依托物理學(xué)術(shù)競賽平臺 探索培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的途徑*

沈曉芳 周戰(zhàn)榮 高 旸 張國清

（火箭軍工程大學(xué)基礎(chǔ)部 陜西 西安 710025）

中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽（CUPT）是中國借鑒國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽（International Young Physicists′Tournamen t，簡稱IYPT）的模式創(chuàng)辦的全國賽事，該活動(dòng)得到了教育部的大力支持，并被列入中國物理學(xué)會物理教學(xué)指導(dǎo)委員會的工作計(jì)劃，是實(shí)踐國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要和國家教育中長期發(fā)展規(guī)劃綱要的重要大學(xué)生創(chuàng)新競賽活動(dòng)之一.該賽事旨在提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析解決實(shí)際物理問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的開放性思維能力和創(chuàng)新能力.參賽學(xué)生就實(shí)際物理問題的基本知識、理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、結(jié)果討論等進(jìn)行辯論性比賽.這種模式不僅可以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、團(tuán)隊(duì)合作精神、交流表達(dá)能力，使學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)得到全面協(xié)調(diào)發(fā)展.該賽事的宗旨和新大綱要求的物理理論要與實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐相結(jié)合的理念相一致.因此，我校2020年和2021年連續(xù)參加了兩屆比賽，并取得了令人滿意的成績，參賽學(xué)生在理論學(xué)習(xí)、動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流表達(dá)方面得到了充分鍛煉，增強(qiáng)了自信心，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下了良好基礎(chǔ)，該競賽在我校的影響力也越來越大.

1 我校的CUPT競賽組織形式

1.1 競賽流程安排

（1）競賽宣講，個(gè)人報(bào)名

當(dāng)年賽題出來后，9月份在校園網(wǎng)上發(fā)出通知，組織校內(nèi)宣講，對象主要是大二、大三的學(xué)生，采取的方式是邀請拿過國賽一等獎(jiǎng)學(xué)校的指導(dǎo)老師和學(xué)生參加，講競賽規(guī)則、實(shí)驗(yàn)過程、答辯技巧、注意事項(xiàng)以及參加競賽對學(xué)生的提升作用，同時(shí)還會請參加過競賽的優(yōu)秀學(xué)生演示一遍競賽流程，介紹一下參加競賽的心得體會，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加該競賽.最后組織學(xué)生現(xiàn)場報(bào)名或通過校園網(wǎng)報(bào)名.

（2）提交申報(bào)書

參賽選手自行選題，根據(jù)所選題目的預(yù)研結(jié)果，按照規(guī)定格式撰寫參賽申報(bào)書，內(nèi)容包括對題目的理解、理論分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)儀器、誤差分析和結(jié)論等，盡量詳細(xì).在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將電子版申報(bào)書通過校園網(wǎng)發(fā)送給負(fù)責(zé)老師.

（3）校內(nèi)初賽

初賽采用匯報(bào)答辯方式，參賽選手就選題進(jìn)行PPT主題報(bào)告，時(shí)間控制在6 min，隨后評委老師提問，時(shí)間4 min.初賽后3日內(nèi)公布復(fù)賽名單.

（4）校內(nèi)復(fù)賽和決賽

復(fù)賽選手自由組隊(duì)，按照CUPT規(guī)則進(jìn)行校內(nèi)復(fù)賽和決賽，決賽優(yōu)秀選手組建參加西北賽區(qū)的代表隊(duì).

1.2 競賽場地 儀器和指導(dǎo)教師安排

（1）場地安排，依托物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中心、物理演示實(shí)驗(yàn)大廳和大學(xué)物理專用教室演示儀器開展CUPT相關(guān)實(shí)驗(yàn)，從有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)教室中擠出兩間30 m2專用實(shí)驗(yàn)室，對學(xué)生全天開放.

（2）儀器安排，除一些常用儀器儀表外，還申請經(jīng)費(fèi)購買了高速攝像儀、熱像儀、阿貝折射儀等.對學(xué)生實(shí)驗(yàn)必需的實(shí)驗(yàn)耗材提供資金支持；對不能在競賽實(shí)驗(yàn)室完成的實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)教師聯(lián)系專門實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

（3）指導(dǎo)教師安排，團(tuán)隊(duì)由老、中、青教師組成.年輕教師主要負(fù)責(zé)競賽的組織，其他教師負(fù)責(zé)理論、方法的指導(dǎo)和校賽的裁判工作.

2 成效與收獲

2.1 CUPT對學(xué)生能力培養(yǎng)的作用

（1）提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

CUPT賽題具有3個(gè)鮮明特征：實(shí)際性；研究性；開放性［1］.

17道賽題均來源于日常生活、生產(chǎn)與工程技術(shù)中客觀存在且未被加工或被加工的成份較少的實(shí)際問題，并具有開放性，這給了學(xué)生充分的思考和創(chuàng)新空間，同時(shí)也使其有機(jī)會真正地體會“研究”的過程，可以說是培養(yǎng)高層次人才的良好選擇.學(xué)生選好賽題后，通過對題目的分析、研究，針對相關(guān)知識上的缺陷和漏洞，主動(dòng)查閱相關(guān)的書籍、文獻(xiàn)，為更深入的研究儲備知識.在研究中，學(xué)生要充分調(diào)動(dòng)開放性思維，反復(fù)修改理論模型，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算與模擬，深入探討各參變量的影響；然后精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，搭建實(shí)驗(yàn)平臺，控制實(shí)驗(yàn)參量，測量并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；最后得出結(jié)論并進(jìn)行相關(guān)討論.每一道賽題都需要學(xué)生把所學(xué)的知識從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識；從模仿思維過渡到獨(dú)立思維，相當(dāng)于進(jìn)行一次小型的系統(tǒng)科學(xué)研究訓(xùn)練.因此，該競賽能夠培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)與自主學(xué)習(xí)能力、建立物理與數(shù)學(xué)模型的能力、應(yīng)用數(shù)值計(jì)算與仿真工具軟件的能力、采集與處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力、邏輯推理能力與創(chuàng)新意識等科研能力.參加競賽后的本科生具備了一定科研能力，在賽題基礎(chǔ)上繼續(xù)深入研究，成功申請了大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目并發(fā)表相關(guān)論文.還有的學(xué)生把賽題作為畢業(yè)設(shè)計(jì)研究內(nèi)容，比如把2020年第16道賽題鎳鈦合金發(fā)動(dòng)機(jī)作為研究內(nèi)容，進(jìn)行鎳鈦合金發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)理研究，研究內(nèi)容為：1）研究鎳鈦合金發(fā)動(dòng)機(jī)的物理機(jī)理；2）研究影響鎳鈦合金發(fā)動(dòng)機(jī)性能的因素；3）研究提高鎳鈦合金發(fā)動(dòng)機(jī)效率的方法與途徑，研究成果收到評委的一致好評.

（2）培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和交流表達(dá)能力

大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽作為一項(xiàng)學(xué)術(shù)團(tuán)體賽，采用團(tuán)隊(duì)合作研究、現(xiàn)場辯論的競賽模式，這不僅需要選手具有扎實(shí)的物理理論功底和實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)也對選手的團(tuán)隊(duì)合作精神、交流溝通能力與現(xiàn)場反應(yīng)提出了較高的要求［2］.為完成賽題的研究內(nèi)容，競賽小組各成員需要分工合作，這可以使學(xué)生認(rèn)識如何組織團(tuán)隊(duì)，如何在團(tuán)隊(duì)中進(jìn)行定位，發(fā)揮自身作用.學(xué)生的社會活動(dòng)能力也得到了鍛煉，包括解決實(shí)際問題的能力、尋求幫助的能力、交流能力、學(xué)術(shù)報(bào)告的能力等.同時(shí)，通過差不多一年的合作交流，同學(xué)們也收獲了友誼［3］.

（3）為學(xué)生提供增長見識的窗口

通過參加競賽，學(xué)生能親自體會物理問題的研究過程，親耳聆聽物理大師的報(bào)告，賽場上與各高校的師生展開交流、辯論，這些不管對指導(dǎo)教師還是對學(xué)生來說都是一種最高的“科學(xué)滋養(yǎng)”，是難得的錘煉、檢驗(yàn)自我的機(jī)會，CUPT競賽恰恰提供了這樣的窗口和機(jī)會.

2.2 CUPT對教師能力培養(yǎng)的作用

大學(xué)物理學(xué)術(shù)競賽的舉辦，有助于提高教師的教學(xué)熱情，促進(jìn)教師對大學(xué)物理教學(xué)形式、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的研究，對大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容與物理競賽如何接軌的研究，以及對物理競賽的意義與影響的研究，并把這些反思與研究用于物理教學(xué)過程中，有意識地改進(jìn)教學(xué)，這樣既提升了自身素質(zhì)，又促進(jìn)了高層次創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，達(dá)到教學(xué)相長，提高教學(xué)效果.通過參加大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽，學(xué)生開闊了視野，在一個(gè)更加廣闊的空間內(nèi)發(fā)現(xiàn)了自己的優(yōu)勢與不足，培養(yǎng)了綜合素質(zhì)，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)物理的動(dòng)力，提高了學(xué)習(xí)效果.尤其是通過一年的努力拿到CUPT競賽獎(jiǎng)杯后，不僅能極大地促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，也很好地提升了學(xué)生的自信心，使學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)得到全面協(xié)調(diào)的發(fā)展.