依托物理学术竞赛平台探索培养学生的实践创新能力

2014-04-11李业凤

实验技术与管理 2014年5期

李业凤

（电子科技大学物理电子学院，四川成都 610054）

本科生的能力培养是目前本科教育的一个重要环节，尤其是以团队合作的形式对物理问题研究，以辩论的形式进行比赛，不仅可以锻炼学生的科研素质，还能培养学生的合作精神和交流表达能力。同时也是对国家理科基地能力培养项目的补充，尤其对拔尖人才培养计划的实施也大有裨益［1］。组织在校学生参加物理学术竞赛，对提高大学物理和物理实验课程的建设水平和教学质量是一项有效的重要工作。

1 全国大学生物理学术竞赛简介

全国大学生物理学术竞赛（China Undergraduate Physicists’Tournament，以下简称CPUT），旨在锻炼学生解决复杂科学问题的能力，并且能够针对这些问题给出令人信服的解决方案。

国际青年物理学家锦标赛（International Young Physicists’Tournament，IYPT），作为当前国际上最重要的青年学生物理团体对抗赛事，自1988年创始以来吸引了国际上近40个国家的优秀学生参与。赛事采取团队辩论方式进行，就解决给定开放性物理问题的基本知识、理论分析、实验方案、结果讨论等进行辩论，深具科学教育价值。该项赛事提倡知识学习与探索实践、物理学与日常生活、学术能力与人际交往能力、个人能力与团队合作等相结合。训练学生针对实际物理问题的合作解题、发表观点和辩论的能力。IYPT特别强调团队协作、开放思维，要求思维缜密、表达能力强。

在中国物理学会和天津市科协的支持下，南开大学派员作为观察员参加了在韩国举办的20届IYPT，并组织参加了在克罗地亚举办的21届和在中国举办22届IYPT竞赛。在2009年9月召开的物理学会秋季学术年会教学分会中讨论通过每年举行同类竞赛，竞赛的内容和形式同国际青年物理学家锦标赛。

2010年由南开大学承办，参加学校有南开大学、南京大学、同济大学、吉林大学等12所学校，我校有1名教师带1名学生前去观摩。2011年由南京大学承办，参加学校有清华大学、北京大学、南开大学、南京大学、复旦大学、电子科大等23所高校，我校首次组队参加并获得三等奖（总第13名）的成绩。2012年由北京师范大学承办，参加学校增加到35所高校，我校在与北京大学、南开大学公开辩论中获得一等奖（总第三名）。今年由兰州大学承办，我校期待再创佳绩。

2 做好竞赛组织工作，吸引优秀生参加

全国大学生物理学术竞赛按照学校初赛—学校决赛—参加全国赛的模式进行组织，大赛举办至今已组织了3届，赛事越来越受到师生的关注。

由于CUPT赛事是2010年才开展的竞赛，相对于其他赛事影响还是较小的，如机器人大赛。为了吸引更多的学生对CUPT赛事感兴趣，扩大学生的参与面，必须积极做好组织宣传工作［2］。我校在教务处和相关学院的支持下，成立了CUPT赛事指导组，建立QQ群，由大学物理和物理实验中心教师组成。利用学校教务处和学院网络平台发布信息，制作赛事海报在学生出入多的地方张贴，在学生活动中心室外大屏幕反复播放比赛录像，教师在课堂间隙对学生宣传动员。在报名初期，组织上届参赛学生做模拟辩论赛，让学生深入了解其赛事的精髓，效果显著，吸引英才学院、数理基科班、通信学院等学院的学生参加。2011年报名人数64人，2012年178人，2012年216人，规模和影响力日渐扩大。

3 采用多样化的指导方法，培养实践创新能力

在校内初赛期间，鼓励有兴趣的学生参加进来，每队3人，自行组队，根据当年的题目自行选题。团队首先要对题目理解透，设计实验方案，进行理论分析；其次有条件能做实验的要完成。并测量数据，分析影响实验结果的参数，无条件进行实验的要仿真，得到结论并分析。

在指导教师配备上，注重教师的知识结构、实践经验、综合素质和研究成果，尤其是对优秀年轻教师的培养，保证指导教师队伍结构的合理性［3］。指导教师分别负责1～2个题目，并与学生经常联系，对学生的问题及时回复，检查督促进度，给出下一步的方向性指导。根据赛事进度，安排2～3次集体答疑辅导，2次专题讲座。这些活动的主要内容是面向竞赛题目的物理实验方法与实验设计及实现方法和技巧分析，包括展现物理现象的实验和设计方法，获取物理规律的实验和设计方法，物理实验中心的实验设备资源介绍，、高效率、低成本的实验设计方法及案例，物理建模及数值仿真简介等方面，而且定期开放物理实验室。指导过程中，教师只提供引导和咨询，提出策略及实施方案，为培养学生解决问题的能力，实验以学生为主，由学生负责制作和调试。在讨论方案时，不轻易否定学生的设计，而是鼓励学生散发的奇思妙想，让学生放开想象，自主完成系统的设计。通过多样化的辅导，给予学生关键性的帮助［4］。

经过校内初赛选拔后，由所有指导教师担任评委，选出36名学生组成12个团队参加校内决赛，再选出5名队员、1名领队，代表学校参加全国赛。

任何赛事学生都是主体，CUPT赛事也不例外，不论校内赛还是参加全国赛，参赛学生都要认真讨论选题，反复查阅相关资料，翻看以往比赛视频，制定实验方案，创造条件完成实验。在实验过程中不断完善实验方案和取得实验数据，依据理论，修正结果，力争做到理论与实验相符。竞赛不同于一般的实验，更不同于一次考试，它既是基础知识和综合能力的比拼，更是意志品质的较量。因此，我们总是鼓励参赛队员认真仔细、沉着应对、绝不轻言放弃，把竞赛当作检验自己意志品质的良好机会［5］。CUPT竞赛题目来源于生活又高于生活，没有任何一个题目领用实验室的仪器，全靠学生自己根据实验室现有资源或购买花费不高的耗材重新组合，大部分题目甚至需要学生自己动手制作仪器完成实验，如：2011年的2题 Air drying（空气干燥，题意是探究影响餐具干燥速率的参数）；第15题“Slow descent”（缓慢下降，题意是用80g的A4纸，设计并制作一个装置，使其尽可能慢地从2.5m的垂直高处掉向地面，可以使用少量胶水，研究相关参数的影响）。又如2012年第2题Cutting the air（切割空气，题意是当自由端连接着小物块的一段线，例如尼龙，绕着旋转时，发出一种独特的声音，研究这种声音的来源和相关参数）；第3题String of beads（串珠，题意是在烧杯边缘上拉出足够长的珠链后，将长串珠从烧杯释放，由于重力的左右，珠串的速度增加了，在特定时刻，珠串不再碰到烧杯边缘，研究并解释这个现象）。2013年第7题Hearing light（可听见的光，题意是薄层烟灰涂上一个罐子里面的一半，然后在盖子上打个小孔，当和交流电相连的灯泡发出的光照射在黑色壁上时，能够听到清晰的声音，解释和研究这个现象）；第10题 Water rise（水升，题目是在托盘中装入水并将一根蜡烛垂直地放在托盘中间，点燃蜡烛，然后用透明的烧杯盖住蜡烛，研究并进一步解释看到的现象）。这些题目不仅要求学生要有扎实的物理知识，还要善于观察生活及动手制作器材的能力，在这个过程中，学生的创新思维、创新能力、团队合作精神、解决实际问题的实践能力都能得到很大的锻炼［6］。

4 培养合作意识，加强团队精神

CUPT竞赛都是集体性活动，以小组为单位分工合作、共同完成。在赛事过程中，每个人都可以提出自己的意见和见解，而且还可以利用别人的见解来激发自己的灵感，这样能够填补知识的空隙，促进大家共同学习、共同进步。团队精神是一个集体团结的象征，是综合实力的体现，是进行重大科研项目攻关的基础［7－8］。现代学科发展越来越显现交叉、融合、综合性特征，多人共同完成一项科研工作的方式比以往任何时候都多［9］。竞赛题目靠一个人完成是很困难的，需要汇集团队每个人的力量，讨论再讨论，实验再实验，分工协作，如上面所说的题目，既要有人操作仪器，也要有人观察现象拍照，还要有人记录瞬间的一些实验数据，团队中每个队员理论知识侧重不同，就需要队员之间分工查阅学习，在集体讨论中完成题目，在实践过程中培养合作意识和团队精神［10］。

5 结束语

通过竞赛，一部分较为优秀的学生在群体中凸显出来。这些学生学习能力强，取得的效果明显，尤其是在获奖之后会产生强烈的示范作用和影响力。2011年我校代表队队员以优异成绩毕业并进一步被有关名校录取研究生深造，如：周荣朴，美国匹兹堡大学，直博，半奖；王佳琪，香港科技大学，直博，全奖；丁璐，南洋理工大学，直博，全奖；陈群治，保送北京大学研究生，直博等。参赛队员潘月婷以竞赛题目“浅谈杯鼓实验中空气柱的选频作用”的论文发表在《大学物理实验》2012年第25卷第3期上；参赛队员丁璐、周荣朴的“基于PASCO平台的磁悬浮陀螺的实验研究”的论文发表在《物理通报》2013年第4期等。学科竞赛的示范性和导向效应［11］，对学弟学妹产生广泛影响，将会吸引更多的优秀队员参加物理学术竞赛。

当然，CUPT赛事还有很多不足，一是激励机制不够，不能充分调动学生的积极主动性，中途部分学生放弃；二是学校实验室资源不能充分对学生开放，竞赛题目不仅仅涉及物理方面，还有电子设计等方面，因此，就需要学院之间的协调。还需有雄厚的师资力量才能保证竞赛取得好成绩［12］。

我们坚持，依托竞赛平台，把日常教学、实践环节、课程建设等与学科竞赛进行有机结合，一定能逐步实现培养学生实践创新能力的目标。

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［1］张瑞成，陈至坤，王福斌.学科竞赛内容向大学生实践教学转化的探讨［J］.实验技术与管理，2010，27（7）：130－132.

［2］陈天虹，文献民，葛龙威，等.依托学科竞赛培养学生的实践创新能力［J］.浙江科技学院学报，2008，20（2）：136－138.

［3］张晓冬，李继光，郝俊红.以学科竞赛促进学生实践创新能力的探索［J］.中国电力教育，2013（17）：116－117.

［4］张云洲，吴成东，崔建江，等.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养与实践［J］.电气电子教学学报，2007，29（1）：116－119.

［5］李正群，梁裕民，杜金会，等.以竞赛为平台提高大学物理教学质量［J］.物理与工程，2011，21（5）：56－58.

［6］柏连阳，蒋建初，盛正发.基于学科竞赛的新建本科院校技术创新人才培养探析［J］.中国高教研究，2010（8）：65－67.

［7］凌六一，黄友锐，曲立国，等.以智能车竞赛为契机培养大学生实践创新能力［J］.中国电力教育，2011（31）：48.

［8］尹仕，肖看.构建大学生多学科竞赛平台培养新型拔尖人才［J］.实验技术与管理，2009，26（5）：121－124.