以學科競賽為導向的物理實驗教學
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摘要：以學生參加大學生物理實驗競賽為出發(fā)點，促進大學物理實驗教學的改革，從而實現(xiàn)培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，團隊合作意識和實踐創(chuàng)新能力，達到高校高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)的最終目標。
一、序言
目前，以學科競賽為導向的大學物理實驗教學體系建設與實踐的研究還處在探索階段，如何發(fā)揮大學物理實驗競賽與大學物理實驗教學的相互作用與促進，完善高校大學物理實驗教學體系建設與實踐下的創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制是一個亟待研究解決的現(xiàn)實問題。2010年，賀梅英等提出構(gòu)建大學物理實驗學科競賽、教學改革互動模式，以學科競賽為推手進一步深化教學改革，以提高人才質(zhì)量。2015年，魯軍政提出以競賽方式培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、實踐能力、創(chuàng)新品質(zhì)，達到地方高校創(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生參加大學生物理實驗創(chuàng)新競賽，積極探索改革實驗教學內(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，李瑞東等認為通過實驗竟賽，可以有效激發(fā)學生的學習，提高教師的教學水平，達到教學相長。2017年，李曉白等人提出以課題和探索為核心的新型物理實驗教學模式。因此，本文以大學生物理實驗競賽為切入點，以大學物理實驗教學為載體，構(gòu)建理工科高校大學物理實驗教學體系，以期為高等學校創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供有益探索與借鑒。
二、競賽情況
全國大學生物理實驗競賽是一項面向在校大學生的物理學科競賽活動，始于2010年舉辦的由各國家級物理實驗教學示范中心組隊參加的大學生物理實驗競賽活動，旨在激發(fā)大學生對物理實驗的興趣和潛能，培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力、實踐能力和團隊協(xié)作意識，促進物理實驗教學改革。競賽的形式為：每校最多派出4名大學生參賽，其中2名選手在4小時內(nèi)分別獨立完成一項包含設計性內(nèi)容的基礎性實驗（分A,B兩題），另外2名選手在4小時內(nèi)合作完成一項綜合性研究性實驗（分A,B兩題），由參賽學生現(xiàn)場抽題。這種競賽形式對參賽學生的物理知識、實踐能力和綜合素質(zhì)的要求非常高。截止目前，我校代表隊參加了除第一屆外的所有比賽。我校2012年和2015年連續(xù)兩屆參加此項賽事僅僅獲得基礎性實驗項目三等獎3項。因此，針對競賽中反映的問題及時地進行分析研究，進一步改善大學物理實驗教學中的薄弱環(huán)節(jié),不斷優(yōu)化教學、完善教學。以第二屆全國大學生物理實驗競賽基礎性實驗題目二為例，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。但在我們之前的實驗教學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。因此在接下來的實驗教學中，我們嘗試適當?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物理量進行實驗教學，培養(yǎng)學生綜合應用所學知識的能力和創(chuàng)新思維能力。在2017年的第四屆全國大學生物理實驗競賽中，我校代表隊取得了基礎性實驗題目二等獎1項和綜合性實驗題目二等獎1項的好成績。學科競賽對于大學物理實驗教學改革起到了導向作用，重要的是培養(yǎng)了學生的實踐動手能力和綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力。2017年我校組隊參加了首屆吉林省大學生物理實驗競賽，吉林省大學生物理實驗競賽A組采用和全國大學生物理實驗競賽相同的模式，B組采用創(chuàng)新實驗的模式，事先給出若干題目，參賽隊員自選，賽前準備，最后比賽時以答辯的形式參賽。我校派出的31名選手在A，B兩個組別的比賽中共取得一等獎4項、二等獎7項、三等獎8項的優(yōu)異成績。
三、競賽促進實驗教學改革
從我校參加全國大學物理實驗競賽和吉林省大學生物理實驗競賽進行分析，實驗原理和理論部分特別注重基本概念和實驗基本方法的掌握,與以往我們的傳統(tǒng)大學物理實驗課堂教學儀器選用上的高度一致性不同，即所提供的實驗儀器本次實驗均可用到。但大學物理實驗競賽會給出多種儀器供學生選擇，也就是不是所有提供的儀器設備都可以用于本次競賽。這樣對學生綜合運用知識的能力要求就非常高，對于鍛煉學生的科學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)實驗教學，以往的實驗課多數(shù)是已經(jīng)給定了實驗需要怎么處理，公式推導，表格甚至于有的題目連有效數(shù)字的推導都直接給出，學生基本不用做任何思考，完全照抄，把相應的實驗數(shù)據(jù)直接套用公式就可以完成實驗，從這樣的實驗過程可以收獲多少知識可想而知。實驗競賽無論從實驗原理，到實驗過程，以及最后實驗數(shù)據(jù)處理、有效數(shù)字和誤差分析都需要學生全部自主完成，更突出了學生的主體地位，既鍛煉了學生的綜合運用知識的能力，也鍛煉的學生的實驗動手能力，對于培養(yǎng)學生在實驗過程中學會提出問題,分析問題,解決問題的能力有很大幫助。這兩項賽事對我校物理實驗教學有很大的促進作用。為了更好的參加以上兩項賽事，我校每年也會舉辦校級的大學生物理實驗競賽，為了給學生創(chuàng)造一個更為方便的實踐環(huán)境，特設立單獨一個實驗室作為物理實驗競賽和創(chuàng)新實驗室。該實驗室給學生提供了一個可以自主學習、自主利用的創(chuàng)新實踐平臺，學生課余時間可隨時到這里做各種實驗，為競賽做準備。指導教師會隨時對實驗室內(nèi)的學生進行指導，有時也參與到學生的實驗操作和討論中。經(jīng)過多年的實踐表明，以參與者的身份加入到學生的團隊實驗或者討論中，在遇到問題時可以給予適當?shù)闹笇У姆绞?，更有利于發(fā)揮學生的創(chuàng)造性思維能力和團結(jié)協(xié)作的能力，有利于高校創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的目標。我們以競賽作為切入點，把從輔導競賽學生的過程中總結(jié)出來的教學經(jīng)驗，實踐到日常的大學物理實驗教學中。在實驗教學中我們也適當引入課題的方式引導學生進入實驗情境，讓學生發(fā)揮創(chuàng)造力，自己思考運用什么原理和儀器，通過怎樣的實驗步驟完成實驗。對于一些綜合性比較強的實驗，我們嘗試以2-3人的團隊形式進行實驗，這些對傳統(tǒng)大學物理實驗教學的改革起到了提高學生實驗動手能力和對大學物理實驗的興趣的左右，同時有利于實驗教學效果的提升。
四、結(jié)論
大學生物理實驗競賽為大學物理實驗教學改革提供了一個很好的契機，以此搭建的物理實驗教學平臺有利于培養(yǎng)學生的自主學習和創(chuàng)新能力，并逐步形成了一種以問題為導向的新型物理實驗教學模式。競賽不僅可以激發(fā)學生自主探索的積極性，發(fā)掘?qū)W生的潛能，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生團隊意識，還可以在一定程度上解決傳統(tǒng)實驗教學枯燥乏味、教學效果差強人意的問題。
【參考文獻】
[1]魯軍政.基于大學物理實驗競賽的地方高校人才培養(yǎng)模式研究[J].湖北文理學院學報,2015,36(8):81-85．
[2]李瑞東,張新超,葛洪亮,等.物理實驗競賽在大學物理實驗教學中的作用[J].科技展望,2016(8):224-226.
[3]陳曉白,李寶河,李熊，等．大學物理實驗競賽對物理實驗教學的啟示[J]．物理與工程,2017,27(Z1):172-174．
作者：徐瑛 單位：長春理工大學理學院
