过程表现、实验报告质量和期末的一次口头报告，评定学生成绩时这3部分占同等比重。

学生分组研究项目是一门为第一年和第二年的学生开设的科研先导课程。每2至3名学生为一组，每周约有半天时间在实验室中开展课题研究，研究过程中可获得教师和博士生进行实验指导，并完成研究报告。

学院对学生的成绩要求为：学生每学年的理论课程和实验课程总平均成绩应在12分以上，单科成绩不能低于7分，才可以进入下一个学年继续学习，否则将面临留级。

4 教学特点与精英人才培养

(1) 严格招生选拔，吸引精英人才

每年巴黎高等物理化学学院与巴黎综合理工一同公开招生，报考的学生人数约为2000人，而学院招生人数近年来由80名增加至90名，其中包括数位来自中国等地的留学生。显而易见，入学考试很严格，包括笔试和面试两个环节，竞争非常激烈。在高中毕业至参加入学考试以前，报考的学生已经完成了两年大学预科阶段的学习，其间学过了如国内高校开设的高等数学和大学物理等理工科专业本科生的基础课程，相关科目也包括在入学考试范围之内。多年来,巴黎高等物理化学学院保留着严格的选拔程序,从而保证了生源高质量，使其具备典型的精英人才特点，并适用小规模、高素质和个性化的培养模式。

(2) 课程设置理工融合，培养跨学科人才

通过营造多学科交叉融合的人才培养模式和氛围，才能更好地培养具备扎实的理论基础，及从事科学研究的实践能力，又善于解决工程实际问题的创新型人才[11]。巴黎高等物理化学学院力求打破物理、化学和生物学之间壁垒，将基础研究和工业应用相结合，综合培养学生的学术水平和科研能力。学生学习的课程涉及广泛的前沿科学及工业应用的前瞻性研究，包括：聚合物、纳米生物物理、电信、有机合成、环境科学、生物医学成像、神经生物学、微流体、软物质和量子物理学等。在学习科学课程的同时，学院也开设管理学和法学等课程，提高学生专业素质的同时也注重培养学生的管理能力和文化素养。这样的综合性学科培养体系可以丰富和深化学生的学科背景，让不同学科的知识可以优化融合，提高学生综合素质，从而满足社会对人才综合性素质的要求。

毕业生获得法国政府认证的工程师文凭和硕士学位，每一届学生中约60%的学生将继续深造研读博士学位，其余毕业生前往公司和研究机构等从事技术工作，其就业领域非常宽，包括：能源、化工、电力电子、制药工业、工程设计和公共部门等。

(3) 推行模块化科学研究教学，提高学生科研能力

在诺贝尔奖得主吉尼斯教授的倡导下，巴黎高等物理化学学院通过模块化教学开展学生研究组项目。学生们在跨度为一年时间内加入科研课题组，在教授的指导下钻研他们选择的科研挑战项目，在实验室中体验研究的乐趣和挑战，让所学的理论知识和实验方法融会贯通，为将来的科研工作打好基础。

(4) 注重理论与实践相结合，培养工程师人才

物理实验在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础，体现了科学实验的共性[4]。巴黎高等物理化学学院的学生们通过在实验室的情景中学习，积累实践经验，加深理解，掌握实验设计和操作技能。例如从光谱色谱和激光光学熟悉完整的光谱实验技术，在系列实验过程中需要从了解原理和设计并搭建实验光路开始，而不仅仅是测量实验数据结果。在研究型实验教学的过程中，学生对科学研究的思维方式和研究方法加以学习和运用，认识和发现“已知与未知” 的内容，深入思考知识的关联性，理解其在建构科学知识体系时发挥的作用，这样的探索和学习的过程与科学家的科学研究过程非常相似。

5 精英人才培养模式的特点与启示

巴黎高等物理化学学院秉承培养创新型精英人才的理念，在课程设置的各个环节都有其匠心独运的培养方式，坚持小规模办学和高质量人才培养的特点，在保持传统精华和科学精神的同时，不断丰富和完善符合时代和社会对高端专业人才的需求。通过物理、化学和生物学跨学科培养，在基础理论学习与应用技术学习之间达到平衡和增强，引导学生系统性地学习各学科，拓展学生的知识领域，为培养跨学科研究人才打下基础。

通过研究国际工程教育经验，合理有效地借鉴巴黎高等物理化学学院等国外著名高校研究型精英人才的优质教育模式、人才培养体系、先进教育理念、有特色的课程体系、评价体系和教学方法，研究法国工程人才认证体系，总结国际工程教育发展的规律，将为我国工程教育改革提出创新的理念和思路，为培养符合社会发展需求的跨学科、创新型和高层次的新工科专业人才服务。

致谢： 感谢巴黎高等物理化学学院国际关系部主任Bénédicte Ravier女士提供的关于学生培养和课程教学相关信息，以及参加巴黎高等物理化学学院与同济大学双学位项目的范才富和钮婷婷两位同学提供的帮助。

[1] 法国巴黎高等物理化学学院.教学计划[EB/OL]. [2017-09-20]. https://www.espci.fr/en/educational-programs.

[2] 中华人民共和国教育部. 国家中长期人才发展规划纲要(2010—2020年). [EB/OL]. (2010-06-06). http://www.gov.cn/jrzg/2010-06/06/content_1621777.htm.

[3] 清华大学理学院教务处.理工结合 培养高层次理科人才[J].高等理科教育, 1994(2): 59-64.

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[7] 中华人民共和国教育部. 教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知.[EB/OL]. (2017-06-16). http://www.moe.edu.cn/srcsite/A08/s7056/201707/t20170703_308464.html.

[8] 王青. 近代物理和高新技术物理与“新工科建设”——《物理与工程》“新工科建设”栏目开篇语[J]. 物理与工程, 2017, 27(6): 1.

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[9] 祝珣. 法国大学校精英人才培养模式及启示[J]. 中国人才, 2011(7): 152-153.

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[10] 刘敏. 法国大学治理模式与自治改革研究[M]. 北京: 北京师范大学出版社, 2015: 4.

[11] 教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会. 理工科类大学物理实验课程教学基本要求(2010版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2010.