依托物理學術競賽平臺探索培養學生的實踐創新能力

李業鳳

（電子科技大學 物理電子學院，四川 成都 610054）

本科生的能力培養是目前本科教育的一個重要環節，尤其是以團隊合作的形式對物理問題研究，以辯論的形式進行比賽，不僅可以鍛煉學生的科研素質，還能培養學生的合作精神和交流表達能力。同時也是對國家理科基地能力培養項目的補充，尤其對拔尖人才培養計劃的實施也大有裨益［1］。組織在校學生參加物理學術競賽，對提高大學物理和物理實驗課程的建設水平和教學質量是一項有效的重要工作。

1 全國大學生物理學術競賽簡介

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

國際青年物理學家錦標賽（International Young Physicists’Tournament，IYPT），作為當前國際上最重要的青年學生物理團體對抗賽事，自1988年創始以來吸引了國際上近40個國家的優秀學生參與。賽事采取團隊辯論方式進行，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、結果討論等進行辯論，深具科學教育價值。該項賽事提倡知識學習與探索實踐、物理學與日常生活、學術能力與人際交往能力、個人能力與團隊合作等相結合。訓練學生針對實際物理問題的合作解題、發表觀點和辯論的能力。IYPT特別強調團隊協作、開放思維，要求思維縝密、表達能力強。

在中國物理學會和天津市科協的支持下，南開大學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月召開的物理學會秋季學術年會教學分會中討論通過每年舉行同類競賽，競賽的內容和形式同國際青年物理學家錦標賽。

2010年由南開大學承辦，參加學校有南開大學、南京大學、同濟大學、吉林大學等12所學校，我校有1名教師帶1名學生前去觀摩。2011年由南京大學承辦，參加學校有清華大學、北京大學、南開大學、南京大學、復旦大學、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年由北京師范大學承辦，參加學校增加到35所高校，我校在與北京大學、南開大學公開辯論中獲得一等獎（總第三名）。今年由蘭州大學承辦，我校期待再創佳績。

2 做好競賽組織工作，吸引優秀生參加

全國大學生物理學術競賽按照學校初賽—學校決賽—參加全國賽的模式進行組織，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，如機器人大賽。為了吸引更多的學生對CUPT賽事感興趣，擴大學生的參與面，必須積極做好組織宣傳工作［2］。我校在教務處和相關學院的支持下，成立了CUPT賽事指導組，建立QQ群，由大學物理和物理實驗中心教師組成。利用學校教務處和學院網絡平臺發布信息，制作賽事海報在學生出入多的地方張貼，在學生活動中心室外大屏幕反復播放比賽錄像，教師在課堂間隙對學生宣傳動員。在報名初期，組織上屆參賽學生做模擬辯論賽，讓學生深入了解其賽事的精髓，效果顯著，吸引英才學院、數理基科班、通信學院等學院的學生參加。2011年報名人數64人，2012年178人，2012年216人，規模和影響力日漸擴大。

3 采用多樣化的指導方法，培養實踐創新能力

在校內初賽期間，鼓勵有興趣的學生參加進來，每隊3人，自行組隊，根據當年的題目自行選題。團隊首先要對題目理解透，設計實驗方案，進行理論分析；其次有條件能做實驗的要完成。并測量數據，分析影響實驗結果的參數，無條件進行實驗的要仿真，得到結論并分析。

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

經過校內初賽選拔后，由所有指導教師擔任評委，選出36名學生組成12個團隊參加校內決賽，再選出5名隊員、1名領隊，代表學校參加全國賽。

任何賽事學生都是主體，CUPT賽事也不例外，不論校內賽還是參加全國賽，參賽學生都要認真討論選題，反復查閱相關資料，翻看以往比賽視頻，制定實驗方案，創造條件完成實驗。在實驗過程中不斷完善實驗方案和取得實驗數據，依據理論，修正結果，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，它既是基礎知識和綜合能力的比拼，更是意志品質的較量。因此，我們總是鼓勵參賽隊員認真仔細、沉著應對、絕不輕言放棄，把競賽當作檢驗自己意志品質的良好機會［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用實驗室的儀器，全靠學生自己根據實驗室現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）；第15題“Slow descent”（緩慢下降，題意是用80g的A4紙，設計并制作一個裝置，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，研究相關參數的影響）。又如2012年第2題Cutting the air（切割空氣，題意是當自由端連接著小物塊的一段線，例如尼龍，繞著旋轉時，發出一種獨特的聲音，研究這種聲音的來源和相關參數）；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，當和交流電相連的燈泡發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，研究并進一步解釋看到的現象）。這些題目不僅要求學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，學生的創新思維、創新能力、團隊合作精神、解決實際問題的實踐能力都能得到很大的鍛煉［6］。

4 培養合作意識，加強團隊精神

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自己的靈感，這樣能夠填補知識的空隙，促進大家共同學習、共同進步。團隊精神是一個集體團結的象征，是綜合實力的體現，是進行重大科研項目攻關的基礎［7－8］。現代學科發展越來越顯現交叉、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，需要匯集團隊每個人的力量，討論再討論，實驗再實驗，分工協作，如上面所說的題目，既要有人操作儀器，也要有人觀察現象拍照，還要有人記錄瞬間的一些實驗數據，團隊中每個隊員理論知識側重不同，就需要隊員之間分工查閱學習，在集體討論中完成題目，在實踐過程中培養合作意識和團隊精神［10］。

5 結束語

通過競賽，一部分較為優秀的學生在群體中凸顯出來。這些學生學習能力強，取得的效果明顯，尤其是在獲獎之后會產生強烈的示范作用和影響力。2011年我校代表隊隊員以優異成績畢業并進一步被有關名校錄取研究生深造，如：周榮樸，美國匹茲堡大學，直博，半獎；王佳琪，香港科技大學，直博，全獎；丁璐，南洋理工大學，直博，全獎；陳群治，保送北京大學研究生，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”的論文發表在《大學物理實驗》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”的論文發表在《物理通報》2013年第4期等。學科競賽的示范性和導向效應［11］，對學弟學妹產生廣泛影響，將會吸引更多的優秀隊員參加物理學術競賽。

當然，CUPT賽事還有很多不足，一是激勵機制不夠，不能充分調動學生的積極主動性，中途部分學生放棄；二是學校實驗室資源不能充分對學生開放，競賽題目不僅僅涉及物理方面，還有電子設計等方面，因此，就需要學院之間的協調。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、實踐環節、課程建設等與學科競賽進行有機結合，一定能逐步實現培養學生實踐創新能力的目標。

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［1］張瑞成，陳至坤，王福斌.學科競賽內容向大學生實踐教學轉化的探討［J］.實驗技術與管理，2010，27（7）：130－132.

［2］陳天虹，文獻民，葛龍威，等.依托學科競賽培養學生的實踐創新能力［J］.浙江科技學院學報，2008，20（2）：136－138.

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

［4］張云洲，吳成東，崔建江，等.基于機器人競賽的大學生創新素質培養與實踐［J］.電氣電子教學學報，2007，29（1）：116－119.

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

［6］柏連陽，蔣建初，盛正發.基于學科競賽的新建本科院校技術創新人才培養探析［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培養大學生實踐創新能力［J］.中國電力教育，2011（31）：48.

［8］尹仕，肖看.構建大學生多學科競賽平臺培養新型拔尖人才［J］.實驗技術與管理，2009，26（5）：121－124.

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

［10］李金昌，林家蓮.實踐教學與學科競賽相結合＿促進創新人才培養［J］.實驗技術與管理，2011，28（11）：1－3.

［11］王曉勇，俞松坤.以學科競賽引領創新人才培養［J］.中國大學教育，2007（12）：59－60.

［12］張清祥.探索實驗教學載體培養學生實踐創新能力［J］.實驗技術與管理，2012，29（2）：130－133.