依托物理學(xué)術(shù)競賽平臺探索培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力

李業(yè)鳳

（電子科技大學(xué) 物理電子學(xué)院，四川 成都 610054）

本科生的能力培養(yǎng)是目前本科教育的一個重要環(huán)節(jié)，尤其是以團(tuán)隊合作的形式對物理問題研究，以辯論的形式進(jìn)行比賽，不僅可以鍛煉學(xué)生的科研素質(zhì)，還能培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和交流表達(dá)能力。同時也是對國家理科基地能力培養(yǎng)項目的補(bǔ)充，尤其對拔尖人才培養(yǎng)計劃的實施也大有裨益［1］。組織在校學(xué)生參加物理學(xué)術(shù)競賽，對提高大學(xué)物理和物理實驗課程的建設(shè)水平和教學(xué)質(zhì)量是一項有效的重要工作。

1 全國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽簡介

全國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽（China Undergraduate Physicists’Tournament，以下簡稱CPUT），旨在鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜科學(xué)問題的能力，并且能夠針對這些問題給出令人信服的解決方案。

國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽（International Young Physicists’Tournament，IYPT），作為當(dāng)前國際上最重要的青年學(xué)生物理團(tuán)體對抗賽事，自1988年創(chuàng)始以來吸引了國際上近40個國家的優(yōu)秀學(xué)生參與。賽事采取團(tuán)隊辯論方式進(jìn)行，就解決給定開放性物理問題的基本知識、理論分析、實驗方案、結(jié)果討論等進(jìn)行辯論，深具科學(xué)教育價值。該項賽事提倡知識學(xué)習(xí)與探索實踐、物理學(xué)與日常生活、學(xué)術(shù)能力與人際交往能力、個人能力與團(tuán)隊合作等相結(jié)合。訓(xùn)練學(xué)生針對實際物理問題的合作解題、發(fā)表觀點和辯論的能力。IYPT特別強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊協(xié)作、開放思維，要求思維縝密、表達(dá)能力強(qiáng)。

在中國物理學(xué)會和天津市科協(xié)的支持下，南開大學(xué)派員作為觀察員參加了在韓國舉辦的20屆IYPT，并組織參加了在克羅地亞舉辦的21屆和在中國舉辦22屆IYPT競賽。在2009年9月召開的物理學(xué)會秋季學(xué)術(shù)年會教學(xué)分會中討論通過每年舉行同類競賽，競賽的內(nèi)容和形式同國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽。

2010年由南開大學(xué)承辦，參加學(xué)校有南開大學(xué)、南京大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、吉林大學(xué)等12所學(xué)校，我校有1名教師帶1名學(xué)生前去觀摩。2011年由南京大學(xué)承辦，參加學(xué)校有清華大學(xué)、北京大學(xué)、南開大學(xué)、南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、電子科大等23所高校，我校首次組隊參加并獲得三等獎（總第13名）的成績。2012年由北京師范大學(xué)承辦，參加學(xué)校增加到35所高校，我校在與北京大學(xué)、南開大學(xué)公開辯論中獲得一等獎（總第三名）。今年由蘭州大學(xué)承辦，我校期待再創(chuàng)佳績。

2 做好競賽組織工作，吸引優(yōu)秀生參加

全國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽按照學(xué)校初賽—學(xué)校決賽—參加全國賽的模式進(jìn)行組織，大賽舉辦至今已組織了3屆，賽事越來越受到師生的關(guān)注。

由于CUPT賽事是2010年才開展的競賽，相對于其他賽事影響還是較小的，如機(jī)器人大賽。為了吸引更多的學(xué)生對CUPT賽事感興趣，擴(kuò)大學(xué)生的參與面，必須積極做好組織宣傳工作［2］。我校在教務(wù)處和相關(guān)學(xué)院的支持下，成立了CUPT賽事指導(dǎo)組，建立QQ群，由大學(xué)物理和物理實驗中心教師組成。利用學(xué)校教務(wù)處和學(xué)院網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)布信息，制作賽事海報在學(xué)生出入多的地方張貼，在學(xué)生活動中心室外大屏幕反復(fù)播放比賽錄像，教師在課堂間隙對學(xué)生宣傳動員。在報名初期，組織上屆參賽學(xué)生做模擬辯論賽，讓學(xué)生深入了解其賽事的精髓，效果顯著，吸引英才學(xué)院、數(shù)理基科班、通信學(xué)院等學(xué)院的學(xué)生參加。2011年報名人數(shù)64人，2012年178人，2012年216人，規(guī)模和影響力日漸擴(kuò)大。

3 采用多樣化的指導(dǎo)方法，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力

在校內(nèi)初賽期間，鼓勵有興趣的學(xué)生參加進(jìn)來，每隊3人，自行組隊，根據(jù)當(dāng)年的題目自行選題。團(tuán)隊首先要對題目理解透，設(shè)計實驗方案，進(jìn)行理論分析；其次有條件能做實驗的要完成。并測量數(shù)據(jù)，分析影響實驗結(jié)果的參數(shù)，無條件進(jìn)行實驗的要仿真，得到結(jié)論并分析。

在指導(dǎo)教師配備上，注重教師的知識結(jié)構(gòu)、實踐經(jīng)驗、綜合素質(zhì)和研究成果，尤其是對優(yōu)秀年輕教師的培養(yǎng)，保證指導(dǎo)教師隊伍結(jié)構(gòu)的合理性［3］。指導(dǎo)教師分別負(fù)責(zé)1～2個題目，并與學(xué)生經(jīng)常聯(lián)系，對學(xué)生的問題及時回復(fù)，檢查督促進(jìn)度，給出下一步的方向性指導(dǎo)。根據(jù)賽事進(jìn)度，安排2～3次集體答疑輔導(dǎo)，2次專題講座。這些活動的主要內(nèi)容是面向競賽題目的物理實驗方法與實驗設(shè)計及實現(xiàn)方法和技巧分析，包括展現(xiàn)物理現(xiàn)象的實驗和設(shè)計方法，獲取物理規(guī)律的實驗和設(shè)計方法，物理實驗中心的實驗設(shè)備資源介紹，、高效率、低成本的實驗設(shè)計方法及案例，物理建模及數(shù)值仿真簡介等方面，而且定期開放物理實驗室。指導(dǎo)過程中，教師只提供引導(dǎo)和咨詢，提出策略及實施方案，為培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，實驗以學(xué)生為主，由學(xué)生負(fù)責(zé)制作和調(diào)試。在討論方案時，不輕易否定學(xué)生的設(shè)計，而是鼓勵學(xué)生散發(fā)的奇思妙想，讓學(xué)生放開想象，自主完成系統(tǒng)的設(shè)計。通過多樣化的輔導(dǎo)，給予學(xué)生關(guān)鍵性的幫助［4］。

經(jīng)過校內(nèi)初賽選拔后，由所有指導(dǎo)教師擔(dān)任評委，選出36名學(xué)生組成12個團(tuán)隊參加校內(nèi)決賽，再選出5名隊員、1名領(lǐng)隊，代表學(xué)校參加全國賽。

任何賽事學(xué)生都是主體，CUPT賽事也不例外，不論校內(nèi)賽還是參加全國賽，參賽學(xué)生都要認(rèn)真討論選題，反復(fù)查閱相關(guān)資料，翻看以往比賽視頻，制定實驗方案，創(chuàng)造條件完成實驗。在實驗過程中不斷完善實驗方案和取得實驗數(shù)據(jù)，依據(jù)理論，修正結(jié)果，力爭做到理論與實驗相符。競賽不同于一般的實驗，更不同于一次考試，它既是基礎(chǔ)知識和綜合能力的比拼，更是意志品質(zhì)的較量。因此，我們總是鼓勵參賽隊員認(rèn)真仔細(xì)、沉著應(yīng)對、絕不輕言放棄，把競賽當(dāng)作檢驗自己意志品質(zhì)的良好機(jī)會［5］。CUPT競賽題目來源于生活又高于生活，沒有任何一個題目領(lǐng)用實驗室的儀器，全靠學(xué)生自己根據(jù)實驗室現(xiàn)有資源或購買花費不高的耗材重新組合，大部分題目甚至需要學(xué)生自己動手制作儀器完成實驗，如：2011年的2題 Air drying（空氣干燥，題意是探究影響餐具干燥速率的參數(shù)）；第15題“Slow descent”（緩慢下降，題意是用80g的A4紙，設(shè)計并制作一個裝置，使其盡可能慢地從2.5m的垂直高處掉向地面，可以使用少量膠水，研究相關(guān)參數(shù)的影響）。又如2012年第2題Cutting the air（切割空氣，題意是當(dāng)自由端連接著小物塊的一段線，例如尼龍，繞著旋轉(zhuǎn)時，發(fā)出一種獨特的聲音，研究這種聲音的來源和相關(guān)參數(shù)）；第3題String of beads（串珠，題意是在燒杯邊緣上拉出足夠長的珠鏈后，將長串珠從燒杯釋放，由于重力的左右，珠串的速度增加了，在特定時刻，珠串不再碰到燒杯邊緣，研究并解釋這個現(xiàn)象）。2013年第7題Hearing light（可聽見的光，題意是薄層煙灰涂上一個罐子里面的一半，然后在蓋子上打個小孔，當(dāng)和交流電相連的燈泡發(fā)出的光照射在黑色壁上時，能夠聽到清晰的聲音，解釋和研究這個現(xiàn)象）；第10題 Water rise（水升，題目是在托盤中裝入水并將一根蠟燭垂直地放在托盤中間，點燃蠟燭，然后用透明的燒杯蓋住蠟燭，研究并進(jìn)一步解釋看到的現(xiàn)象）。這些題目不僅要求學(xué)生要有扎實的物理知識，還要善于觀察生活及動手制作器材的能力，在這個過程中，學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊合作精神、解決實際問題的實踐能力都能得到很大的鍛煉［6］。

4 培養(yǎng)合作意識，加強(qiáng)團(tuán)隊精神

CUPT競賽都是集體性活動，以小組為單位分工合作、共同完成。在賽事過程中，每個人都可以提出自己的意見和見解，而且還可以利用別人的見解來激發(fā)自己的靈感，這樣能夠填補(bǔ)知識的空隙，促進(jìn)大家共同學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步。團(tuán)隊精神是一個集體團(tuán)結(jié)的象征，是綜合實力的體現(xiàn)，是進(jìn)行重大科研項目攻關(guān)的基礎(chǔ)［7－8］。現(xiàn)代學(xué)科發(fā)展越來越顯現(xiàn)交叉、融合、綜合性特征，多人共同完成一項科研工作的方式比以往任何時候都多［9］。競賽題目靠一個人完成是很困難的，需要匯集團(tuán)隊每個人的力量，討論再討論，實驗再實驗，分工協(xié)作，如上面所說的題目，既要有人操作儀器，也要有人觀察現(xiàn)象拍照，還要有人記錄瞬間的一些實驗數(shù)據(jù)，團(tuán)隊中每個隊員理論知識側(cè)重不同，就需要隊員之間分工查閱學(xué)習(xí)，在集體討論中完成題目，在實踐過程中培養(yǎng)合作意識和團(tuán)隊精神［10］。

5 結(jié)束語

通過競賽，一部分較為優(yōu)秀的學(xué)生在群體中凸顯出來。這些學(xué)生學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，取得的效果明顯，尤其是在獲獎之后會產(chǎn)生強(qiáng)烈的示范作用和影響力。2011年我校代表隊隊員以優(yōu)異成績畢業(yè)并進(jìn)一步被有關(guān)名校錄取研究生深造，如：周榮樸，美國匹茲堡大學(xué)，直博，半獎；王佳琪，香港科技大學(xué)，直博，全獎；丁璐，南洋理工大學(xué)，直博，全獎；陳群治，保送北京大學(xué)研究生，直博等。參賽隊員潘月婷以競賽題目“淺談杯鼓實驗中空氣柱的選頻作用”的論文發(fā)表在《大學(xué)物理實驗》2012年第25卷第3期上；參賽隊員丁璐、周榮樸的“基于PASCO平臺的磁懸浮陀螺的實驗研究”的論文發(fā)表在《物理通報》2013年第4期等。學(xué)科競賽的示范性和導(dǎo)向效應(yīng)［11］，對學(xué)弟學(xué)妹產(chǎn)生廣泛影響，將會吸引更多的優(yōu)秀隊員參加物理學(xué)術(shù)競賽。

當(dāng)然，CUPT賽事還有很多不足，一是激勵機(jī)制不夠，不能充分調(diào)動學(xué)生的積極主動性，中途部分學(xué)生放棄；二是學(xué)校實驗室資源不能充分對學(xué)生開放，競賽題目不僅僅涉及物理方面，還有電子設(shè)計等方面，因此，就需要學(xué)院之間的協(xié)調(diào)。還需有雄厚的師資力量才能保證競賽取得好成績［12］。

我們堅持，依托競賽平臺，把日常教學(xué)、實踐環(huán)節(jié)、課程建設(shè)等與學(xué)科競賽進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，一定能逐步實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的目標(biāo)。

（

）

［1］張瑞成，陳至坤，王福斌.學(xué)科競賽內(nèi)容向大學(xué)生實踐教學(xué)轉(zhuǎn)化的探討［J］.實驗技術(shù)與管理，2010，27（7）：130－132.

［2］陳天虹，文獻(xiàn)民，葛龍威，等.依托學(xué)科競賽培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力［J］.浙江科技學(xué)院學(xué)報，2008，20（2）：136－138.

［3］張曉冬，李繼光，郝俊紅.以學(xué)科競賽促進(jìn)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的探索［J］.中國電力教育，2013（17）：116－117.

［4］張云洲，吳成東，崔建江，等.基于機(jī)器人競賽的大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)與實踐［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2007，29（1）：116－119.

［5］李正群，梁裕民，杜金會，等.以競賽為平臺 提高大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量［J］.物理與工程，2011，21（5）：56－58.

［6］柏連陽，蔣建初，盛正發(fā).基于學(xué)科競賽的新建本科院校技術(shù)創(chuàng)新人才培養(yǎng)探析［J］.中國高教研究，2010（8）：65－67.

［7］凌六一，黃友銳，曲立國，等.以智能車競賽為契機(jī)培養(yǎng)大學(xué)生實踐創(chuàng)新能力［J］.中國電力教育，2011（31）：48.

［8］尹仕，肖看.構(gòu)建大學(xué)生多學(xué)科競賽平臺培養(yǎng)新型拔尖人才［J］.實驗技術(shù)與管理，2009，26（5）：121－124.

［9］裴九芳，王海.以學(xué)科競賽提高學(xué)生實踐能力的研究［J］.中國電力教育，2013（14）：132－133.

［10］李金昌，林家蓮.實踐教學(xué)與學(xué)科競賽相結(jié)合＿促進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)［J］.實驗技術(shù)與管理，2011，28（11）：1－3.

［11］王曉勇，俞松坤.以學(xué)科競賽引領(lǐng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)［J］.中國大學(xué)教育，2007（12）：59－60.

［12］張清祥.探索實驗教學(xué)載體培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力［J］.實驗技術(shù)與管理，2012，29（2）：130－133.