大學(xué)物理學(xué)科競賽的課程化探索

馮娟娟 郭黨委 王心華

摘 要 為提高本科生的自主創(chuàng)新性，促進(jìn)拔尖人才創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)，激發(fā)本科生做科研的興趣，本文從目前學(xué)科競賽和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題出發(fā)，調(diào)研和分析了目前國內(nèi)雙一流高校物理類學(xué)科競賽與本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合蘭州大學(xué)物理與科學(xué)技術(shù)學(xué)院相關(guān)實(shí)踐課程、物理學(xué)科競賽的開展情況及問卷結(jié)果，提出了“學(xué)科競賽課程化”的教學(xué)方案。從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、考核方式、學(xué)分政策、師資及教學(xué)條件等方面作總結(jié)闡述。以物理學(xué)科競賽為引導(dǎo)，以真實(shí)的賽題為研究對(duì)象，該教學(xué)方案的實(shí)施將有利于本科生科研能力的培養(yǎng)，同時(shí)也將促進(jìn)物理學(xué)科競賽成績的提高。

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理;學(xué)科競賽;課程化

國家正在大力推進(jìn)“世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)”，基礎(chǔ)學(xué)科拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是一流大學(xué)建設(shè)的中心工作。大學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)大學(xué)生的動(dòng)手能力，創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力方面有著重要作用。學(xué)科競賽則是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、促進(jìn)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的有效載體[1-4]。以蘭州大學(xué)為例，物理類專業(yè)學(xué)生目前參與的學(xué)科競賽項(xiàng)目有很多，如“全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽”，“中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽（China UndergraduatePhysics Tournament，CUPT）”“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”“中國互聯(lián)網(wǎng)+”等。這些競賽不僅培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手，分析解決問題的能力，培養(yǎng)了其科學(xué)研究的基本素養(yǎng)，同時(shí)也為其理論課的學(xué)習(xí)提供了有力的幫助[4]。在這些學(xué)科競賽中，學(xué)生的學(xué)習(xí)模式由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，教學(xué)模式也需要做出相應(yīng)的調(diào)整。

通過調(diào)研國內(nèi)雙一流大學(xué)關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)科競賽結(jié)合的開展情況，分析了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)科競賽的關(guān)系。在很多高校的經(jīng)驗(yàn)中：在實(shí)踐教學(xué)和競賽的指導(dǎo)過程中，都需要以“學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展為中心”進(jìn)行相應(yīng)地教學(xué)改革[5]。在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與競賽指導(dǎo)相互融合相互促進(jìn)，能取得更好的實(shí)踐教學(xué)效果[6-7]。這樣做一方面能讓所有選課學(xué)生經(jīng)歷較完整的科研訓(xùn)練過程，這個(gè)過程在本科階段對(duì)于相關(guān)專業(yè)的學(xué)生而言是非常寶貴的;另一方面期望學(xué)生在學(xué)科競賽中取得較好成績[8]。很多學(xué)校的教學(xué)模式中，都將競賽內(nèi)容與課程進(jìn)行了結(jié)合[9-11]，如電子科技大學(xué)，西安交通大學(xué)等。開設(shè)面向全校學(xué)生的選修課和部分專業(yè)的必修課，定時(shí)定期對(duì)參與的學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo)。或者將競賽題目引入相關(guān)的實(shí)踐課程，例如將CUPT 題目引入科研訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)物理課程中，學(xué)生自選題目作為作業(yè)[11]。或者將創(chuàng)新拓展性實(shí)驗(yàn)作為《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》的部分教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生以3～5人組隊(duì)的方式自由選擇題目，進(jìn)行科學(xué)研究[12]。

結(jié)合本校的實(shí)際情況，提出了“學(xué)科競賽課程化”的本科生實(shí)踐教學(xué)方案，以目前主要參與的學(xué)科競賽（如全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽，中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽等）為目標(biāo)，開設(shè)相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)課程，使物理學(xué)科競賽課程化，從而推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)科競賽的有機(jī)融合，提高物理相關(guān)專業(yè)本科生的實(shí)踐技能，促進(jìn)拔尖人才創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

1 以科研訓(xùn)練為目的的實(shí)踐課程的開展現(xiàn)狀

蘭州大學(xué)物理類專業(yè)本科生以科研訓(xùn)練為目的的實(shí)踐學(xué)分目前可以通過參與學(xué)科競賽，發(fā)表學(xué)術(shù)論文，參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，選修《科研與實(shí)踐Ⅰ》《科研與實(shí)踐Ⅱ》和《科研與實(shí)踐Ⅲ》課程（這三門課程分別在大二上半學(xué)期，大二下半學(xué)期和大三上半學(xué)期開設(shè)）等方式獲得。我們對(duì)于課程及學(xué)分相關(guān)的問卷結(jié)果顯示于圖1。

“學(xué)科競賽課程化”符合本校學(xué)生的實(shí)際情況。物理類專業(yè)本科生可以通過多種方式獲得實(shí)踐學(xué)分，但是學(xué)生從有序組織的課堂上的收獲更多。對(duì)于大三下學(xué)期（簡稱大三下）已經(jīng)基本完成相關(guān)學(xué)分的學(xué)生的問卷結(jié)果，79.17%的學(xué)生是通過課程《科研與實(shí)踐Ⅱ》《科研實(shí)踐Ⅲ》獲得相應(yīng)的實(shí)踐學(xué)分，62.5%的同學(xué)希望通過相關(guān)課程來獲得學(xué)分。而對(duì)于大二下學(xué)期（簡稱，大二下）的學(xué)生來說，這部分學(xué)生只有部分同學(xué)已經(jīng)完成相關(guān)課程，獲得了學(xué)分，大部分同學(xué)還沒有完成。問卷結(jié)果表明：已完成中占比最多的16.95%的學(xué)生，是通過課程得到的學(xué)分，而且57.63%的同學(xué)希望通過課程來獲得學(xué)分。從學(xué)生的反饋結(jié)果來看，相關(guān)實(shí)踐課程的開設(shè)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)非常有必要。

已完成相關(guān)實(shí)踐學(xué)分的大三下的學(xué)生中，70.83%的同學(xué)覺得從課程中得到的收獲最大。大二的少部分同學(xué)完成相關(guān)學(xué)分的同學(xué)中，認(rèn)為從相關(guān)課程中收獲最大的學(xué)生的比例，也是最高的52.54%。

對(duì)于目前的學(xué)科競賽，學(xué)生主要利用暑期學(xué)校和平時(shí)課余時(shí)間來完成，沒有相關(guān)的課程。

2 目前學(xué)科競賽開展的現(xiàn)狀

（1） 學(xué)科競賽主要吸納部分優(yōu)秀學(xué)生參與，受益面有限。如果將學(xué)科競賽課程化，將吸納更多的學(xué)生參與相關(guān)的課程，參與相關(guān)的實(shí)驗(yàn)競賽，這不僅使更多的學(xué)生經(jīng)歷較完整的科研訓(xùn)練過程，培養(yǎng)其實(shí)踐創(chuàng)新能力，也有利于好作品的選拔，促使他們更好地完成自己的項(xiàng)目。

（2） 目前的學(xué)科競賽選拔及訓(xùn)練模式下，效率較低。在選定比賽題目或者項(xiàng)目立項(xiàng)之后，部分學(xué)生在項(xiàng)目執(zhí)行期間，如果工作態(tài)度不是很積極，將會(huì)出現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)展緩慢，研究內(nèi)容不能順利進(jìn)行的情況。如果學(xué)生不主動(dòng)找老師，指導(dǎo)教師可能無法及時(shí)了解項(xiàng)目的進(jìn)展情況，不能提供有效的指導(dǎo)。這樣對(duì)項(xiàng)目本身來說，容易出現(xiàn)半途而廢的情況，會(huì)非常打擊學(xué)生參與競賽的積極性，甚至?xí)驌魧W(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣。

（3） 關(guān)于學(xué)分的設(shè)置。物理類專業(yè)學(xué)生的課程繁重，課余時(shí)間有限，按照目前的培養(yǎng)方案中對(duì)實(shí)踐學(xué)分的要求，如果參加學(xué)科競賽沒有獲得名次，對(duì)應(yīng)的實(shí)踐課程就不能免修，對(duì)時(shí)間寶貴的學(xué)生來說，花費(fèi)了大量的時(shí)間相當(dāng)于沒有結(jié)果。因此，雖然大部分同學(xué)是因?yàn)橄矚g相關(guān)的項(xiàng)目而去參加競賽培訓(xùn)和準(zhǔn)備的，還是有部分同學(xué)在參加競賽培訓(xùn)時(shí)會(huì)有顧慮。

如果將學(xué)科競賽課程化，那么修完相關(guān)課程的學(xué)生，不管能不能取得參與競賽的資格，或者競賽成績是否理想，都會(huì)取得相應(yīng)的學(xué)分，這就避免了最終從獎(jiǎng)勵(lì)和學(xué)分上一無所獲的情況，將會(huì)在一定程度上保護(hù)學(xué)生參與各類學(xué)科競賽的積極性。

（4） 物理學(xué)科各類學(xué)科競賽有很多，本科生的經(jīng)驗(yàn)不多，而且時(shí)間寶貴，需要老師進(jìn)行全程的指導(dǎo)。“競賽課程化”將使競賽的組織更規(guī)范，使學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)研究的全過程中都能獲得及時(shí)有效的指導(dǎo)。指導(dǎo)老師可以更深入地跟進(jìn)學(xué)生的研究情況，給出更為具體的建議，也有利于研究項(xiàng)目的延續(xù)性。

因此，如能將實(shí)踐教學(xué)的課程與學(xué)科競賽二者結(jié)合起來，將更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

3 思考和總結(jié)

下面分別從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、考核方式、學(xué)分政策、師資及教學(xué)條件方面對(duì)“競賽課程化”作一些總結(jié)，以期在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中做更多的嘗試（圖3）。

3.1 教學(xué)目標(biāo)

學(xué)生是人才培養(yǎng)的主體，是教學(xué)工作的主體。在物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革中，無論以哪種方式指導(dǎo)學(xué)生，都要以“學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展為中心”進(jìn)行相應(yīng)地教學(xué)改革[5]。因此在開設(shè)相關(guān)的競賽課程時(shí)，課程設(shè)置的目的是提高本科生的自主創(chuàng)新性，提高拔尖人才的創(chuàng)新實(shí)踐能力。以物理學(xué)科競賽為引導(dǎo)，以真實(shí)的賽題為研究對(duì)象，激發(fā)同學(xué)們做科研的興趣。

3.2 教學(xué)模式

開設(shè)面向部分專業(yè)學(xué)生的必修課和面向全校學(xué)生的選修課，根據(jù)具體的比賽項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)安排，學(xué)生以3～5人組隊(duì)的方式自由選擇題目，進(jìn)行科學(xué)研究。

3.3 教學(xué)內(nèi)容

以理論課+實(shí)踐課+講座+討論+匯報(bào)等形式，以特定的競賽為目標(biāo)，分配實(shí)驗(yàn)題目進(jìn)行研究;學(xué)生每周在固定時(shí)間上課，根據(jù)課題研究的進(jìn)度，在不同研究階段安排不同的講座或者工作匯報(bào)。有關(guān)競賽題目的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，可以來自于沒有競賽過的題目，如最新的CUPT題目，可以來自于教師的科研項(xiàng)目，也可以根據(jù)自己的興趣自選題目，或者和老師討論選題。自己命題類的題目可以參加自命題類型的競賽，如大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)競賽（創(chuàng)新賽）等。教學(xué)內(nèi)容的開展將以科研課題的方式進(jìn)行。

3.4 考核方式

工作匯報(bào)，結(jié)項(xiàng)報(bào)告或論文的形式。課程結(jié)束前學(xué)生需要以口頭工作匯報(bào)的形式來匯報(bào)項(xiàng)目進(jìn)展和結(jié)果，以科研論文的形式來撰寫結(jié)項(xiàng)論文，指導(dǎo)教師評(píng)審后將選拔出成績優(yōu)秀的小組，參加相應(yīng)的物理學(xué)科競賽。

對(duì)課程的考核也將根據(jù)具體的競賽類型，引入真實(shí)競賽的模式，對(duì)學(xué)生進(jìn)行多方位的訓(xùn)練：如提高PPT 制作水平，提高現(xiàn)場表述能力、辯論能力等。

3.5 學(xué)分政策

學(xué)生正常選課，每周在課程安排的時(shí)間接受老師的指導(dǎo)、討論或者自行完成課題，完成全部的教學(xué)內(nèi)容，按期提交成果總結(jié)，通過課程的考核，將獲得對(duì)應(yīng)的實(shí)踐課程的學(xué)分。

從課程設(shè)置角度，獲得學(xué)分并不是課程設(shè)置的目標(biāo)，只是課程的規(guī)范。從學(xué)生的角度，參與這類課程將得到系統(tǒng)和全面的科研訓(xùn)練，完成課程的同時(shí)也將獲得對(duì)應(yīng)的實(shí)踐課程的學(xué)分。

3.6 師資及教學(xué)條件

針對(duì)主要參與的學(xué)科競賽，安排不同的必修課或者選修課，邀請(qǐng)學(xué)院相關(guān)專業(yè)的教授，副教授，及實(shí)驗(yàn)技術(shù)老師組成教學(xué)團(tuán)隊(duì)，在課程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo)。

具體的指導(dǎo)方式：在項(xiàng)目進(jìn)行的過程中，教師以講座或答疑的形式進(jìn)行授課，學(xué)生以工作匯報(bào)的方式進(jìn)行講解和討論。在文獻(xiàn)調(diào)研和開題等重要的階段，多位教師共同參與，對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的指導(dǎo)，幫助學(xué)生解決具體的問題等。

教學(xué)條件方面，利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件，申請(qǐng)相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)費(fèi)，建立自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生可以自由完成研究題目。

4 討論

目前蘭州大學(xué)開展的科研訓(xùn)練的課程中，學(xué)生需要完成的科研項(xiàng)目的題目，大多來自前幾年各類物理學(xué)科競賽的賽題。學(xué)生完成項(xiàng)目后獲得一個(gè)成績，獲得相關(guān)的實(shí)踐學(xué)分。對(duì)學(xué)生而言更多的是體驗(yàn)一遍科研的過程，研究的成果幾乎不參與任何競賽、評(píng)獎(jiǎng)等。作者認(rèn)為這種教學(xué)目標(biāo)可以作一些改進(jìn)，因?yàn)楸究粕臅r(shí)間非常寶貴，如果能讓研究結(jié)果更有意義，對(duì)學(xué)生將有更大的激勵(lì)作用。

本論文中提出的“學(xué)科競賽課程化”，開設(shè)相關(guān)課程時(shí)，是以還未到比賽時(shí)間的物理學(xué)科競賽的題目作為研究課題，從立項(xiàng)時(shí)就瞄準(zhǔn)比賽，也就是學(xué)生是以完成后可以參加相關(guān)的物理學(xué)科競賽的題目來進(jìn)行科學(xué)研究，而不是從已經(jīng)結(jié)束評(píng)比的賽題中選取題目，讓學(xué)生體驗(yàn)科研的過程。

本論文提出的“學(xué)科競賽課程化”只是提供一個(gè)教學(xué)模式的思路，不一定要新開課程，可以在原有課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上進(jìn)行修改和完善。

總結(jié)起來，開設(shè)面向重要的物理學(xué)科競賽（比如全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽，中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽等）的實(shí)踐教學(xué)課程，將有四個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：

（1） 將提高本科生對(duì)科學(xué)研究的積極性。物理學(xué)科競賽的題目因其開放性，非常適合本科生進(jìn)行科學(xué)研究，在解決實(shí)際問題的過程中，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力和基本的科研素養(yǎng)。

課程目標(biāo)如果是讓學(xué)生體驗(yàn)科研的過程，對(duì)部分同學(xué)來說可能已經(jīng)足夠，但是并不利于拔尖人才的培養(yǎng)。對(duì)拔尖人才的培養(yǎng)來說，真正的科學(xué)研究訓(xùn)練才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

（2） 將調(diào)動(dòng)學(xué)生參與學(xué)科競賽的積極性。做科研的積極性和參與競賽的積極性兩者并不矛盾，反而能相互促進(jìn)。學(xué)生參與競賽的相關(guān)課程，如果結(jié)果優(yōu)異，將有機(jī)會(huì)參加相關(guān)的學(xué)科競賽，這也將促進(jìn)學(xué)生參與學(xué)科競賽的興趣。

（3） 更合理地利用本科生的學(xué)習(xí)時(shí)間，使其在科學(xué)研究中事半功倍。物理類學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)很重，有些訓(xùn)練沒有必要做簡單的重復(fù)。

（4） 解決目前學(xué)科競賽組織時(shí)存在的問題。參與各類物理學(xué)科競賽的同學(xué)，在準(zhǔn)備的過程中，不一定都能得到系統(tǒng)和全面的指導(dǎo)，相關(guān)課程的開設(shè)將能很好地解決這個(gè)問題。

5 結(jié)語

完成以科研訓(xùn)練為目的的實(shí)踐課程，參與大學(xué)物理學(xué)科競賽，對(duì)本科生的實(shí)踐創(chuàng)新能力的提高和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)有重要作用。通過調(diào)研其他學(xué)校的開展模式，結(jié)合本校相關(guān)實(shí)踐課程的開展情況，本論文提出“學(xué)科競賽課程化”，以實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)與學(xué)科競賽有機(jī)結(jié)合的方式，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合科研能力的訓(xùn)練，提高學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。同時(shí)也可以更好地利用本科生寶貴的時(shí)間，將有利于競賽的組織，競賽成績的提高，提高學(xué)生參與競賽的積極性。

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