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物理学科:物理学科与南开同行

来源:  发稿时间: 2013-10-21 00:26


 

物理学科与南开同行

  90年来风雨如晦、弦歌不辍,物理科学学科以其直达本质的深刻、探索真理的执着诠释着她的真实与自然,展现着她的超凡魅力,在南开园务实求真的学府气氛中发挥着自己的特色。物理科学更以其精粹的语言,深邃的思想,简洁而理性的知识吸引了无数学子投身其中,“而今迈步从头越”,南开物理要继续以其踏实的学术作风,不断进取的创新精神,不畏挫折的科学探索精神与南开一起谱写新的篇章。

一、解放前南开物理的历史沿革

  1919年私立南开大学建校之初,即开设了物理学的课程。初期物理方面的课程先后由孙继丁先生和徐任之先生任教,后由于任课教师难于聘请,使得课程时断时续。再加之选课的学生少,有的学生中途转学,故而在建校初期,并没有培养出物理专业的学生。

  1922年,留学美国并获得博士学位的饶毓泰先生受南开大学校长张伯苓的聘请,来到南开大学任教授,并担任物理系主任。与此同时,他在美国预购的仪器设备,也随之运抵南开,在八里台南开大学理学院科学馆建成了实验室。至此,由于具备了专供教学使用的实验室,有了系主任和任课的教师,南开物理系正式成立,开始了与南开大学同行的历程。

  饶毓泰先生既是第一位系主任,也是南开大学物理系的奠基人。他1922年8月受聘为南开大学教授、物理系主任,后来还兼任理学院院长,直到1929年赴德国继续科学研究为止。在此期间物理系制定了系统的教学计划,并按照教学计划系统地开设了课程,逐步建成了力学、热学、光学、电学等基础物理实验室。这时的南开大学物理系“课程之次序及实验之设备,比诸欧美有名大学固尚多缺憾,然比诸今日之国中各大学尚不落人之后也”(《南开大学向导》,1930年5月)。在这个期间,受教于饶毓泰的有吴大猷、吴大任、刘晋年等,他们后来都成为国内外著名的教授、学者。1929年饶毓泰到德国莱比锡大学和波兹坦天文物理研究所,进行光谱学方面的科学研究工作。回国后,在北京大学、西南联合大学任物理系教授、系主任和理学院院长等职。因此,他不仅是南开大学物理学系的奠基人,也被认为是中国现代物理的奠基人。

  饶毓泰先生之后,1930年顾静徽受聘为南开大学教授,并担任物理系的系主任,直到1936年。接替顾静徽担任物理系主任的是王恒守教授。

  1937年7月7日,抗日战争全面爆发。南开大学开始了她在战乱中艰苦延续的历程。在这段艰苦又辉煌的岁月中,物理系随南开大学经历了炮火的洗礼。潘孝硕教授1946年从美国归来,到南开大学就职,1947年被正式任命为物理系主任。

  潘孝硕教授是我国近代磁学研究的先驱者和开拓者之一。在国内求学时,即在丁西林、施汝为两位教授的指导下,从事磁学方面的研究。1938年至1943年在美国留学期间,在麻省理工学院物理系磁学家比特(F.Bitter)教授的指导下攻读博士学位,并获得博士学位。第二次世界大战期间,潘孝硕曾在哈佛大学水声学实验研究所和美国海军新伦敦水声实验研究所担任研究员,进行探测潜水艇的声纳装置中磁致伸缩器件的研究。

  潘孝硕到任时,南开大学物理系还有一位刚从美国回来的教授和四位青年教师,他们着手重建物理系,重新建立起力学、热学、声学、光学、电学、磁学等实验室,并在当年招收了复校后第一批学生。此时的物理系只有6位教师,他们除了讲授本系学生的理论课和实验课外,还承担了理学院和工学院各系的物理学课程。全系的各位老师团结一致,同心协力,克服各种困难,顺利地完成了物理系的重建工作。1948年,潘孝硕先生到他的母校南京大学任物理系教授,1950年调到中国科学院应用物理研究所任研究员。潘先生在南开大学任职虽然不长,但正值复校时期,时局动荡,诸事艰难。潘先生凭借其负责的精神,兢兢业业的工作态度,经过妥善筹划,团结全体教师,艰苦创业,为南开大学物理系今后的发展,做出了重要的贡献。

二、解放后南开物理学科的发展

  潘孝硕教授离任后,数学系主任刘晋年教授为物理系代理系主任。刘晋年1925年考取清华大学第一届赴美国公费留学生,入哈佛大学研究院。1930年,回到南开大学,执教于算学系。他在完成博士论文后,即涉及数学界和物理学界普遍关注的“三体问题”。他在30年代还一直主讲物理系理论力学课程。抗日战争时期,他担任西南联合大学教授,抗战胜利后随南开大学返回天津,他为复校建系多方奔走,做出了重大的贡献。

  1948年由南开大学物理系代主任刘晋年推荐,江安才被聘为南开大学物理系副教授。1953年晋升为教授,1954年被任命为系主任,一直到“文化大革命”为止,他是物理系任职最长的一位系主任。江安才一直处于教学科研的第一线,他讲过普通物理学、电磁学、原子物理学等课程。江安才担任系主任期间,第三、第五教学楼相继建成。在全系上下的努力下,物理系按照国家对高级建设人才的要求,编制了教学大纲,使教学有计划、按步骤地进行,稳定了教学秩序,教学质量也得到了稳步提高。

  1950年程京、邓稼先被聘请为物理系教授,1951年李荫远、高鼎三也受聘为物理系教授。与此同时,江安才还大力加强对青年教师队伍的建设,要求青年教师打好基础,练好教学、实验、科学研究的基本功。要求每人定出规划,各教研室每年检查。此外,还选派教师到兄弟院校或中科院培养进修。与此同时,在江安才任内,南开物理系还按计划接收进修教师,先后有内蒙古大学、东北工业大学、河北大学、江苏师范学院、哈尔滨工业大学、石油科学院等单位选派的人员,来到物理学系学习,为这些单位培养了一批从事教学和科学研究的骨干。

  1952年经过院系调整,北洋大学(现天津大学)物理系并入南开大学物理系,教师、学生也作了相应的调整,物理系具备了相当的规模。江安才作为物理系主任,负责系里的全面工作,尤其对物理系的发展和确立新的科学研究方向给予了极大的关注。当时的光学教研组无论在仪器设备、科学研究,还是教学和师资队伍等方面,都比较有基础,因此,物理系第一个成立了专门教研组。在50年代中期,鉴于当时世界上科学技术发展方向和本身的条件,南开物理系积极开展半导体科学研究工作,此后成立了半导体教研室。物理学系的其他教研组经过充实和扩大,也全都升格为教研室。

  物理系的教学和科学研究工作,基本上由各教研室承担,教师则按照所学专业和特长分布在各个教研室。1958年,起物理系开始设置专业。最早,物理系只有基础教研室和光学教研室,随后普通物理教研组、理论物理教研组和光学教研组等陆续成立。各教研组分别设置正副主任和教研组秘书,沈寿春、母国光等在此期间分别担任了教研组的各项职务。

  基础教研室承担了物理系、数学系、化学系和生物系的普通物理教学(讲课和实验)任务。光学教研室是我国综合性大学第一批成立的专业教研室,有较强的师资力量和较齐备的实验仪器,在光谱学方面进行科学研究工作,教学工作也有较好的基础。随着学科的发展,理论物理教研室、电子物理教研室、固体物理教研组、半导体教研室先后成立。

  江安才担任系主任期间,在科研和学术交流方面都取得了很大的成绩。1956年4月14日,南开大学报送高教部关于和校外建立联系的报告中,物理系是两个较有成绩的系之一。科研成果方面,取得了几项突出的成绩:1965年,承接了国家重点科学研究任务——国家十年科学发展规划的国重第026号“固体能谱”项目,物理系专门成立了固体能谱组,承担这个任务。只是时不过一年,在“文革”的风暴中,被吹得无影无踪。1957年1月2日《天津日报》报道南开大学物理系制作或改装成功“火花电源”、“电解槽自动描绘仪”、“微波驻波比测量仪”、“金箔验电器”、“测量α离子电离比值质谱仪”、“磁透镜”、“光栅摄谱仪”、“测微光度计”、磁场强度为18 000高斯的磁场设备等十几套仪器,这些仪器设备都是国内少有或没有、而且无法从国外买到的。1958年9月20日物理系奋战40天制作成β谱仪。1962年10月10日南开大学上报教育部26篇有较高水平的自然科学论文中,物理系有5篇。在产学研一体化方面,半导体教研室从1958年开始筹建,1960年,经国务院批准正式成立,并开始培养第一批半导体专业学生。由于半导体方面的科学研究与生产工艺结合得比较紧密,于是自1969年开始办起半导体工厂。1976年半导体大楼建成,形成了教学、科学研究、生产有机结合的体制。

  “文化大革命”时期,物理系遭到了极为严重的破坏,一大批教师被隔离审查、非法关押,设备遭到了严重的损坏。学科的发展受到了严重的阻碍。

三、发挥传统办学特色实现新时期新发展

  十一届三中全会以后,1978年,何国柱教授担任物理系主任,肩负起恢复和发展物理系的重任,并于1981年连任。

  1984年1月,由母国光教授任物理系主任。同年,潘士宏教授接任物理系主任,至1987年2月。1987年2月至1991年由张光寅教授担任系主任。1991年,潘士宏教授再次走上了物理系主任的位置,从1991年至1997年连任两届。

  1997年理论物理专业胡北来教授接替潘士宏的物理系主任职务。1998年3月根据发展的需要,南开大学物理系改制为南开大学物理科学学院,胡北来教授成为首任院长。第二任院长为长江学者特聘教授许京军,现任院长为长江学者特聘教授王慧田。

物理科学学院现下设物理学系、光电信息科学系、生物物理科学与技术系、基础物理与实验教学中心、光子学研究中心、机电与冶炼工程中心、光电材料研发中心、介观物理与纳米科技中心。有物理学、材料物理、光信息科学与技术、应用物理学4个本科专业。是经国务院批准的具有博士学位授予权的一级学科单位,拥有9个硕士学位授权点,8个博士学位授权点,并设有博士后流动站。

  1994年设立的物理学人才培养基地,是由教育部批准设立的全国理科人才培养基地。2006年,物理实验中心被教育部评为国家级基础物理实验教学示范中心。2007年,大学物理实验课程被评为国家级精品课程。

  学院配有先进的实验仪器和设备,有为教学与科研服务的网络中心、科技资料室及两个计算机机房。资料室藏有丰富的书籍,以及各种中、外文期刊600余种。每个计算机房配有五十余台微机终端与校园网相连,并可通过校园网与中国教育科研网(CERNET)及国际互联网(INTERNET)相连,学院为本院的每位师生提供100M的网络存储空间。教育部华北地区物理类外国教材中心也设在南开。这些软件和硬件设施为培养高水平的科技人才和有志于从事科学研究的优秀人才提供了优越的环境。

    物理科学学院不仅是基础科学的人才培养基地,也是现代物理学、光电子材料、光电信息科学、光子学及生物物理科学的研究基地,是适应我国经济发展及现代化建设的需要,培养基础扎实、专业知识面广的综合型高级人才的基地。

  为进一步贯彻落实党的十六大精神和科教兴国的方针,推动南开大学教育事业的发展,2003年,南开大学泰达学院与物理科学学院,共同建立南开大学泰达应用物理学院,现任院长为Romano Rupp教授。学院现拥有超快光子学、弱光非线性、光电材料与器件、量子材料与器件等10个实验室,其中我国光电子专家王占国院士主持建立了MBE实验室,韩国Imishik  Lee教授建立了纳米生物科学实验室。

  泰达应用物理学院作为南开大学物理学科新的增长点,其宗旨在于:促进南开大学物理学科的发展,在国家有关应用物理学科发展规划中取得先机并占据制高点。教学方面兼顾理论基础知识与实际应用技能的培训,培养高新科技产业发展需要的高素质物理型人才。在科研方面,基础研究与应用研究并重,研究高新产业发展所面临的各种关键技术问题,加强学科建设与产业化之间的结合。泰达应用物理学院将建设成为教学与科研并重、研究与开发并举的具有影响的研究与开发中心和人才培养基地。

四、南开物理学科现状介绍

  本科教学。物理科学学院的人才培养方向是既重视培养从事科学前沿探索的基础研究的科学家,又重视培养高水平的理科应用人才,从事应用开发研究。学院的办学指导思想是:教学与科研、理论和应用并重;既重视基础理论知识的教育,又重视学生实际能力的培养;既重视高等科技人才的培养,又着眼于国家现代化经济建设的需要,为国家建设输送生力军。专业的设置和教学计划的安排完全围绕着这几个方面制定。

  学院现设有物理学、光信息科学与技术、应用物理学和材料物理4个本科专业。2004年开始实行大类招生,即4个专业的学生入学时不分专业,低年级学习公共专业基础课,进入高年级后按照双向选择的原则,根据不同的专业学习专业课程。

    学院现设有程京理论物理奖、沈寿春实验物理奖和学院基地学生奖学金,以及海内外校友捐资设立的助困奖优的“七七之光”奖学金、“南开大学李书华奖学金”和“南开物理80奖学金”等各类奖学金,对在学习、科研方面表现优秀的学生给予支持和鼓励。

    科研与学科建设。南开物理学院现有理论物理学科、凝聚态物理学科、光学学科、生物物理学科、测设计量及仪器学科和机电与冶炼工程中心。各个学科都有在国际国内各自的领域内处于领先或独特地位的研究方向,培养与聚集了一批优秀的青年学术带头人。

    学院根据自身的具体情况,于2001年物理学振兴计划中确定了四个基础学科,即凝聚态介观物理学的基本问题;介观物理、纳米材料科学与技术;三维与低维介观物理、材料和器件;生物物理信息学。明确了学科建设总体目标,提出学科建设要以基础学科为依据,以重点学科为核心,以创博士点学科为骨干,实行“扬优、支重、改老、扶新”的学科建设方针,鼓励学科交叉,加强学科群的建设,重点建设和发展物理一级学科中具有优势的学科。优先发展物理学科中的新兴前沿领域,一方面这将成为学科发展中新的生长点,另一方面这为物理学科实现快速发展,建设一流的学科带来新的契机。许京军在做实验目前,以光子学与光电信息科学技术、生物物理信息、当前物理学若干问题的数值计算与模拟和介观物理与纳米技术四个主要研究方向为支柱的大物理平台已经建成。通过努力,现拥有1个国家级重点学科(光学),3个天津市重点学科(光学、理论物理、材料物理),1个教育部重点实验室(弱光非线性光子学实验室),1个天津市重点实验室(信息光子学材料与技术重点实验室),1个教育部创新团队(弱光非线性光子学)。

  凝聚态物理学科在掺镁铌酸锂的光折变性质的原创性发现及其后持续抗光折变机理的研究已在国际上引起极大反响,被誉为“中国之星”(Chinese Star)。由系改制为学院后的几年时间里,多次获得国家级、部级和市级科研成果奖。其中生物物理学专业杨文修教授与天津市中西医结合急腹症研究所、天津医科大学基础医学院等单位,联合进行了“通里攻下法在腹部外科疾病中的应用与基础研究”的科研工作,该项目经国务院批准,获得2003年度国家科学技术进步奖二等奖。2005年,以许京军、张光寅、刘思敏、张国权、孔勇发等教授为主要完成人的《光折变新效应、机理与器件的研究》荣获2005年度国家自然科学奖二等奖(一等奖空缺)。该项目发表SCI收录刊物论文104篇,编著3部,其主要成果被他引554篇次(其中SCI论文引用309篇次),获得了中国发明专利8项,美国专利2项。2006年许京军教授获第六届中国青年科学家奖。

  学院现正在进行的国家级和部委级科学研究项目有27项,近年来,正式出版教材、著作20余部,获国家级和部委级科技成果及优秀教材奖40余项,近三年在国内外核心刊物上发表论文近600篇,人均发表SCI收录的论文数位居学校前列。

  在人才引进工作中,物理科学学院广泛宣传南开人才引进政策,近几年引进了多名专业人才,并成功完成了高水平院长的聘任工作。

  物理学基础科学人才培养基地。物理学人才培养基地1994年建立,是由教育部批准设立的全国理科人才培养基地之一。面向全国培养21世纪从事物理学基础研究和教学的高级科技人才。南开大学物理学基地建设本着“两个核心”和“三个结合”,即本科教学是学院工作的核心,基地建设是学院教学的核心;课内和课外结合、教学和科研结合、人才培养和社会需求结合的基本思路,以“重视基础、拓宽口径、发展个性、突出能力”为办学方针,本着“务实、创新、求精”的办学态度,以“完善教学条件,深化教学改革,精建教师队伍,培养一流人才”为建设目标,培养具有“基础知识扎实、学生个性鲜明、动手能力突出、综合素质优秀”的与世界发展接轨的高水平物理学人才,已经为国家输送了一大批优秀的毕业生。

  2006年开始在物理学专业中选拔优秀学生成立基地示范班,基地示范班学生应达到学校推荐免试研究生的基本要求。基地示范班实行淘汰制,每学期滚动一次。近年来,为适应我国加入WTO后人才所需,学院率先在“基地”班的专业基础课程中开展双语教学,并被学校确定为外语教学课程建设试点单位,从2004年开始在全院开展力学、热学、电磁学、光学、原子物理学五门课程的双语教学。

  人才培养。在人才培养目标方面,物理学院从物理系创始人饶毓泰先生起,就树立了重视实验教学建设与基础课教学相结合的优良传统。坚持基础课教学、实验教学和科学研究紧密结合,既重视培养从事科学前沿探索的基础研究的科学家,又重视培养高水平的理科应用人才,从事应用开发研究。还及时将科研中一些成果转化为本科教学和近代物理实验课的内容,使学生较早地接触到前沿知识,不仅培养了学生的创新能力,而且缩短了基础课学习和当代科学前沿距离。提出了“自制、自组、自拟、开放”的改革思想,尤其是实验教学改革体现了高校实验教学发展的大趋势,在全国发挥了显著的辐射作用。学院设立了程京理论物理奖、沈寿春实验物理奖和学院基地学生奖学金等鼓励学生积极进取,敬业创新。通过组织“今日物理”讲座,组织本科创新工程,培养和提高学生的科研意识;通过教学模式的改革,提高学生分析问题和解决问题的能力,通过完善管理手段,全面加强学风建设。“今日物理”讲座已经成为物理科学学院学生的品牌性活动。

  加强实践教学、培养本科生的创新意识,提高其创新能力是南开大学物理学专业培养高素质人才工作的核心,借助南开大学“百项工程”这方土壤,让越来越多的本科生尽早进入实验室,了解科学研究的过程和进程,并能够在力所能及的范围内与科学研究进行接触。2003年以来共获得学校立项资助135项,2006年学院开始给予立项资助,现共资助41个立项项目。“百项工程”在大力普及的基础上经多年的积累一些优秀的成果脱颖而出,除校级奖励和专利、论文等成果之外,2005 年在第九届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛中,2002 级本科生石弢、李颖的作品《基于自旋系统的量子信息传输》获得一等奖。2006年天津市第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中,2003级本科生张康、张学智、梁静的作品《铒铥共掺钨钇钠晶体的三光子间接敏化绿色上转换荧光》获得特等奖,在第十届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛中又获得二等奖。近两年以本科生为第一作者发表的SCI 收录论文30 余篇,其中影响因子最高为3.764。

  2004年开始设立“师生交流日”,在广泛征求学生意见的基础上,综合学生提出的要求,在每周固定的时间安排相应的老师与学生面对面交流,交流的内容涉及学习、分专业、出国、就业等学生学习生活的各个方面。

  结合对本科教学改革的探讨,2005年开始陆续开发了与中国科学院所属研究所的合作,派出优秀学生到相应的研究所进行暑期实习。现共有实习基地6个,至今共派出了近200名学生。2008年与中国科学院物理研究所签订了联合培养研究生的相关协议,现共派出了9名硕士研究生到物理所参与科研任务。

  从2006年起,针对本科生实行学业导师制,学业导师由专业教师组成,一般一位教师负责4至6名住在一个宿舍的本科生,工作主要集中在学生入学后的前两年。本科生学业导师的工作从引导学生为自己设计未来入手,帮助学生在健康的学习和生活方式下顺利完成大学学业。

  在学生的素质培养方面,除了培养学生的学习、科研等基本素质,更注重学生的全面成长,激发学生的社会使命感。2004年物理学院2000级本科生毕业前夕将所剩班费和市级优秀班集体的奖励金设立了“希望2000”——跨世纪彩虹奖学金基金,用于奖励低年级家庭困难且品学兼优的学生。第一届受到资助的学生及2004级本科生毕业前夕,通过宣传号召再次组织捐款,将此项奖学金发展成为“爱心接力”基金,以扩大资金来源,给更多的同学以资助。2005年10月,成立了“学生义务宣传队”。义务宣传员由院内在读本科生组成,在学院举行的义务宣传员受聘仪式上正式加入,并颁发聘书,聘期一年。其主要职责为:定期进行物理知识宣讲,在校内校外进行演示实验,为学院学生工作制作宣传展板、宣传材料等,努力做好对学院及学科的宣传工作。成立至今,义务宣传队已经历经三届,在天津市10余所中小学、银河广场、街道等处进行了演示实验和科普宣传等活动。

    学院学生在学习和科研方面也取得了优异的成绩。2001年至今,多名研究生获得南开“十杰”称号, 2000级和2004级本科年级获得天津市优秀学生班集体,4名本科同学获得天津市理工 科特等奖,2名同学获天津市市级“三好学生”和“优秀学生干部”等奖励。2005年博士生薄方获美国光学学会学生会议奖励(OSA Student Travel Award),受其资助于2006年5月赴美国参加了激光光电子领域最具影响力的国际会议CLEO/QELS并做口头报告。2006年博士生楼慈波获得由德国和瑞士政府设立的首届“爱因斯坦奖”,全国共有20人获该项奖励,楼慈波是本市唯一获奖者。2006年刘翔博士(指导教师为李学潜教授)获得全国博士论坛物理类论文一等奖和第四届“晨光杯”青年优秀论文一等奖。

    新世纪新阶段的南开大学物理学科,不仅是基础科学的人才培养基地,也是现代物理学、光电子材料、光电信息科学、光子学及生物物理科学的研究基地。经过几代人的努力,经历了风雨,也创造了成绩,南开物理人继承了前辈人的优良传统,又以开拓创新的精神迎接新的时代挑战,必将在南开的事业中继续书写新的辉煌!

 

(撰稿:夏焕云)

(本文原载南开大学新闻中心编《永续的学脉——南开大学学科发展历程》,南开大学出版社2009年版)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

编辑: 南开大学报学生记者团

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