程永喜 柴立臣 李淑青 景銀蘭

(太原工業(yè)學院理學系 山西 太原 030008)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結構的轉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.這就要求各工科院校要運用更新的教學理念、更好的教學模式，實現(xiàn)更高的教育教學質量.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)展需求的應用型和技術技能型人才成為自身發(fā)展的新的歷史使命[1].《大學物理》課程作為理工科專業(yè)學生的公共基礎課，對其課程改革探索在新工科學科專業(yè)結構和人才培養(yǎng)模式中具有重要意義.大學生物理學術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生創(chuàng)新競賽活動之一，在全國高校中得到了廣泛的認可和積極的參與[2].該競賽為培養(yǎng)學生的綜合素質與創(chuàng)新能力提供了較好平臺[3～5].同時，大學生物理學術競賽以其新穎的競賽內容和競賽形式，也為《大學物理》課程教學改革提供了新的思路和途徑[6，7].本文基于太原工業(yè)學院(以下簡稱我院)在大學生物理學術競賽活動中的教學實踐與經(jīng)驗，探討應用型本科院校的《大學物理》課程在培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才過程中的改革策略與思路.

1 《大學物理》課程教學現(xiàn)狀

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

近年來，為創(chuàng)新和提高我院應用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式，結合學科專業(yè)調整，我院大學物理教研室針對《大學物理》課程進行了一系列改革與創(chuàng)新.更加細化了《大學物理》課程的分級教學，《大學物理》A(電子信息工程、機械設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，《大學物理》B(化學工程與工藝、能源化學工程等專業(yè))由原來的96課時壓縮為64課時，《大學物理》C(網(wǎng)絡工程、軟件工程等專業(yè))保持32課時，《大學物理》D(對口升學班)保持96課時.我們重新修訂和出版了《大學物理簡明教程》，增加了配套的教學錄像、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《大學物理》課程的教學進度，提升《大學物理》課程的教學效果，我們創(chuàng)新性地引入了大學生物理學術競賽項目，加強了基礎理論教學與實踐應用的相互融合.《大學物理》課堂的物理學術競賽模塊引起了學生較大反響，提高了學生學習物理和運用物理的熱情.

2 大學生物理學術競賽的概況

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

山西省大學生物理學術競賽始于2016年，由山西省教育廳和山西省物理學會主辦.第一屆由山西大學承辦，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.該學術競賽的內容和形式均采用國際青年物理學家錦標賽的標準模式，以團隊辯論方式進行，以培養(yǎng)學生的創(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生之間的友誼和交流，不僅可以鍛煉學生的科研素質，還能培養(yǎng)學生的合作精神和交流表達能力，對于山西省高等教育教學改革與發(fā)展具有重要的實踐創(chuàng)新意義.

3 大學生物理學術競賽在太原工業(yè)學院的實踐

我院于2017年連續(xù)3年參加了山西省大學生物理學術競賽，該競賽的競賽內容、競賽模式和評判標準為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合素質提供了良好的載體.與其他各類競賽(如大學生數(shù)學競賽、大學生英語競賽等)不同的是，大學生物理學術競賽采用的是開放的青年物理學家錦標賽題目(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、結果討論等方面展開辯論.通過此項比賽不僅培養(yǎng)了學生優(yōu)秀的從事科學研究的基本素養(yǎng)和團隊協(xié)作能力，同時也展現(xiàn)了《大學物理》課堂教學的優(yōu)良成果.

基于每年參加山西省大學生物理學術競賽的背景和工科專業(yè)學生較多的現(xiàn)實情況，我院于2017年9月成立了院級大學生物理競賽社團.該社團的宗旨是:立足校園，服務同學，獨立思考，團結合作，反復試驗，探求規(guī)律，培養(yǎng)創(chuàng)新理念，打造知識、素質與能力“三位一體”的高素質應用型創(chuàng)新人才.大學生物理競賽社團堅持“動手動腦，好學善思”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.

我院以大學生物理競賽社團為平臺，結合《大學物理》課堂教學開展山西省大學生物理學術競賽選手的培養(yǎng)與選拔工作，實施學院級和省級兩級競賽模式.每年9月份開始組織學生報名，根據(jù)學生所選研究題目對參賽學生進行分組.以研究小組形式開展問題的研究，并參加兩級比賽.并于12月份進行學院級比賽，為下一年舉辦的山西省大學生物理學術競賽選拔和培養(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容、實驗過程、物理結論等展開辯論.評委老師依據(jù)全國大學生物理學術競賽的評判標準為其打分，選出優(yōu)秀選手，并進一步開展有針對性的培訓，為參加山西省大學生物理學術競賽做準備.大學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.社團充分利用大學物理實驗室、計算機網(wǎng)絡等資源，并與《大學物理》相關教學內容相結合，訓練學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，社團會定期組織學員學習物理理論知識，搜集生活中與物理有關的熱點、難點和焦點問題，并鼓勵選手通過物理課堂所學知識和理論、物理實驗操作能夠實現(xiàn)學以致用.同時，我們也把《大學物理》課堂搬到了競賽訓練場，針對每個競賽題目配備了相應的物理教師，對參賽選手進行定期輔導與培訓.通過上述工作的有力開展，我院大學物理教師指導學生于2017,2018,2019連續(xù)3年參加的山西省大學生物理學術競賽中，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物理教學的成果，體現(xiàn)了我院大學生較高的綜合素質與創(chuàng)新能力.

4 大學生物理學術競賽對《大學物理》課程改革的啟示

大學生物理學術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，通過資料調研、模型建立、實驗搭建、數(shù)據(jù)采集、理論分析、提煉物理結論等諸多環(huán)節(jié)才能順利完成一個競賽題目.通過攻關競賽所要求的各項內容，提高了學生自主學習的能力和團隊協(xié)作能力；通過辯論賽形式參加學院級和省級比賽，鍛煉了學生的口頭表達能力和分析問題、解決問題的能力與技巧；通過與其他學校的參賽隊伍進行學術討論與交流，不僅增長了學生的知識、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水平.我院大學生物理學術競賽活動的順利開展，為應用型本科院?！洞髮W物理》課程的教學改革提供了條件與新思路.《大學物理》課堂上，教師們會基于大學生物理學術競賽的研究題目，結合相關理論知識點，布置學生撰寫《大學物理》課程論文，培養(yǎng)學生查閱文獻、書寫科技論文的能力,增強學生在物理學習方面的主觀能動性.以大學生物理學術競賽為基礎，進一步開展大學生創(chuàng)新實驗項目，提高學生對《大學物理》課程教學的參與性，增強學生對《大學物理》課程學習的實踐性.同時大學生通過參加學院級和省級物理競賽所取得的科研成果，也成為《大學物理》課堂研究型教學的素材資料, 為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力提供條件.總之，通過基于大學生物理學術競賽的《大學物理》課程教學，著重培養(yǎng)學生運用所學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)對學生知識、素質與能力三位一體的培養(yǎng)，為將來學生走向工作崗位和研究生科研階段打下堅實的基礎.

5 結束語

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

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