1. 引言
2023年，习近平总书记在集体学习时强调：“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人是教育的根本问题”[1]。随着数字技术对教育领域的持续渗透，高校关于人才培养模式的探讨正不断被赋予新的时代内涵。基于上述政策导向与现实需求，本文选取武汉理工大学物理学专业作为典型案例，通过纵向分析该专业2017至2024年间三个关键修订版本的人才培养方案，试图揭示数字化时代背景下物理专业人才培养的迭代规律与优化路径。
1.1. 数字化转型对高等教育的影响
如今数字技术正在迅猛发展，社会各领域都面临着重塑，国内外高等教育体系同样面临着前所未有的变革契机。2022年9月，联合国教育变革峰会将高质量数字学习列为五大行动领域之一，以数字革命推动教育变革[2]。2024年1月，世界数字教育大会提出要通过教育数字化促进优质教育，推动数字教育应用、共享与创新[3]。全球教育变革浪潮掀起，许多国家已达成共识：数字化是教育转型的重要载体和方向。并积极出台了数字化教育战略。美国制定了《国家教育技术计划》(NETP2024)，法国出台了《2023~2027年数字教育战略》，新加坡提出了《2030教育技术总体规划》。如何在数字化浪潮中乘风破浪，中国这艘大船已经升起了高昂的旗帜。2025年，中共中央、国务院发布《教育强国建设规划纲要(2024~2035年)》，明确提出将继续推进教育数字化转型战略[4]。
数字化转型正推动高等教育向好改革。段忠贤指出，在教育领域，数字技术已经从早期的单一在线学习模式逐步发展为更加复杂的教育资源精准匹配和个性化教学模式[5]。张强认为，数字化转型对高等教育发展产生了积极影响，例如利用数字技术改进教学、科研、管理等组织活动，以及在个体层面激发学生、教师等主体对提升数字技能的需求[6]。具体来说，数字化教学能提高教学效率，突破时空限制，改善教与学思维方式等[7]。像慕课平台、虚拟仿真实验系统等数字化教学资源的广泛应用，不仅拓展了知识传授的广度与深度，更实现了教学形式的多元化发展。线上线下融合教学、课前自主学习和翻转课堂深度研讨等创新模式的推广，在提升课堂效能的同时，也显著改善了学习者的参与体验。
在数字化时代，高校教育教学如何改革成为一个重要议题。国内学者从不同角度分析并总结了高校教育教学改革的因素。李铭发现了高等教育教学数字化转型的研究及实践主要从技术、社会和机构三个视角展开[8]。程建钢从学校、专业和课程三个层面，分析了教学系统的数字化转型，探讨了转型过程中涉及的核心要素和发展特征[9]。胡姣提出在实践过程中，数字技术、教育组织、环境空间与行为实践是影响教育数字化转型的四大因素系统[10]。本文将从教育组织层面切入，从人才培养模式入手展开研究。
1.2. 物理专业人才培养的挑战与机遇
物理学专业包含多个基础科学学科，是科学理论研究的重要基础[11]，其人才培养一直备受关注。值得关注的是，在数字化浪潮席卷全球的当下，该专业发展正面临着重重困境。海量数据与信息不断爆炸式增长，这就促使着物理学科知识架构加速迭代。因此教师的知识更新速度和学生自主学习能力的形成将面临着严峻的挑战。实验教学作为物理学教育的重要环节，只有高精度的仪器设备和高标准的实验环境才能保障其顺利开展，这也对院校的基础设施建设带来了不小的压力。数字化浪潮也正在推动着就业市场结构重塑，对于毕业生来说，是否拥有较强的综合素养与创新潜能将决定其是否能顺应数字化浪潮。
但与此同时，数字技术的深度应用也为物理学专业发展开辟了新路径。教师借助智能化教学工具能够实现知识的高效传递，学生则可利用虚拟仿真平台完成复杂实验操作。虚拟仿真平台的应用不仅显著提升了教学成效，更有助于深化对抽象物理原理的理解。数字化学习环境还能有效调动学生的探索热情，培养其创造性思维，为跨学科能力发展创造有利条件。从就业前景来看，顺应数字化浪潮的物理专业毕业生在人工智能、大数据分析等新兴领域展现出独特竞争优势，职业发展空间得到实质性拓展。
1.3. 武汉理工大学物理专业人才培养的现状
武汉理工大学以“MEMS工作法”加快推进了教育数字化转型，成为了数字化转型标杆大学[12]。学校在推进全要素数字化转型过程中，物理学专业的人才培养形成了一些具有参考价值的实践模式。具体而言，该专业采取双轨并行的培养策略：其一，构建了模块化的课程体系和开展了创新实践项目，这提升了学生的综合素养与科研创新能力；其二，在硬件投入方面，物理专业持续更新实验教学设备，打造了智能化学习空间，同时深化了校企协同育人机制，与行业相关企业了建立稳定的实习就业合作关系，切实增强了毕业生的岗位适应能力和职业发展潜力。
2. 武汉理工大学物理专业人才培养方案的演变
从2017年至今，为了更好地适应数字化转型的需求，武汉理工大学在物理专业人才培养方案方面进行了三轮系统性调整。研究其调整路径可以发现，数字化转型正深刻影响着课程体系的重构、教学模式的优化、实践体系的迭代。
2.1. 构建“基础核心–前沿领域–交叉学科”三位一体的课程架构
本文提出的“三位一体”课程架构是物理学专业以“夯实基础、追踪前沿、促进交叉”为核心逻辑，在数字化转型中形成的课程体系设计模式。与既有课程设计理论相比，如表1所示，“三位一体”课程架构强调动态性、开放性、闭环性。
Table 1. Comparison between “Trinity” and other curriculum design theories
表1. “三位一体”与其他课程设计理论对比
课程设计理论 |
共同点 |
差异性 |
学科结构理论 |
均强调学科核心知识的基础性。 |
“三位一体”更强调追踪前沿和打破单一学科边界，而非仅聚焦静态的学科基本结构。 |
后现代课程观 |
均关注课程的开放性和关联性。 |
“三位一体”以“基础–前沿–交叉”的明确逻辑构建体系，兼具开放性与结构性，避免后现代课程的过度模糊性。 |
STEM教育理念 |
均强调学科交叉。 |
“三位一体”将交叉学科与基础、前沿形成闭环，而非单纯的多学科叠加，更注重知识的递进与整合。 |
在数字化教育转型进程中，该专业始终坚持夯实基础理论的教学理念。对比2017至2024年的培养方案可见，如下图1所示，《电磁学》《量子力学》《电动力学》等主干课程始终保持重要地位。这些基础性课程不仅涵盖了经典物理学的核心内容，还注重引入现代数学分析方法，为后续专业学习奠定了坚实的数理基础。在课程设置方面，该专业在知识体系构建和教学安排上不断进行探索，调整了不同版本的不同类型课程的学分，如下图2所示。其中，专业教育课程学分总量和结构均有变化，必修课和选修课学分有增有减，体现了对专业知识掌握的要求在不断调整。
Figure 1. Diagram of the curriculum architecture
图1. 课程架构图
Figure 2. Chart of course credits
图2. 课程学分图
为适应学科发展动态，该专业及时将前沿科研成果转化为教学内容，如下表2所示。2021版培养方案中，删减了《理论物理综合》《凝聚态物理综合》，新增设了《激光原理与技术A》。2024版培养方案中，新增设了《高温高压凝聚态物理》。这些变化紧密结合光电信息领域，突出了专业特色，让学生掌握该领域前沿核心知识与技术。同时，《光电半导体材料与器件》等应用型课程的设置，显著提升学生解决实际工程问题的能力。
数字时代的学科交叉特征促使该专业开设了多领域融合课程。其中，《计算物理》整合了物理学与计算机技术，培养了学生利用计算机模拟物理现象的能力；《材料物理》则打通了物理与材料科学的学科壁垒，拓宽了学生的知识视野。这类跨学科课程的设置，有效培养了学生的复合型知识结构和创新能力。
Table 2. Table of training program courses
表2. 培养方案课程表
培养方案 |
核心课程 |
特色课程 |
新增课程 |
删减课程 |
2017版 |
数学物理方法、理论力学、热力学与统计物理、电动力学、量子力学、近代物理实验 |
半导体物理、固体物理、计算物理、材料物理、理论物理综合、凝聚态物理综合 |
/ |
/ |
2021版 |
数学物理方程、理论力学C，电动力学A、热力学与统计物理A、量子力学D、固体物理A、近代物理实验A1、近代物理实验A2 |
光电技术B、量子光学、激光原理与技术A、光电半导体材料与器件、薄膜光学、光纤传感技术 |
激光原理与技术A、薄膜光学、光纤传感技术 |
理论物理综合、凝聚态物理综合 |
2024版 |
数学物理方程、理论力学(理)、电动力学A，热力学与统计物理A、量子力学D、近代物理实验A1、近代物理实验A2 |
光电技术B、量子光学、激光原理与技术A、光电半导体材料与器件、薄膜光学、光纤传感技术、高温高压凝聚态物理 |
高温高压凝聚态物理 |
/ |
2.2. 教学模式呈现“OMO (线上线下融合)–虚实结合–个性定制”多元链
本文提出的“多元链”是基于数字化技术构建的递进式教学模式，以“线上线下融合(OMO)–虚拟与实体结合–个性化定制”为链条，实现教学流程的优化与学生能力的分层培养，与其他教学模式相比，如下表3所示，“多元链”侧重于完整性，延伸性、互补性。
Table 3. Table of comparison between “multiple chains” and other teaching models
表3. “多元链”与其他教学模式对比表
教学模式 |
共同点 |
差异性 |
翻转课堂模式 |
均包含“线上预习 + 线下互动”的环节。 |
“多元链”将OMO与虚实结合、个性定制形成完整链条，而非单一环节的翻转，更强调技术赋能的全流程优化。 |
个性化学习理论 |
均关注学生个体差异。 |
“多元链”以“导师制+科研实践”为支撑，将个性化从知识传递延伸至能力培养(如科研思维)，而非仅停留在学习内容的选择。 |
虚拟仿真教学理论 |
均利用虚拟技术辅助实验教学。 |
“多元链”将虚拟仿真作为“预演”环节，与实体实验形成递进关系，而非替代实体实验，更注重“虚拟–实体”的互补性。 |
当前教育信息化发展催生了线上线下混合式教学模式的广泛应用。该专业通过有机整合数字化教学资源与传统课堂优势，构建了“课前线上自主学习 + 课中线下深度互动”的新型教学流程。
在具体实施过程中，专业利用大规模开放在线课程(MOOCs)和小规模私有在线课程(SPOCs)等平台，支持学生开展灵活自主的课前预习；而实体课堂教学则聚焦于专题研讨、实验探究和疑难解答等环节，有效提升了课堂参与度与教学实效性。
实验教学领域正经历着由虚拟现实技术带来的深刻变革。该专业通过搭建智能仿真实验平台，将数字化模拟系统与传统实验设备有机结合，形成了“虚拟预演–实体验证”的创新教学模式。以《近代物理实验》课程为例，学生可以先通过三维仿真系统完成实验流程模拟和数据分析训练，再进入实体实验室进行仪器操作，这种递进式训练既深化了对复杂物理现象的理解，又系统培养了实验操作技能。
针对数字化时代学习者的个性化特征，该专业建立了基于大数据的精准教学体系。依托“学生画像”、“课程画像”等多元数字画像，制定个性化的教学计划。同时构建分层分类的培养方案，通过“导师制”和“学业预警机制”等保障措施，为不同特质的学习者提供针对性的发展支持。教学模式呈现多元链如下图3所示。
Figure 3. Teaching mode diagram
图3. 教学模式图
2.3. 实践体系构建“校企协同–科研反哺–国际共建”生态圈
本文提出的“生态圈”是整合多方资源构建的实践育人系统，通过“校企协同、科研反哺、国际共建”的联动机制，实现实践教学与产业需求、科研前沿、国际标准的对接，与其他教育理论相比，如下表4所示，该理论突出系统性、阶梯形、融合性。
Table 4. Table of comparison between “Ecosystem” and other educational theories
表4. “生态圈”与其他教育理论对比表
教育理论 |
共同点 |
差异性 |
产教融合理论 |
均强调校企合作对实践能力的培养。 |
“生态圈”不仅限于校企双向合作，还整合了科研与国际资源，形成“产业–科研–国际”的三维支撑，更具系统性。 |
科研育人理论 |
均注重科研对教学的反哺。 |
“生态圈”通过“科研实训–学科竞赛–论文发表”的阶梯式设计，将科研能力培养融入整个本科阶段，而非碎片化的科研项目。 |
国际化教育理论 |
均关注国际视野的培养。 |
“生态圈”将国际合作与本土产业、科研需求结合(如对接武汉光电产业的国际技术标准)，避免国际化与本土化脱节。 |
校企协同已成为培养学生实践能力的关键举措。物理学专业与行业企业建立了战略合作关系，共建了实践教学平台。在实践实训中心中，学生拥有了沉浸式的职业体验，同时企业技术骨干担任了专业实践导师，深度参与暑期卓越学堂、毕业课题指导等教学环节。这些措施有效提升了学生的职业适应力和就业优势。
科研反哺是优化教学质量的重要突破口。该专业建立科研成果转化机制，推动教师将最新研究发现融入课堂教学。专业开设专题研讨课、设置科研实践项目，帮助学生把握学科发展前沿；还组织开展“智能技术与科研创新”系列培训，支持学生参与教师科研课题和创新创业计划，系统培养其科研思维和创新实践能力。
国际化办学是提升人才培养层次的重要路径。该专业与海外一流高校及科研院所建立了稳定的合作关系，构建了多层次国际交流平台。专业实施“2 + 1 + X”项目联合培养计划，为学生创造跨国学习机会；此外定期举办国际学术工作坊，邀请国外知名学者开展专题讲座，显著提升了学生的全球胜任力和跨文化沟通素养。实践体系生态圈如下图4所示。
Figure 4. Ecosystem of practices
图4. 实践生态圈
2.4. 物理专业人才培养方案迭代过程的成效与难题
武汉理工大学在物理专业人才培养方案方面进行了三轮系统性调整，取得了一些成效。2017年该专业就业率为90%左右，2024年就业率稳定在95%以上。得益于三轮人才培养方案的调整，学生的综合能力逐渐提升，就业去向有效拓宽，涵盖了微电子、集成电路、芯片及半导体、航空航天、新材料等工业领域。毕业生既可以在科研机构从事研究，也可以在高科技企业进行产业创新。
然而，在这三轮调整中，该专业虽然通过课程重构、教学模式优化和实践体系升级响应了数字化转型需求，但改革过程中仍面临多重挑战与局限，主要体现在以下方面：一方面，数字化转型对教师的数字化素养和跨学科能力提出了更高要求。部分资深教师对前沿技术(如智能仿真平台、大数据教学分析工具)的掌握不足，难以对课程进行高效设计。跨学科课程的开展需要教师同时具备物理学与计算机科学等复合知识，但现有师资部分单一学科背景，知识更新速度滞后于课程改革需求。另一方面，学生群体对数字化学习出现适应性差异。部分学生(尤其是基础薄弱或对数字化工具不熟悉的群体)在“线上自主学习+ 线下互动”的模式中，出现自主规划能力不足、对虚拟实验平台操作生疏等问题，导致学习效果分化；而“科研实训课程”、“学科竞赛”等个性化培养环节，更依赖学生的主动参与意识，部分学生因适应力不足难以融入。最后，还包括教学资源平衡的问题，例如虚拟仿真与实体实验的衔接机制尚未成熟、课程调整的“动态性”与知识体系“稳定性”之间的平衡难度较大、实践体系的“国际化”和“产业化”仍处于探索阶段，尚未形成稳定的资源共享与利益协调机制，影响“生态圈”的辐射效应等方面。这些局限性本质上反映了“传统学科转型”与“数字化需求”之间的张力，未来需通过强化师资培训、优化个性化支持体系、完善虚实实验衔接机制等措施，进一步提升改革的实效性。
3. 数字化转型视阈下物理专业人才培养方案的迭代路径
在数字化转型的背景下，物理专业人才培养方案的多维迭代路径可以从以下几个方面进行探索。
3.1. 完善智能课程体系，重构知识传授范式
当前物理学专业在智能化课程建设方面已取得阶段性成果，后续应着重推进三个层面的深化工作。要打造“强”课程知识图谱，智慧教育应用的发展有效促进了教育教学与知识维度的深度融合，实现数据共享、知识互联[13]。这种结构化、可视化且可演化的知识图谱能降低不同课程之间的相对独立性，让课程矩阵更好地支撑人才培养方案落地。要建立“深”AI智慧课程群，以打破各个教学模块间的壁垒[14]。课程矩阵中不仅要涵盖基础理论课程，还应增加跨学科融合课程、前沿探索课程等，通过人工智能技术实现课程内容的智能重组与动态调整，提升学生的综合素质。要引入“广”课程教学工具。一方面，利用大数据和人工智能技术，对智慧课程进行个性化推荐与定制，根据学生的学习习惯、兴趣偏好和能力水平，提供精准的学习资源和路径规划，实现因材施教；另一方面，加强智慧课程的互动性与实践性，通过虚拟仿真实验、在线协作平台等工具，增强学生的参与感和体验感，提升学习效果。
3.2. 创新产教协同机制，培育实践创新素养
深化产学研协同育人机制是提升人才培养质量的核心举措。在顶层设计中，应以产业发展需求为导向，构建“能力–课程–岗位”三维映射模型，以产业需求驱动构建模块化课程体系与能力映射矩阵，满足多层次人才培养需求[15]。在具体实施中，可联合行业龙头企业共同开发实践课程、共建实训基地，将真实产业项目引入教学过程。在技术层面上，运用数字孪生、云计算等新一代信息技术，搭建虚实结合的产教融合平台，通过模拟真实工作场景提升学生的工程实践能力。例如建立校企联合创新中心，组织学生参与技术攻关，在解决实际问题的过程中培养创新思维。
3.3. 构建智能评价系统，实现质量持续改进
智能化教育评价体系的完善是保障物理专业人才培养成效的关键支持。推进智能化教育评价是大势所趋[16]。建立智能化教育质量评价体系应具备三个特征：多维性：涵盖知识掌握、创新思维、实践能力等多元指标；智能性：运用机器学习算法分析学习行为数据，识别教学改进点；动态性：建立评价–反馈–优化的闭环机制。通过实时采集教学过程数据，智能诊断教学问题，为教师提供精准的教学改进建议，最终形成持续优化的教学质量保障体系。
4. 结论与展望
本研究通过解析典型案例，提出了数字化时代物理学专业人才培养的转型升级路径。未来发展趋势将呈现三个特征：培养目标更强调创新素养与跨界能力的融合；培养过程更加注重个性化与自适应；培养手段将深度整合智能技术，形成人机协同的新型教育生态。这一转型不仅需要技术层面的创新，更需要教育理念和培养模式的系统性变革。
致 谢
感谢本人所在单位对我工作的支持，在论文选题中，领导和同事给予了我莫大的启发；感谢参考文献的作者们，在论文创作中，这些参考文献引发了我的思考！