依托大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽開展大學(xué)物理課程教學(xué)改革*

程永喜 柴立臣 李淑青 景銀蘭

(太原工業(yè)學(xué)院理學(xué)系 山西 太原 030008)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級以及新一輪科技革命的推進，對工程科技人才提出了更高更新的要求，這就迫切需要工科院校加快工程教育改革創(chuàng)新.從2017年教育部積極推進新工科建設(shè)以來，培養(yǎng)造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際競爭提供智力和人才支撐成為各工科院校的發(fā)展目標(biāo).這就要求各工科院校要運用更新的教學(xué)理念、更好的教學(xué)模式，實現(xiàn)更高的教育教學(xué)質(zhì)量.作為地方性工科院校，培養(yǎng)具有較強行業(yè)背景知識、工程實踐能力、勝任行業(yè)發(fā)展需求的應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才成為自身發(fā)展的新的歷史使命[1].《大學(xué)物理》課程作為理工科專業(yè)學(xué)生的公共基礎(chǔ)課，對其課程改革探索在新工科學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)和人才培養(yǎng)模式中具有重要意義.大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽作為國家教育中長期發(fā)展規(guī)劃綱要中重要的大學(xué)生創(chuàng)新競賽活動之一，在全國高校中得到了廣泛的認(rèn)可和積極的參與[2].該競賽為培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力提供了較好平臺[3～5].同時，大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽以其新穎的競賽內(nèi)容和競賽形式，也為《大學(xué)物理》課程教學(xué)改革提供了新的思路和途徑[6，7].本文基于太原工業(yè)學(xué)院(以下簡稱我院)在大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽活動中的教學(xué)實踐與經(jīng)驗，探討應(yīng)用型本科院校的《大學(xué)物理》課程在培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才過程中的改革策略與思路.

1 《大學(xué)物理》課程教學(xué)現(xiàn)狀

《大學(xué)物理》作為理工科學(xué)生的公共基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)學(xué)生的課程體系中具有重要基礎(chǔ)地位和支撐作用.對于理工科專業(yè)如：數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)與技術(shù)、電子信息、化學(xué)與工程等專業(yè)，《大學(xué)物理》課程的開設(shè)具有不可替代的作用.但是，目前大多數(shù)高等院校的《大學(xué)物理》課程仍停留在傳統(tǒng)教學(xué)模式上，缺乏對教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的革新和完善.特別是重理論、輕實踐的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，這導(dǎo)致《大學(xué)物理》課程在培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和實際應(yīng)用知識能力方面存在缺失.從而，學(xué)生在物理學(xué)習(xí)方面的主觀能動性和創(chuàng)新思維能力受到限制，對《大學(xué)物理》課程的學(xué)習(xí)缺乏積極性和主動性，甚至有些厭學(xué)情緒[8,9].

近年來，為創(chuàng)新和提高我院應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式，結(jié)合學(xué)科專業(yè)調(diào)整，我院大學(xué)物理教研室針對《大學(xué)物理》課程進行了一系列改革與創(chuàng)新.更加細化了《大學(xué)物理》課程的分級教學(xué)，《大學(xué)物理》A(電子信息工程、機械設(shè)計制造及其自動化等專業(yè))由原來的128課時壓縮為96課時，《大學(xué)物理》B(化學(xué)工程與工藝、能源化學(xué)工程等專業(yè))由原來的96課時壓縮為64課時，《大學(xué)物理》C(網(wǎng)絡(luò)工程、軟件工程等專業(yè))保持32課時，《大學(xué)物理》D(對口升學(xué)班)保持96課時.我們重新修訂和出版了《大學(xué)物理簡明教程》，增加了配套的教學(xué)錄像、微課視頻、拓展文檔和電子教案等資源[10].同時，為進一步規(guī)范《大學(xué)物理》課程的教學(xué)進度，提升《大學(xué)物理》課程的教學(xué)效果，我們創(chuàng)新性地引入了大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽項目，加強了基礎(chǔ)理論教學(xué)與實踐應(yīng)用的相互融合.《大學(xué)物理》課堂的物理學(xué)術(shù)競賽模塊引起了學(xué)生較大反響，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理和運用物理的熱情.

2 大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽的概況

中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽是借鑒國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽的模式而創(chuàng)辦的全國性賽事[2].該競賽面向全國高等學(xué)校本科學(xué)生開展，以團隊對抗形式進行.競賽的題目采用國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽的題目，這些題目都是貼近日常生活和生產(chǎn)實際中應(yīng)用的開放性物理問題，沒有固定答案，不僅涵蓋了力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)等物理學(xué)科分支，同時也包括數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、材料學(xué)和機械等學(xué)科的相關(guān)內(nèi)容[6].從2010年南開大學(xué)主辦第一屆中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽，至今已經(jīng)舉辦了十屆比賽，該賽事為大學(xué)生進行廣泛的物理學(xué)術(shù)交流提供了較好的機會與平臺.

山西省大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽始于2016年，由山西省教育廳和山西省物理學(xué)會主辦.第一屆由山西大學(xué)承辦，至今已經(jīng)舉辦四屆，吸引了山西省13所高校的15支隊伍參加.該學(xué)術(shù)競賽的內(nèi)容和形式均采用國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽的標(biāo)準(zhǔn)模式，以團隊辯論方式進行，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力、協(xié)作精神和實踐能力為根本理念.同時，該項賽事注重加強青年學(xué)生之間的友誼和交流，不僅可以鍛煉學(xué)生的科研素質(zhì)，還能培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和交流表達能力，對于山西省高等教育教學(xué)改革與發(fā)展具有重要的實踐創(chuàng)新意義.

3 大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽在太原工業(yè)學(xué)院的實踐

我院于2017年連續(xù)3年參加了山西省大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽，該競賽的競賽內(nèi)容、競賽模式和評判標(biāo)準(zhǔn)為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)提供了良好的載體.與其他各類競賽(如大學(xué)生數(shù)學(xué)競賽、大學(xué)生英語競賽等)不同的是，大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽采用的是開放的青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽題目(如2019-2020年一個題目為“隱形”的瓶子：把點燃的蠟燭放在瓶子后面，如果你從對面吹瓶子，蠟燭可能會熄滅，就好像瓶子根本不在那里一樣，解釋這一現(xiàn)象).選手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(jié)果討論等方面展開辯論.通過此項比賽不僅培養(yǎng)了學(xué)生優(yōu)秀的從事科學(xué)研究的基本素養(yǎng)和團隊協(xié)作能力，同時也展現(xiàn)了《大學(xué)物理》課堂教學(xué)的優(yōu)良成果.

基于每年參加山西省大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽的背景和工科專業(yè)學(xué)生較多的現(xiàn)實情況，我院于2017年9月成立了院級大學(xué)生物理競賽社團.該社團的宗旨是:立足校園，服務(wù)同學(xué)，獨立思考，團結(jié)合作，反復(fù)試驗，探求規(guī)律，培養(yǎng)創(chuàng)新理念，打造知識、素質(zhì)與能力“三位一體”的高素質(zhì)應(yīng)用型創(chuàng)新人才.大學(xué)生物理競賽社團堅持“動手動腦，好學(xué)善思”的理念，重在培養(yǎng)社團成員的自主實驗意識與能力，做到讓每個成員都具備物理實驗基本操作方面的知識和能力.

我院以大學(xué)生物理競賽社團為平臺，結(jié)合《大學(xué)物理》課堂教學(xué)開展山西省大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽選手的培養(yǎng)與選拔工作，實施學(xué)院級和省級兩級競賽模式.每年9月份開始組織學(xué)生報名，根據(jù)學(xué)生所選研究題目對參賽學(xué)生進行分組.以研究小組形式開展問題的研究，并參加兩級比賽.并于12月份進行學(xué)院級比賽，為下一年舉辦的山西省大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽選拔和培養(yǎng)隊員.相同題目的研究小組展開辯論，通過分別扮演正方、反方和辯論方針對所研究的內(nèi)容、實驗過程、物理結(jié)論等展開辯論.評委老師依據(jù)全國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽的評判標(biāo)準(zhǔn)為其打分，選出優(yōu)秀選手，并進一步開展有針對性的培訓(xùn)，為參加山西省大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽做準(zhǔn)備.大學(xué)物理教研室為社團提供了固定的實驗場所和充足的實驗經(jīng)費.社團充分利用大學(xué)物理實驗室、計算機網(wǎng)絡(luò)等資源，并與《大學(xué)物理》相關(guān)教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，訓(xùn)練學(xué)生針對實際物理問題進行合作研究、發(fā)表觀點和進行辯論的能力，并特別強調(diào)團隊協(xié)作、開放性思維和表達能力.另外，社團會定期組織學(xué)員學(xué)習(xí)物理理論知識，搜集生活中與物理有關(guān)的熱點、難點和焦點問題，并鼓勵選手通過物理課堂所學(xué)知識和理論、物理實驗操作能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)以致用.同時，我們也把《大學(xué)物理》課堂搬到了競賽訓(xùn)練場，針對每個競賽題目配備了相應(yīng)的物理教師，對參賽選手進行定期輔導(dǎo)與培訓(xùn).通過上述工作的有力開展，我院大學(xué)物理教師指導(dǎo)學(xué)生于2017,2018,2019連續(xù)3年參加的山西省大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽中，獲得省級團體三等獎1次、二等獎2次，并獲單項獎3次.這充分展示了我院大學(xué)物理教學(xué)的成果，體現(xiàn)了我院大學(xué)生較高的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力.

4 大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽對《大學(xué)物理》課程改革的啟示

大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽中的每一道開放題目都是一個小型的研究課題或項目.每一個研究項目都需要3～5人的小組去完成，通過資料調(diào)研、模型建立、實驗搭建、數(shù)據(jù)采集、理論分析、提煉物理結(jié)論等諸多環(huán)節(jié)才能順利完成一個競賽題目.通過攻關(guān)競賽所要求的各項內(nèi)容，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和團隊協(xié)作能力；通過辯論賽形式參加學(xué)院級和省級比賽，鍛煉了學(xué)生的口頭表達能力和分析問題、解決問題的能力與技巧；通過與其他學(xué)校的參賽隊伍進行學(xué)術(shù)討論與交流，不僅增長了學(xué)生的知識、見識，拓寬了視野，同時也提高了他們的邏輯思維能力和自身的科研素質(zhì)水平.我院大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽活動的順利開展，為應(yīng)用型本科院?！洞髮W(xué)物理》課程的教學(xué)改革提供了條件與新思路.《大學(xué)物理》課堂上，教師們會基于大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽的研究題目，結(jié)合相關(guān)理論知識點，布置學(xué)生撰寫《大學(xué)物理》課程論文，培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻、書寫科技論文的能力,增強學(xué)生在物理學(xué)習(xí)方面的主觀能動性.以大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽為基礎(chǔ)，進一步開展大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目，提高學(xué)生對《大學(xué)物理》課程教學(xué)的參與性，增強學(xué)生對《大學(xué)物理》課程學(xué)習(xí)的實踐性.同時大學(xué)生通過參加學(xué)院級和省級物理競賽所取得的科研成果，也成為《大學(xué)物理》課堂研究型教學(xué)的素材資料, 為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力提供條件.總之，通過基于大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽的《大學(xué)物理》課程教學(xué)，著重培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際工程問題的能力和較高的科研素養(yǎng)，實現(xiàn)對學(xué)生知識、素質(zhì)與能力三位一體的培養(yǎng)，為將來學(xué)生走向工作崗位和研究生科研階段打下堅實的基礎(chǔ).

5 結(jié)束語

通過指導(dǎo)學(xué)生連續(xù)3年參加山西省大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽的教學(xué)實踐，無論是指導(dǎo)教師還是參賽學(xué)生都有很大收獲，對促進我院大學(xué)物理課程教學(xué)改革起到了積極作用.大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽因其具有題目開放、團體對抗辯論等特點，是應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的良好載體.

結(jié)合大學(xué)生物理競賽的開展和實施，有效提高和拓寬《大學(xué)物理》課程體系和內(nèi)容的教學(xué)改革，為新工科背景下實現(xiàn)更高的教育教學(xué)質(zhì)量工程提供有力支撐.