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大學(xué)物理競賽教學(xué)模式探討論文
摘要：文章以對(duì)大學(xué)生參加全國大學(xué)生大學(xué)物理學(xué)術(shù)競賽為平臺(tái)，介紹了在本科生中如何開展大學(xué)物理學(xué)術(shù)競賽，探討了學(xué)生參加學(xué)術(shù)競賽對(duì)大學(xué)物理教學(xué)的促進(jìn)作用，實(shí)踐結(jié)果表明這種參與競賽的教學(xué)模式促進(jìn)了大學(xué)物理的教學(xué)水平的提高，加強(qiáng)了我校與其他國內(nèi)各高校之間進(jìn)行交流。
關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；學(xué)術(shù)競賽；創(chuàng)新思維
全國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽（CUPT）是借鑒國際青年物理學(xué)家競賽（IYPT）模式的全國性賽事，該比賽得到了教育部的大力支持，并被列入中國物理學(xué)會(huì)物理教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的工作計(jì)劃。競賽主要以團(tuán)隊(duì)辯論和對(duì)抗的形式來進(jìn)行，分別在力、熱、光、電等內(nèi)容設(shè)置17個(gè)題目，一部分題目來自于《Sci－ence》《Nature》《PRL》這些頂級(jí)期刊，題目新穎開放，既考察了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，又培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用開放性思維發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，并且鍛煉了學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作、團(tuán)隊(duì)合作的精神、口頭表達(dá)的能力。所有17道題目提前一年發(fā)給參賽選手，讓參賽選手有一年的準(zhǔn)備時(shí)間，所有與題目相關(guān)的基本知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方案都要由參賽者查找和設(shè)計(jì)，并根據(jù)研究得出的結(jié)果和其他隊(duì)進(jìn)行辯論。作者欲從大學(xué)生參加全國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽的角度出發(fā)并結(jié)合我校大學(xué)物理實(shí)際教學(xué)工作情況，探析參加全國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽對(duì)工科院校的大學(xué)物理教學(xué)的促進(jìn)作用。
一、大學(xué)物理當(dāng)前現(xiàn)狀
物理學(xué)是所有工科院校的一門重要的公共基礎(chǔ)必修課程，是整個(gè)自然科學(xué)的基礎(chǔ)。工科院校的大學(xué)物理課程以奠基學(xué)生厚重的物理基礎(chǔ)、培養(yǎng)學(xué)生較高的物理素質(zhì)、鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力、發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力為培養(yǎng)目標(biāo)。可見大學(xué)物理在工科院校起到非常重要的奠基作用，可是很多學(xué)生卻不重視大學(xué)物理的學(xué)習(xí)，他們覺得大學(xué)物理這些基礎(chǔ)課沒有用，只有與專業(yè)有關(guān)的專業(yè)課才是他們應(yīng)該掌握的，這樣的理解當(dāng)然是錯(cuò)的，萬丈高樓平地起，不打好地基，高樓怎么能穩(wěn)固？國內(nèi)高校的物理教師都在努力做著各種嘗試來改變現(xiàn)狀，希望從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等措施的改進(jìn)來推動(dòng)工科院校大學(xué)物理的教學(xué)。
二、CUPT介紹
CUPT是一項(xiàng)以團(tuán)隊(duì)對(duì)抗為主的大學(xué)物理學(xué)術(shù)競賽，這個(gè)競賽旨在提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決實(shí)際物理問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的開放性思維能力。CUPT的賽題都是貼近實(shí)際生活的開放性物理問題，比如2016年的一個(gè)題目是用一根堅(jiān)韌的線在其末端綁住一重物從而構(gòu)成一個(gè)擺。當(dāng)擺的懸掛點(diǎn)在水平面上作圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)某些時(shí)候下端的重物也開始做圓周運(yùn)動(dòng)，并且重物的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑更小。競賽題目要求研究該運(yùn)動(dòng)以及重物的穩(wěn)定軌跡。比如還有一道題目是讓一注液體噴向一個(gè)平面，如果用激光照射在接觸點(diǎn)上，將會(huì)發(fā)現(xiàn)一繞著水柱的光環(huán)。題目的要求是研究這個(gè)光環(huán)和相關(guān)參量對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。從這兩個(gè)題目可見，CUPT的題目都是我們?nèi)粘Ｉ钏姷降淖匀滑F(xiàn)象，來自于生活，但競賽訓(xùn)練的是學(xué)生用敏銳的眼睛觀察現(xiàn)象、用創(chuàng)新的思想構(gòu)思實(shí)驗(yàn)、用科學(xué)的方法改變實(shí)驗(yàn)條件、用專業(yè)的軟件計(jì)算出結(jié)論。這樣的題目既會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)生興趣，更會(huì)鍛煉學(xué)生綜合的科學(xué)研究能力。所有題目均會(huì)在競賽一年前公布，參賽學(xué)生可以利用這一年的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、具體操作及實(shí)驗(yàn)結(jié)論的分析及拓展。在這一年中，學(xué)生有足夠的時(shí)間去發(fā)揮，參賽學(xué)生可能會(huì)想出很多實(shí)驗(yàn)方案，也會(huì)逐一去實(shí)踐，最后選擇最佳的方案，并且對(duì)結(jié)論進(jìn)行歸納總結(jié)，并把其凝練成文字進(jìn)行PPT的制作及論證。整個(gè)流程指導(dǎo)教師不會(huì)參與太多，只是給出一些實(shí)驗(yàn)儀器的技術(shù)指導(dǎo)及所需材料的后備支持，整個(gè)比賽的主體還是學(xué)生。該比賽充分發(fā)揮了學(xué)生的想象的空間，鍛煉了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手操作的能力，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的精神，提升了學(xué)生的口語表達(dá)及辯證思維的能力。使學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)真正可用到實(shí)際的生活實(shí)例中，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。這種類型的比賽所達(dá)到的目的正是大學(xué)教師所追求的目標(biāo)。老師們兢兢業(yè)業(yè)、勤勤懇懇的站在講臺(tái)上，一遍又一遍的給學(xué)生傳授知識(shí)，最終想達(dá)到的目標(biāo)也不過如此。因此我們可以借助全國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽這一平臺(tái)來促進(jìn)大學(xué)物理的教育教學(xué)的提高。
三、競賽的組織及實(shí)施
為了配合后續(xù)的省賽和國賽，我校先在全校范圍內(nèi)舉行校大學(xué)物理學(xué)術(shù)競賽。每年11月份報(bào)名，由學(xué)生自由組隊(duì)，3—5人一隊(duì)，要求參賽學(xué)生自行查閱相關(guān)文獻(xiàn)、自行進(jìn)行理論分析、親手做實(shí)驗(yàn)，按照學(xué)術(shù)報(bào)告的要求，清晰而準(zhǔn)確的表達(dá)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和研究成果，強(qiáng)調(diào)原創(chuàng)性和創(chuàng)新性。11月底主辦方將對(duì)調(diào)研情況進(jìn)行檢查，要求參賽隊(duì)員提交調(diào)研報(bào)告，在各參賽隊(duì)報(bào)名后任選3道題目進(jìn)行研究并撰寫初步的調(diào)研報(bào)告，選拔組織方將以答辯的方式根據(jù)調(diào)研報(bào)告情況對(duì)擬參加隊(duì)伍進(jìn)行初選。到12月底進(jìn)行中期檢查：采用組織方指定及各組商討的方式確定各組中期所需研究的5道題目。要求查閱相關(guān)文獻(xiàn)、自行進(jìn)行理論分析、親手做實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)原創(chuàng)性和全面性。第二年3月初進(jìn)行校內(nèi)初賽：各參賽隊(duì)從5道中抽簽選擇3道進(jìn)行完整（即正式的CUPT正方陳述報(bào)告，包含完整的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究），要求由不同隊(duì)員進(jìn)行。參賽隊(duì)各有一次拒絕機(jī)會(huì)，拒絕兩次者視為放棄比賽。每道題有10分鐘的展示時(shí)間和5分鐘的提問時(shí)間。由選拔組織方在相關(guān)老師指導(dǎo)下選出3—5組參加集訓(xùn)，并在其余隊(duì)伍中評(píng)選三等獎(jiǎng)5組。4月中旬對(duì)參賽隊(duì)進(jìn)行集訓(xùn)。各組繼續(xù)完成指定的7道題目，并定期（兩周一次）集合交流完成進(jìn)度，后期由參加或觀摩過比賽的師生進(jìn)行比賽技巧的指導(dǎo)。8月進(jìn)行國賽沖刺：優(yōu)化整理題目資料，在參加或觀摩過比賽的師生的指導(dǎo)下，整合所有資料，準(zhǔn)備參加最終的國賽。
四、競賽在教學(xué)中的促進(jìn)效果
通過一年的實(shí)踐，任課教師普遍反映學(xué)生對(duì)大學(xué)物理的學(xué)習(xí)熱情比以前更加積極了，學(xué)生上課聽講也比以前認(rèn)真了，與老師的互動(dòng)也增加了。這種受益是雙方面的，不僅學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有所提高，而且對(duì)老師也是一個(gè)促進(jìn)。因?yàn)閷W(xué)生會(huì)向老師問一些競賽方面的題目，因此使得老師必須利用業(yè)余時(shí)間來查一些相關(guān)的文獻(xiàn)，使得老師在教學(xué)能力和教學(xué)水平方面都得到了提升。
五、結(jié)束語
通過實(shí)踐表明，通過參加競賽，促進(jìn)了我校大學(xué)物理的教學(xué)水平的提高，加強(qiáng)了我校與其他國內(nèi)各高校之間進(jìn)行交流，也為推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科（雙一流）建設(shè)，和創(chuàng)新型國家建設(shè)提供了人才培養(yǎng)方面的有力支持。
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