卜勝利,顧錚賈力源,寇志起

(上海理工大學 理學院,上海 200093)

創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂,是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力。創(chuàng)新的意識應滲透到社會的各行各業(yè),尤其是教育界。高等學校是高層次人才培養(yǎng)的搖籃,因此在大學生中實施創(chuàng)新教育是培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是構(gòu)建國家創(chuàng)新體系的核心組成部分,也有利于“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”。

2016年2月25日國務院辦公廳印發(fā)的《全民科學素質(zhì)行動計劃綱要實施方案(2016—2020)》和2016年4月18日科技部和中央宣傳部印發(fā)的《中國公民科學素質(zhì)基準》均體現(xiàn)出科學素質(zhì)和科技創(chuàng)新對實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的重要作用[1]。大學生是未來科技創(chuàng)新的主力軍,將擔負起科技興國的歷史使命,因此全面培養(yǎng)大學生的科技創(chuàng)新意識、科技創(chuàng)新精神和科技創(chuàng)新能力顯得非常重要,也將有力地促進我國創(chuàng)新型國家的建設[2-3]。筆者根據(jù)長期的理工科物理教學經(jīng)驗,創(chuàng)建了多維度的物理實踐平臺并進行了有效的實踐教學改革,探討分析了其對理工科大學生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的積極作用。

一、傳統(tǒng)物理教育方式對科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的不足

基礎物理課程是理工科大學生必修的一門重要課程,是其今后專業(yè)課程的基礎,對其后續(xù)專業(yè)學習和發(fā)展具有重要的意義。我國著名物理教育學家趙凱華先生曾指出“物理學是培養(yǎng)和提高學生科學素養(yǎng)、科學思維方法和科學研究能力的重要基礎課”[4-5]。因此,物理教育為理工科大學生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了得天獨厚的外部和內(nèi)在條件。但傳統(tǒng)的物理教育方式主要依賴于課堂教學、側(cè)重于理論知識的集中傳授,學生在教室集中聽教師講授知識,學生學習起來感覺理論性和抽象性非常強。這通常導致在課堂上教師是主動的、學生是被動的現(xiàn)象。為了避免這種現(xiàn)象,通常授課教師可在課堂上采取問題驅(qū)動、互動交流等教學方法和手段,積極地調(diào)動學生主動思考,但其發(fā)揮的作用非常有限,難以培養(yǎng)學生的團隊合作、主動探究的精神,無法給學生提供創(chuàng)新的條件。因此,傳統(tǒng)的物理教育方式在學生創(chuàng)新思維的激活、科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面存在明顯的不足。眾所周知,物理學是一門以實驗為主的學科,同時也是最富于創(chuàng)新實踐的一門學科。因此,創(chuàng)建合適的物理實踐平臺將有力地促進理工科大學生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6-9]。

二、物理實踐平臺的創(chuàng)建及其對科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用

上海理工大學是理工科類高等院校,物理實踐平臺的創(chuàng)建具備了諸多先天的軟硬件條件,如:絕大部分學生均需修讀物理基礎課程、全校有大量的教學實驗室和學科實驗室及相關(guān)實驗平臺、實踐創(chuàng)作氛圍濃厚。另一方面,也非常有必要通過創(chuàng)建物理實踐平臺來提升本校理工科學生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。筆者于2010年起在校內(nèi)陸續(xù)創(chuàng)建了多種形式的物理實踐平臺,為大學生的各項物理創(chuàng)新實踐活動提供了必要的智力支持、軟件環(huán)境和硬件條件,受到了積極的響應,收到了良好的效果,促進了上海理工大學大學生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及相關(guān)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)體系的建設。

(一)物理課外創(chuàng)新制作

2010年首次創(chuàng)建了物理課外創(chuàng)新制作實踐平臺并策劃、組織和開展了相關(guān)活動。物理課外創(chuàng)新制作的命題來源于物理學科教師出題和學生自擬感興趣的題目。由物理學科教師組成專家組審題、判斷命題執(zhí)行的可行性,全校學生在此基礎上進行選題并選擇一個物理學科教師作為其指導教師。2010年共審定設立了37個有效物理創(chuàng)新制作命題,題材廣泛、內(nèi)容涉及到物理學科和相關(guān)學科的多個領域,如表1所示。根據(jù)各個創(chuàng)新制作命題的性質(zhì)和特點,每個命題由2～3個學生組成團隊或由1個學生獨立完成。學校為創(chuàng)新制作活動提供經(jīng)費、場地等軟硬件環(huán)境與條件。創(chuàng)新制作的完成以學生自主創(chuàng)作為主、指導教師提示指導為輔。學生根據(jù)自己所學的物理知識、再結(jié)合查閱有關(guān)物理資料,自行設計制作一些利用物理原理工作的作品、演示驗證一些物理現(xiàn)象和規(guī)律?；顒咏Y(jié)束時,學生撰寫遞交結(jié)題報告并進行作品展示,通過舉行結(jié)題報告撰寫評分會、結(jié)題答辯會等環(huán)節(jié)綜合評價學生創(chuàng)新制作作品。

由于時間、空間、團隊組合等多方面的靈活性,物理課外創(chuàng)新制具有培養(yǎng)學生科技創(chuàng)新意識、科技創(chuàng)新精神和科技創(chuàng)新能力的基礎,能夠為學生的創(chuàng)新思維拓展和創(chuàng)新設計制作的實現(xiàn)提供條件[10-11]。在物理課外創(chuàng)新制作的實踐活動中,學生真正體會到“學習即創(chuàng)造”,教師真正體會到“教學即研究”。

表1　物理課外創(chuàng)新制作命題Tab.1　Tasks for extracurricular physical innovative production

(二)物理科研實踐計劃

2014年底開始籌劃創(chuàng)建物理科研實踐計劃平臺。物理科研實踐計劃針對物理素質(zhì)較好、創(chuàng)新欲望較強的本科學生,讓其進入教師的課題組或?qū)嶒炇?盡早接觸科學研究活動、熟悉整個科研活動的環(huán)節(jié)和過程,為其創(chuàng)新想法和研究設想提供硬件平臺、導師指導和預研條件。通過制定專門的文件對參與該計劃的學生和指導教師提出具體的要求,為該計劃有效、順利的實施提供了制度保障。為了充分調(diào)動師生參加物理科研實踐計劃的積極性和主動性,學校和學院還將該計劃與學生創(chuàng)新選修學分認定和教師工作量補貼進行了掛鉤。在該計劃執(zhí)行過程中,通過中期檢查、報告撰寫、答辯匯報、專家評審等程序加強過程管理和質(zhì)量監(jiān)控,促使其在學生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面發(fā)揮最大作用。截止目前,已連續(xù)在三屆學生中實施了科研實踐計劃,應用物理學本科專業(yè)有16名學生參與其中。

物理科研實踐計劃有效地訓練了學生查閱科技文獻能力、信息收集處理能力和相關(guān)實驗技能,鍛煉了學生提出創(chuàng)新性想法和開放性思考科學問題的能力,為學生今后繼續(xù)深造和科技創(chuàng)新奠定了堅實的基礎。

(三)物理學術(shù)競賽活動

借鑒國際青年物理學家錦標賽(International Young Physicist’s Tournament,IYPT)的競賽形式,2010年7月由南開大學發(fā)起并主辦了首屆中國大學生物理學術(shù)競賽(China Undergraduate Physics Tourna-ment,CUPT),2014年7月由上海市物理學會主辦、華東師范大學承辦了首屆上海市大學生物理學術(shù)競賽(Shanghai Undergraduate Physics Tournament,SUPT),2017年7月將于上海交通大學舉行第四屆上海市大學生物理學術(shù)競賽。2014年首屆上海市大學生物理學術(shù)競賽剛啟動,筆者策劃創(chuàng)建了上海理工大學校內(nèi)物理學術(shù)競賽活動平臺,負責全校該項賽事的組織策劃、規(guī)則制定、報名選拔、校內(nèi)評選、組隊指導、備賽領隊等各項工作。該競賽學生報名踴躍、參賽積極性非常高。在賽題準備階段,采用學生自主創(chuàng)作為主、教師指導為輔的方式,與問題相關(guān)的基本知識、實驗方案靠學生自己查找和設計。學生根據(jù)所學的物理原理進行實踐研究,自行設計實驗、驗證物理現(xiàn)象和規(guī)律,鞏固了所學物理知識和原理,激發(fā)了學生對物理的學習興趣,培養(yǎng)了學生的團隊合作與協(xié)作精神,鍛煉了學生的科技創(chuàng)新能力。

該競賽的題目于競賽前一年公布,來源于物理學的各個領域,甚至是交叉學科。與傳統(tǒng)的考試題目不同,競賽題目是開放性的、沒有標準答案。該競賽是一種很好的培養(yǎng)大學生科技創(chuàng)新意識和能力、提高其動手實踐能力、提升其綜合素質(zhì)的物理實踐活動形式和載體[12-16]。

除此以外,還在全校范圍內(nèi)組織開展了“物理學科競賽(專業(yè)組)”和“物理學科競賽(非專業(yè)組)”,激勵學生創(chuàng)新競賽意識,營造良好的校園創(chuàng)新環(huán)境和創(chuàng)新氛圍[17]。為了使各種物理實踐平臺在大學生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面充分發(fā)揮作用、落到實處,籌劃組建物理創(chuàng)新實踐活動指導團隊、建設物理創(chuàng)新實踐活動室。

三、實踐效果

物理課外創(chuàng)新制作活動深受學生歡迎,有的學生說:“此次大學生物理課外創(chuàng)新制作活動,自己參與到了其中,真正的得到了好多好多。學會了實驗應該具備的實事求是的精神,理解了團隊合作的重要,知道了虛心請教的必不可少,同時探索了物理的神奇和偉大”。參與結(jié)題報告撰寫評分會和結(jié)題答辯會的校外專家對物理課外創(chuàng)新制作活動給出了高度的評價:“此活動非常有特色,對大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)非常有好處”。通過物理課外創(chuàng)新制作實踐平臺,學生切實地體會到物理的奧妙、物理制作的樂趣,激發(fā)了學生學習物理的興趣以及對科學的熱愛,培養(yǎng)了學生的動手實踐能力、科學素養(yǎng)和科技創(chuàng)新能力。基于物理課外創(chuàng)新制作活動的成果匯編了約14萬字的《大學物理創(chuàng)新實踐活動-優(yōu)秀結(jié)題報告匯編》。圖1為2010年首屆物理課外創(chuàng)新制作活動過程中部分學生作品的實物圖。

圖1　學生物理課外創(chuàng)新制作的部分作品Fig.1　Pictures of selected creative works by students during the extracurricular physical innovative production

通過物理科研實踐計劃的開展,學生申報國家級、上海市級與校級“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目”的積極性和申報成功率大幅提高,并有積極參加各級別的“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽的意愿。據(jù)統(tǒng)計,參與物理科研實踐計劃的學生中絕大部分將繼續(xù)深造、到國內(nèi)外著名高校攻讀研究生學位。第一屆參與物理科研實踐計劃的5名學生已于2017年7月畢業(yè),其中3名學生分別被中國科學技術(shù)大學、同濟大學和上海大學錄取為碩士研究生,有3名學生和指導教師有合作署名文章在國內(nèi)外重要學術(shù)期刊上發(fā)表。如:張雨亭同學以第二作者在Chinese Physics Letters上發(fā)表論文《A mixed host emitting interlayer based on CBP:TPBi in green phosphorescent organic light-emitting diodes》。

在物理學術(shù)競賽過程中,學生們就17道開放性實際物理問題進行團隊合作研究,就其物理知識、理論分析、實驗方案、結(jié)果討論等進行辯論性比賽。參賽后的學生都感言頗多、受益匪淺,認為自己得到了鍛煉和提升,認清了自己的不足和需要努力的方向,激發(fā)了奮發(fā)圖強的斗志和創(chuàng)新意識,促使學生知識、能力和素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展,有利于理工科大學生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

四、結(jié)束語

近年來,借助物理課外創(chuàng)新制作、物理科研實踐計劃、物理學術(shù)競賽活動、物理學科競賽等多種實踐載體和方式創(chuàng)建了各種類型的物理實踐平臺,取得了較好的實踐效果,促進了理工科大學生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng),構(gòu)建了具有理工科特色的科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系。

參考文獻：

[1]王微.《中國公民科學素質(zhì)基準》發(fā)布引熱議[J].科技導報,2016,36(9):9.

[2]董卓寧,段海濱,張江.大學生基礎性創(chuàng)新能力培養(yǎng)探究[J].科技導報,2012,30(33):11.

[3]孟凡超.如何培養(yǎng)大學生的科技創(chuàng)新能力[J].科技導報,2014,32(25):90.

[4]趙凱華.物理教育與科學素質(zhì)培養(yǎng)[J].大學物理,1995,14(8):2-6.

[5]陳佳洱,趙凱華,王殖東.面向21世紀,急待重建我國的工科物理教育[J].科技導報,1999(2):31-33.

[6]王傘,趙旦峰,劉文智,等.分層次開放型學生科技創(chuàng)新實踐平臺建設探究[J].實驗室研究與探索,2012,31(10):322-325.

[7]黃爾烈,安憲軍.學生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究與實踐[J].河北師范大學學報(教育科學版),2008,10(2):95-97.

[8]潘信吉.學生科技創(chuàng)新平臺的建設與實踐[J].實驗室研究與探索,2010,29(7):207-209.

[9]虞世鳴,楊彥,楊瑩,等.大學生科技創(chuàng)新活動可持續(xù)發(fā)展指導策略和方法的探討[J].實驗室研究與探索,2012,31(7):98-102.

[10]白忠,李延標,田俊杰,等.學生科技創(chuàng)新活動與物理實驗教學有機融合的探索[J].大學物理實驗,2017,30(1):149-152.

[11]王松武,劉文智,李海波.引導學生開展課外科技活動的實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2007,24(11):20-22.

[12]黃瀟漪.中國大學生物理學術(shù)競賽的作用探析[J].高等理科教育,2014(4):92-96.

[13]張晚云,曾交龍.大學生物理學術(shù)競賽及其對學生全面素質(zhì)與創(chuàng)新能力的強化作用[J].高等教育研究學報,2011,34(3):113-115.

[14]張晚云,曾交龍,陸彥文,等.依托大學生物理學術(shù)競賽,培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才[J].大學物理,2011,30(6):35-37.

[15]李川勇,王慧田,宋峰,等.中國大學生物理學術(shù)競賽及其對培養(yǎng)學生綜合能力的作用[J].大學物理,2012,31(5):1-4.

[16]李業(yè)鳳.依托物理學術(shù)競賽平臺 探索培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力[J].實驗技術(shù)與管理,2014,31(5):14-16.

[17]楊威.依托科技競賽和創(chuàng)新性實驗計劃 培養(yǎng)大學生科技創(chuàng)新能力的研究[J].思想政治教育研究,2010,26(2):114-116.