以物理实验竞赛培养大学生创新能力的研究

关寿华 张 萍 刘德弟 徐会静 吴云峰

大连民族大学物理与材料工程学院 辽宁大连 116600

目前,国际化竞争日益加剧,重点在于科技创新能力的竞争,而重中之重在于高科技人才的培养与争夺。在这种新形势下,教育部等六部门提出了促进学科交叉、培养创新人才的目标要求。学科竞赛是培养学生多学科综合运用能力和创新能力的重要教学手段[1],而大学物理实验竞赛在其中具有突出的优势。许多高校都对通过物理实验竞赛培养大学生创新能力进行了广泛的实践和研究[2-3]。

自2012年辽宁省大学生物理实验竞赛举办以来,大连民族大学高度重视,将该赛事作为大学物理实验课的拓展,以进一步培养学生的创新能力和科学实践能力。由于地方民族高校的特点和我校学生的实际情况,备赛过程中教师的教学指导非常重要。本文通过总结并分析我校学生在物理实验竞赛中的备赛行为和教师指导活动,结合培养科技创新人才的需要,形成具有指导意义的竞教行为模式,为参赛学生和指导教师提供一定的参考。

1 强调合理组队,促进学科交叉,培养团队协作意识

辽宁省大学生物理实验竞赛采取开放的竞赛模式,要求设计制作出物理实验装置,研究某一种物理现象或解决与之相关的某一实际问题。参赛团队既需要掌握相关物理知识,也需要掌握电子、自动化等其他学科知识,同时还要具备仪器制作、数据分析等方面的能力,才能在参赛期间做出优异的学术成果。在报名宣讲时,教师要强调合理组队,队员不要局限于物理专业,要积极吸收电工电子等其他专业学生,不仅是为了取得好成绩,而且有助于在备赛过程中互相学习,立足本专业、向其他学科知识渗透,成为一专多能的复合型人才。

参赛队员要有团队协作意识,既要合理分工,又要通力合作,从而充分发挥出团队整体的智慧和能力。合理的组队和团结的氛围,能有力地促进学生成长为具有多学科知识综合运用能力和团队协作意识的创新型人才,有助于创作出优秀的学术作品,获得优异的竞赛成绩。2018年一个物理专业学生经过教师指导,根据合理组队原则认真选择队员,其中引入了一名自动化专业学生,组成竞赛团队,做出了比较优秀的竞赛作品“三维磁场扫描仪”,最终获得了省赛一等奖,而且队员的多学科知识综合应用能力都有了不小的进步。

2 树立创新精神,讲授创新方法,培养创新能力

大学生初次参加物理实验竞赛,总体来说缺少创新精神和创新方法。教师在竞赛团队组成后,首先就要强调,在充分调研目前发展成果的基础上,设计竞赛方案时要着眼于实际应用积极求新求变,要有强烈的创新精神,也要有创新的信心。其次,教师要讲授一些基本的创新思维方法,例如组合创新、交叉创新、移植创新以及模仿创新等,并讲解一些经典的创新创业案例,激起学生强烈的进行科技创新的兴趣和动力。在长达半年多的备赛过程中,教师不断推动学生强化创新精神、实践创新设计,最终学生将潜移默化地培养出创新能力。

3 树立严谨的科学精神、客观的科学态度,增强自主内驱力

在备赛过程中,教师要引导学生树立严谨的科学精神、客观的科学态度,研究行为要环环相扣,逐环进行缜密科学逻辑推演,从而减少错误与疏漏。教师要指导学生掌握反思迭代的意识和方法,通过反思复核每个环节,并进行迭代,达到保证准确的目的。

学生在备赛过程中,难免遇到知识、技术等方面的困难,随着兴趣、信心的流失,将导致研究停顿,甚至退赛。教师在备赛前要强调,任何成绩都是要长期努力、克服困难才能取得;备赛过程中,要引导学生发现自身价值不断提高,从而增长兴趣和信心,增强自主内驱力,推动解决困难、完成课题研究。遇到难题,如果自己努力钻研也解决不了,可以同组讨论,最后可以向教师或者其他专家请教,只要方法得当、坚持不懈,终究会柳暗花明。

4 建立科学的课题研究主体行为流程

参赛之前,大多数学生没有做过课题研究活动,缺少科学的系统的研究方法,工作绩效不高,因此教师的及时指导和适度干预非常重要。通过总结和分析学生备赛行为与教师指导活动,并参考相关研究成果[4-5],研究和归纳出比较合理的竞教行为流程,特点是规范了教师的指导活动,强化了学生备赛行为流程的科学性、系统性和严密性。

备赛行为流程如下图所示,各环节密切连接,承上启下,某个环节缺失或者先后颠倒,将会导致后面工作的无序、失误或低效。在每个重要节点,教师要与学生讨论交流,分析上一阶段的工作是否合理,讲解下一阶段的研究方法,讨论后面环节的工作计划。教师要注意控制指导的次数和深度,保障学生独立研究的主体地位。

大学物理实验竞赛竞教行为流程图

报名时,教师要强调合理组队原则。组队后,教师要进行培训,一是要求队员有团队协作意识,有分工、讲合作,强调交流讨论和共同决定;二是要求队员互相学习各自所长,力争成长为掌握多学科知识的复合型人才;三是讲授基本的创新方法,推动学生在备赛过程中积极创新设计和实践,培养创新能力;四是指导学生树立严谨的科学精神、客观的科学态度,阐述反思迭代方法,并指导学生要增强自主内驱力。

教师要强调,不能仅凭兴趣选题,或者单纯依赖教师选题,要在研究内容具有先进性和安全性的基础上,综合考虑团队的兴趣爱好、知识结构与技能水平来选择。对竞赛题目初步讨论后,队员各自查找资料研究,然后集体讨论决定初选题目,再与教师交流后确定竞赛题目,既要符合学生的兴趣爱好,又要保证具有较高的可行性。

建模是备赛过程的关键环节,模型是否客观将直接决定竞赛成败,教师要提醒学生重视建模。在可行性分析时,研究目标的难易程度要适当,以团队整体的知识和能力能够实现为宜,可以适当留下提高空间,同时要考虑到课题组拥有的仪器设备、资金等实验条件。学生在选题、建模到可行性分析之间,一定要反思迭代,确保研究内容的科学性、准确性和可行性,提高后序工作的绩效。

设计制作之前,教师要强调,在掌握目前已有研究成果的基础上,要积极运用各种创新方法,面向应用进行创新设计。数据分析后,要从设计制作开始反思迭代,确保无误后再向教师汇报。教师认真审核并提出意见和建议,以决定下一步的工作。在结论中,要突出研究成果的创新点与实用价值。

5 鼓励政策与支持措施

每年辽宁省大学物理实验竞赛举办日程公告后,我校物理实验中心都以同样竞赛要求预先举办校级竞赛,并设置更多的奖项,优秀项目将被选拔参加省赛。省赛和校赛两级赛事都要在校内广泛宣传,以增强参赛学生的荣誉感,提高学生的参赛积极性。

实验中心专门设置了学生实践工作室,配置各种工具和元器件等,展出部分以前竞赛作品,营造出良好的科技创新气氛。在不影响教学的前提下,所有实验室和仪器学生都可以学习和使用,已经淘汰的仪器还可以拆解研究,甚至改造加工。通过这些措施,将实验中心打造成可以自主实践的创新平台,参赛学生可以随时到实验室,将创新设计逐渐变成现实。

所有参赛团队都配备一名指导教师,他们都拥有精深的专业知识和丰富的实践经验,能够及时发现并解决实际问题。指导教师的主要职责有培训、答疑、关键节点的审核与指导,以及鼓舞学生士气与信心。但教师的干预不能影响学生的主体地位,因为这是学生通过课题研究活动拓宽知识、锻炼能力的关键。

结语

大学物理实验竞赛是高等学校培养新时代科技创新人才的有效措施之一,分析大学生竞赛准备行为和相应的教师指导活动具有积极意义。研究表明,在不影响学生主体地位的前提下,教师的适度指导和干预,能有效地促进学生在竞赛课题研究过程中成长为科技创新人才。高等学校应该重视大学物理实验竞赛,在资金和创新实践平台等方面加大建设,为大学生科技创新实践提供更多的支持。