依托物理學術競賽平臺 探索培養學生創新能力的途徑*

沈曉芳 周戰榮 高 旸 張國清

（火箭軍工程大學基礎部 陜西 西安 710025）

中國大學生物理學術競賽（CUPT）是中國借鑒國際青年物理學家錦標賽（International Young Physicists′Tournamen t，簡稱IYPT）的模式創辦的全國賽事，該活動得到了教育部的大力支持，并被列入中國物理學會物理教學指導委員會的工作計劃，是實踐國家創新驅動發展戰略綱要和國家教育中長期發展規劃綱要的重要大學生創新競賽活動之一.該賽事旨在提高學生綜合運用所學知識分析解決實際物理問題的能力，培養學生的開放性思維能力和創新能力.參賽學生就實際物理問題的基本知識、理論分析、實驗研究、結果討論等進行辯論性比賽.這種模式不僅可以提高學生的科學素養，鍛煉學生分析問題、解決問題的能力，還能培養學生的創新意識、團隊合作精神、交流表達能力，使學生的知識、能力和素質得到全面協調發展.該賽事的宗旨和新大綱要求的物理理論要與實驗、實踐相結合的理念相一致.因此，我校2020年和2021年連續參加了兩屆比賽，并取得了令人滿意的成績，參賽學生在理論學習、動手能力、團隊協作和交流表達方面得到了充分鍛煉，增強了自信心，為后續學習打下了良好基礎，該競賽在我校的影響力也越來越大.

1 我校的CUPT競賽組織形式

1.1 競賽流程安排

（1）競賽宣講，個人報名

當年賽題出來后，9月份在校園網上發出通知，組織校內宣講，對象主要是大二、大三的學生，采取的方式是邀請拿過國賽一等獎學校的指導老師和學生參加，講競賽規則、實驗過程、答辯技巧、注意事項以及參加競賽對學生的提升作用，同時還會請參加過競賽的優秀學生演示一遍競賽流程，介紹一下參加競賽的心得體會，鼓勵學生積極參加該競賽.最后組織學生現場報名或通過校園網報名.

（2）提交申報書

參賽選手自行選題，根據所選題目的預研結果，按照規定格式撰寫參賽申報書，內容包括對題目的理解、理論分析、實驗設計方案、實驗儀器、誤差分析和結論等，盡量詳細.在規定時間內將電子版申報書通過校園網發送給負責老師.

（3）校內初賽

初賽采用匯報答辯方式，參賽選手就選題進行PPT主題報告，時間控制在6 min，隨后評委老師提問，時間4 min.初賽后3日內公布復賽名單.

（4）校內復賽和決賽

復賽選手自由組隊，按照CUPT規則進行校內復賽和決賽，決賽優秀選手組建參加西北賽區的代表隊.

1.2 競賽場地 儀器和指導教師安排

（1）場地安排，依托物理創新實驗中心、物理演示實驗大廳和大學物理專用教室演示儀器開展CUPT相關實驗，從有限的實驗教學教室中擠出兩間30 m2專用實驗室，對學生全天開放.

（2）儀器安排，除一些常用儀器儀表外，還申請經費購買了高速攝像儀、熱像儀、阿貝折射儀等.對學生實驗必需的實驗耗材提供資金支持；對不能在競賽實驗室完成的實驗，指導教師聯系專門實驗室進行實驗.

（3）指導教師安排，團隊由老、中、青教師組成.年輕教師主要負責競賽的組織，其他教師負責理論、方法的指導和校賽的裁判工作.

2 成效與收獲

2.1 CUPT對學生能力培養的作用

（1）提高學生的科學素養

CUPT賽題具有3個鮮明特征：實際性；研究性；開放性［1］.

17道賽題均來源于日常生活、生產與工程技術中客觀存在且未被加工或被加工的成份較少的實際問題，并具有開放性，這給了學生充分的思考和創新空間，同時也使其有機會真正地體會“研究”的過程，可以說是培養高層次人才的良好選擇.學生選好賽題后，通過對題目的分析、研究，針對相關知識上的缺陷和漏洞，主動查閱相關的書籍、文獻，為更深入的研究儲備知識.在研究中，學生要充分調動開放性思維，反復修改理論模型，進行數值計算與模擬，深入探討各參變量的影響；然后精心設計實驗方案，搭建實驗平臺，控制實驗參量，測量并分析實驗數據；最后得出結論并進行相關討論.每一道賽題都需要學生把所學的知識從感性認識上升到理性認識；從模仿思維過渡到獨立思維，相當于進行一次小型的系統科學研究訓練.因此，該競賽能夠培養學生查閱文獻與自主學習能力、建立物理與數學模型的能力、應用數值計算與仿真工具軟件的能力、采集與處理實驗數據的能力、邏輯推理能力與創新意識等科研能力.參加競賽后的本科生具備了一定科研能力，在賽題基礎上繼續深入研究，成功申請了大學生創新項目并發表相關論文.還有的學生把賽題作為畢業設計研究內容，比如把2020年第16道賽題鎳鈦合金發動機作為研究內容，進行鎳鈦合金發動機的機理研究，研究內容為：1）研究鎳鈦合金發動機的物理機理；2）研究影響鎳鈦合金發動機性能的因素；3）研究提高鎳鈦合金發動機效率的方法與途徑，研究成果收到評委的一致好評.

（2）培養學生的團隊合作能力和交流表達能力

大學生物理學術競賽作為一項學術團體賽，采用團隊合作研究、現場辯論的競賽模式，這不僅需要選手具有扎實的物理理論功底和實驗技能，同時也對選手的團隊合作精神、交流溝通能力與現場反應提出了較高的要求［2］.為完成賽題的研究內容，競賽小組各成員需要分工合作，這可以使學生認識如何組織團隊，如何在團隊中進行定位，發揮自身作用.學生的社會活動能力也得到了鍛煉，包括解決實際問題的能力、尋求幫助的能力、交流能力、學術報告的能力等.同時，通過差不多一年的合作交流，同學們也收獲了友誼［3］.

（3）為學生提供增長見識的窗口

通過參加競賽，學生能親自體會物理問題的研究過程，親耳聆聽物理大師的報告，賽場上與各高校的師生展開交流、辯論，這些不管對指導教師還是對學生來說都是一種最高的“科學滋養”，是難得的錘煉、檢驗自我的機會，CUPT競賽恰恰提供了這樣的窗口和機會.

2.2 CUPT對教師能力培養的作用

大學物理學術競賽的舉辦，有助于提高教師的教學熱情，促進教師對大學物理教學形式、教學內容與教學方法的研究，對大學物理教學內容與物理競賽如何接軌的研究，以及對物理競賽的意義與影響的研究，并把這些反思與研究用于物理教學過程中，有意識地改進教學，這樣既提升了自身素質，又促進了高層次創新人才的培養，達到教學相長，提高教學效果.通過參加大學生物理學術競賽，學生開闊了視野，在一個更加廣闊的空間內發現了自己的優勢與不足，培養了綜合素質，增強了學習物理的動力，提高了學習效果.尤其是通過一年的努力拿到CUPT競賽獎杯后，不僅能極大地促進學生學習物理的興趣，也很好地提升了學生的自信心，使學生的知識、能力和素質得到全面協調的發展.