以學(xué)科競賽為導(dǎo)向的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)
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摘要：以學(xué)生參加大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽為出發(fā)點(diǎn)，促進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，團(tuán)隊(duì)合作意識和實(shí)踐創(chuàng)新能力，達(dá)到高校高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)的最終目標(biāo)。
一、序言
目前，以學(xué)科競賽為導(dǎo)向的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐的研究還處在探索階段，如何發(fā)揮大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)競賽與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相互作用與促進(jìn)，完善高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐下的創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制是一個(gè)亟待研究解決的現(xiàn)實(shí)問題。2010年，賀梅英等提出構(gòu)建大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)科競賽、教學(xué)改革互動(dòng)模式，以學(xué)科競賽為推手進(jìn)一步深化教學(xué)改革，以提高人才質(zhì)量。2015年，魯軍政提出以競賽方式培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、實(shí)踐能力、創(chuàng)新品質(zhì)，達(dá)到地方高校創(chuàng)新型專業(yè)人才培養(yǎng)的目的。同年，熊澤本等人通過組織學(xué)生參加大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新競賽，積極探索改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法，探討了創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的組成部分，闡述了培養(yǎng)創(chuàng)新人才的思路和途徑。2016年，李瑞東等認(rèn)為通過實(shí)驗(yàn)竟賽，可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)，提高教師的教學(xué)水平，達(dá)到教學(xué)相長。2017年，李曉白等人提出以課題和探索為核心的新型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。因此，本文以大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽為切入點(diǎn)，以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為載體，構(gòu)建理工科高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以期為高等學(xué)校創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供有益探索與借鑒。
二、競賽情況
全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽是一項(xiàng)面向在校大學(xué)生的物理學(xué)科競賽活動(dòng)，始于2010年舉辦的由各國家級物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心組隊(duì)參加的大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽活動(dòng)，旨在激發(fā)大學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的興趣和潛能，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識，促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。競賽的形式為：每校最多派出4名大學(xué)生參賽，其中2名選手在4小時(shí)內(nèi)分別獨(dú)立完成一項(xiàng)包含設(shè)計(jì)性內(nèi)容的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)（分A,B兩題），另外2名選手在4小時(shí)內(nèi)合作完成一項(xiàng)綜合性研究性實(shí)驗(yàn)（分A,B兩題），由參賽學(xué)生現(xiàn)場抽題。這種競賽形式對參賽學(xué)生的物理知識、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的要求非常高。截止目前，我校代表隊(duì)參加了除第一屆外的所有比賽。我校2012年和2015年連續(xù)兩屆參加此項(xiàng)賽事僅僅獲得基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三等獎(jiǎng)3項(xiàng)。因此，針對競賽中反映的問題及時(shí)地進(jìn)行分析研究，進(jìn)一步改善大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié),不斷優(yōu)化教學(xué)、完善教學(xué)。以第二屆全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)題目二為例，要求用非平衡電橋的方法測量康銅絲的楊氏模量和泊松比。但在我們之前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是利用光杠桿法測量微小量的方法測量金屬絲的楊氏模量。因此在接下來的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們嘗試適當(dāng)?shù)囊攵喾N方法測量同一物理量，并且針對某一儀器測量多個(gè)物理量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力和創(chuàng)新思維能力。在2017年的第四屆全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽中，我校代表隊(duì)取得了基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)題目二等獎(jiǎng)1項(xiàng)和綜合性實(shí)驗(yàn)題目二等獎(jiǎng)1項(xiàng)的好成績。學(xué)科競賽對于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革起到了導(dǎo)向作用，重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。2017年我校組隊(duì)參加了首屆吉林省大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽，吉林省大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽A組采用和全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽相同的模式，B組采用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的模式，事先給出若干題目，參賽隊(duì)員自選，賽前準(zhǔn)備，最后比賽時(shí)以答辯的形式參賽。我校派出的31名選手在A，B兩個(gè)組別的比賽中共取得一等獎(jiǎng)4項(xiàng)、二等獎(jiǎng)7項(xiàng)、三等獎(jiǎng)8項(xiàng)的優(yōu)異成績。
三、競賽促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革
從我校參加全國大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)競賽和吉林省大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)原理和理論部分特別注重基本概念和實(shí)驗(yàn)基本方法的掌握,與以往我們的傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)儀器選用上的高度一致性不同，即所提供的實(shí)驗(yàn)儀器本次實(shí)驗(yàn)均可用到。但大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)競賽會(huì)給出多種儀器供學(xué)生選擇，也就是不是所有提供的儀器設(shè)備都可以用于本次競賽。這樣對學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力要求就非常高，對于鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力有極大的好處。在數(shù)據(jù)處理上也不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以往的實(shí)驗(yàn)課多數(shù)是已經(jīng)給定了實(shí)驗(yàn)需要怎么處理，公式推導(dǎo)，表格甚至于有的題目連有效數(shù)字的推導(dǎo)都直接給出，學(xué)生基本不用做任何思考，完全照抄，把相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接套用公式就可以完成實(shí)驗(yàn)，從這樣的實(shí)驗(yàn)過程可以收獲多少知識可想而知。實(shí)驗(yàn)競賽無論從實(shí)驗(yàn)原理，到實(shí)驗(yàn)過程，以及最后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、有效數(shù)字和誤差分析都需要學(xué)生全部自主完成，更突出了學(xué)生的主體地位，既鍛煉了學(xué)生的綜合運(yùn)用知識的能力，也鍛煉的學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，對于培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)會(huì)提出問題,分析問題,解決問題的能力有很大幫助。這兩項(xiàng)賽事對我校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有很大的促進(jìn)作用。為了更好的參加以上兩項(xiàng)賽事，我校每年也會(huì)舉辦校級的大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽，為了給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)更為方便的實(shí)踐環(huán)境，特設(shè)立單獨(dú)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室作為物理實(shí)驗(yàn)競賽和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生提供了一個(gè)可以自主學(xué)習(xí)、自主利用的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，學(xué)生課余時(shí)間可隨時(shí)到這里做各種實(shí)驗(yàn)，為競賽做準(zhǔn)備。指導(dǎo)教師會(huì)隨時(shí)對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，有時(shí)也參與到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和討論中。經(jīng)過多年的實(shí)踐表明，以參與者的身份加入到學(xué)生的團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)或者討論中，在遇到問題時(shí)可以給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)的方式，更有利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力，有利于高校創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的目標(biāo)。我們以競賽作為切入點(diǎn)，把從輔導(dǎo)競賽學(xué)生的過程中總結(jié)出來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐到日常的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中我們也適當(dāng)引入課題的方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力，自己思考運(yùn)用什么原理和儀器，通過怎樣的實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)。對于一些綜合性比較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，我們嘗試以2-3人的團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這些對傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革起到了提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的興趣的左右，同時(shí)有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的提升。
四、結(jié)論
大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了一個(gè)很好的契機(jī)，以此搭建的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，并逐步形成了一種以問題為導(dǎo)向的新型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。競賽不僅可以激發(fā)學(xué)生自主探索的積極性，發(fā)掘?qū)W生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識，還可以在一定程度上解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)枯燥乏味、教學(xué)效果差強(qiáng)人意的問題。
【參考文獻(xiàn)】
[1]魯軍政.基于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)競賽的地方高校人才培養(yǎng)模式研究[J].湖北文理學(xué)院學(xué)報(bào),2015,36(8):81-85．
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作者：徐瑛 單位：長春理工大學(xué)理學(xué)院
