原创 杨珺 曾孝奇 物理与工程
摘 要
学科竞赛，是高等学校教学进程里用于达成素质教育以及创新人才培育目标的关键方式，本文以南方科技大学当作例子，去分享南科大自建立学校以来，大学物理实验教学中心于“大学物理实验”课程以及学科竞赛层面的独特之处与经验，我们试着把学科竞赛跟教学进行有机融合，提出来“拓宽知识”“注重应用”“学科交叉”“年级融合，上下传承”这样的全新教学理念，去思索学科竞赛在“大学物理实验”课程教学改革里所起到的作用，探讨学科竞赛对于维持持续创新的积极有益之处。
关键词 学科竞赛；大学物理实验；教学改革
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课程是物理学的根基，“大学物理实验”课程于培育大学生严密的科学思维以及创新能力而言，于培育学生将理论关联实际、尤其是同科学技术发展相适配的综合能力而言，于满足科技发展与社会进步的需求而言，有着不可替代的功效 。经过系统学校专业教育历程，学生已掌握平常课堂教学内容，熟悉基本理论知识，具备一定实验方法与技能。围绕这些所学，学科竞赛采取竞赛方式运行，其促使同学把理论紧密联系实际制度大全，全面深化并提升综合能力。它在推动课堂教学与激活学生实践创新能力方面展现关键作用，是二者间重要连接纽带。在高等学校整个广泛教学进程里，作为重要运作手段，学科竞赛有力助力素质教育真正落地，达成创新人才培养目标 。
寻求怎样凭借学科竞赛来带动“大学物理实验”课程教学的改革以及创新，还有怎样完善新时代“大学物理实验”教学体系建设的研究，正处持续探索进程中。本文以南方科技大学作为实例，探寻怎样让“大学物理实验”教学与学科竞赛彼此促进，达成可持续的教学创新。
1 南方科技大学特色的《大学物理实验》课程及物理学科竞赛
2011年2月，南方科技大学大学物理实验教学中心组建，由国家教学名师霍剑青教授带领，为全体本科生开设“大学物理实验”系列课程，围绕南科大培养国际化创新型人才的目标，依据围绕实验教学培养学生自主学习能力、探究精神、实践能力和创新能力的目标，探索建设与发展的新思路与新理念 。依据南科大学生数量少的这一特性，考量物理实验教学方式具备灵活性的特质，鉴于教学呈现小班精英化的特点，积极借助现代信息化技术的教学手段，运用多元化的教学资源，营造出开放式教学的氛围，打造自主式学习的实验教学环境，以将培养创新拔尖人才当作目标，对物理实验课程内容以及教学方法予以改进。历经 10 年的奋力努力，大学物理实验课程逐步构建起具有南科大特色的全方位学生培养体系，其教学特色包含：
建成一种逐步使学科相互交叉、进而进行升级的物理实验课程体系，南方科技大学的大学物理实验系列课程被划分成一门名为《基础物理实验》的课程、一门名为《综合物理实验》的课程、一门名为《现代物理技术实验》的课程以及一门名为《研究型实验》的课程 ，这其中呀，《基础物理实验》成为了对于全校所有学生而言都是必修的课程 ，达成了无论是在春季学期还是秋季学期这种来回滚动式连续开课的状态 ，并且还做到以英语来实施授课 ；而其他的三个层级类别归为专业必修课 。
该模式为线上线下混合式开放式教学模式，具有多元化特点，其中引入虚拟仿真物理实验以此作为实验预习，凭借开放电源管理系统，打破了课堂教学时间的局限性，还打破了课堂教学空间的局限性，最终实现开放式教学以及学生主动式学习。
（3）于各级实验课程当中，开设设计性课题，开设探究性课题，开设研究型课题，特别是在《研究型物理实验》这门课程里，引入我校物理系最领先的科研课题，以此激发学生进行研究性学习，激发学生开展探索式学习，进而培养学生的自主能力，培养学生的创新能力。
学科竞赛也是南科大大学物理实验教学中心的特色与亮点。从 2013 年开始，首次安排学生参与“广东省第 14 届大学生物理实验设计大赛”，之后持续开展组织并指导学生参与国内外不同级别物理类学科竞赛，诸如“The （美国大学物理竞赛）”“中国大学生物理学术竞赛”“广东省大学生物理实验设计大赛”等，有了出色表现佳绩，到 2020 年年底时，得到各级奖项 30 多项，其中涵盖国际金奖、银奖、铜奖，国家级一等奖、团体二等奖、个人单项奖，广东省级比赛一等奖 3 项等 。“2014年美国大学物理竞赛”的金奖，是我国首次得到此项比赛的金奖。
大学物理实验教学中心，在近十年间，摸索着，逐步发展起来，形成了一套是南科大独特特性样式的物理学科竞赛体系。南科大学生数量少，并且在一年级时并未划分专业，依据这种特性特点，才形成这样一套区分不同级别层次阶段，使其一步一步逐级上升的，让学生能够自主参与进来的竞赛体系。大学生每年参与的竞赛，依难易程度以及对学生物理知识的要求，划分成三层：“广东省大学生物理实验设计大赛”适宜低年级学生参与，旨意在于培育学生的创新思维以及动手实践能力；中高年级学生选定专业之后，参与“全国大学生物理学术竞赛”与创新赛，着重于训练学生针对实际物理问题开展研究，提升物理学术思维以及理论联系实际的能力，与此同时培育学生团队协作以及表达能力；高年级学生的理论知识更为深厚，更多地参与“美国大学物理竞赛”，此竞赛是在48小时之内完成赛题、撰写并提交英文论文。这个比赛，更着重于在短时间以内，运用创造性思维去解决现实世界里的实际问题，要拥有较高的物理理论基础，以及物理知识的综合运用能力，并且对写作水平的要求颇高，参赛的时间短暂，节奏快速，十分适宜高年级学生参与。学生依据自身的能力和兴趣，挑选契合自己的竞赛，不但在竞赛当中加深对物理知识的理解，同时还依据竞赛里遭遇的问题，自主去学习大学物理理论课程之外所需的各类知识，全面提升自身对物理的兴趣以及科学素养 ，。
2 物理学科竞赛促进教学模式改革
一方面，在开展物理实验教学之际，另一方面，于参加学科竞赛之时 ，在此双重情况下 ，大学物理实验教学中心积极去探索 ，探索那教学与竞赛能够相互促进的新思路 。举例来说 ，在2018年秋季这个时间点 ，把名为《酱油光学》的“2019大学生物理学术竞赛”题目 ，引入到《研究型物理实验》课题阶段 。对比以前的课题，这一道课题更靠近生活，把身边看起来简单的物理现象放进实验室研究，揭示出物理的本质，更易激发出学生对物理学生出浓厚的兴趣，且调动了学生参与学科竞赛的热情，在学生进行课题研究之际，教师要适应这类开放性课题2017国际物理竞赛，扩充专业知识并提升解决实际问题的能力，达成教学相长，而2018年学生对该课题的研究，又给2019年参加竞赛奠定了良好的基础，实现教赛相长，是南科大教学与竞赛相互推动的新尝试。
南方科技大学在大学物理实验课程建设方面所取得的成就，以及在学科竞赛当中收获的成果，为借助学科竞赛来驱动教学改革与创新奠定了坚实无比的基础。南方科技大学积极主动地去探索大学物理实验教学与学科竞赛之间存在的联系，目的在于达成教学能够夯实竞赛基础的目标，以及竞赛能够促进教学改革的目标，从而让大学物理实验教学始终具备源源不断的创新能力；去探索凭借学科竞赛作为驱动力量，以此促进大学物理实验教学进行改革，进而保持持续不断的教学创新态势。将学科竞赛跟“大学物理实验”教学相互结合起来，教学稳固竞赛基础，竞赛促使教学改革，教赛共同成长接连不断革新 。
南科大物理教学实验室有着重视基础的传统优势，其教学模式呈现出灵活多样的特点，且教学手段颇为先进，在此根基之上，把学科竞赛与教学进行有机融合，进而提出了“拓宽知识”的新理念，还提出了“注重应用”的新理念，也提出了“学科交叉”的新理念，又提出了“年级融合，上下传承”的新理念，并且探索以及形成了一套具备持续创新能力的新教学模式。
1）拓宽知识
物理学科竞赛里，物理原理要学生自主完成，实验设计得靠学生自己，实验过程由学生自主把控，数据处理也需学生亲力亲为2017国际物理竞赛，突出了学生主体地位，对学生综合运用知识能力，以及理论联系实际能力，都提出了更高要求。以往物理实验教学，更侧重于某关键物理原理理解，竞赛中却往往要探讨现象背后物理本质，这就要求学生对物理原理有更深且更广内涵了解，教学里得拓展专业知识与前沿技术，如此才能满足学生竞赛需求。各个级别的我们的物理实验项目全都是包括力、热、电、光、磁等之类学科的；额外开设选修课去开展物理学科通用性软件教学；课程当中添加进去的设计性、研究型课题部分，这些均深化以及拓展了学生的知识面。
2）注重应用
学科竞赛着重关注学生用以解决实际问题的综合能力，它属于课堂教学以外的实战，教学的时候应当重点关注物理原理的实践应用，在教学内容里增添工程技术、生活知识、前沿科技方面的内容，以此锻炼学生实际动手的能力，进而培养学生的创新思维能力。我们于《研究型物理实验》课程里，开展了“光纤拉制”“液晶制备”等工程类实验，在该课程课题一部分，引入了物理系科研实验室的《新型铁磁铁电二维材料的制备与封装》《碲化铋基热电器件的快速制备与性能测试》等科研前沿项目，这不但提升了学生的科研动手能力，还让学生知晓了现今科研前沿热点，激发了学生的探索热情。
3）学科交叉
物理学科竞赛里有这样的状况，现代科学呈现出高度综合的态势，各学科之间存在交叉联系，科学有一种一体化趋势很是明显，竞赛题目并非只是单纯解决物理问题，常常是多门学科交叉融合，像实验设计得依靠数学建模，实验装置里要用到机械、电子、材料、化学等各学科知识，数据处理过程没办法离开数学统计、信息技术。就在以往我们参与的物理学科竞赛进程当中，我们时常会特意吸纳并非物理专业的学生加入，各个学科的学生展开分工协作，效应显著，像在 2019 年广东省大学生物理学术竞赛里，选取《可视化环形涡旋的发生装置与研究》的一组 5 名学生，分别源自物理系、机械系以及电子系，他们凭借自身的专业优点，制造出精准操控的实验装置，对涡旋这种物理现象实施了研究，收获了优异的成果。给到我们的该种启发是，于教学开展进程当中呀，应当适度地去结合各个学科的专业知识呢，从而能够提升学生全面解决问题的那种能力哟。
4）年级融合，上下传承
物理学科竞赛形式丰富多样，重点各有差异，面向的学生年级并非全部一样，有的适合让低年级学生去参加，而有的则需要具备更多专业知识的高年级学生来参加；备赛的时间也是不一样的，有的集中在几天之内就可完成，有的却需要横跨学年去准备。在以往举办的竞赛当中，我们刻意去模糊参赛学生的年级，更期望一支竞赛队伍里面有不同年级的学生参与其中，由高年级学生带动低年级学生，彼此相互学习，互相取长补短。首先，对于低年级的学生而言，存在这样一种情况，那就是能够连续两年参与比赛，第一年的时候集中精力于学习，并且致力于积累经验，第二年则带领低年级学生去参加比赛，把多年来积累的经验传递下去；其次，在教学方面，表现为高年级学生向教师给予反馈，教师在接下来一年的教学过程中及时对教学内容、教学模式以及教学手段进行调整，以此保持源源不断的创新能力。
3 学科竞赛对学生个人学业水平影响的思考
以学科竞赛为驱动力的“大学物理实验”教学方面的改革，其最终所要达成的目标是培育创新型人才，去探究学科竞赛对于学生个体创新能力的培育情况，特别是对学生长期的学业发展所造成的影响，这对于高校教学人才的培养具备借鉴价值。举例来讲，2015级有位郑同学，由于参与了相关竞赛，从而“拥有了完整的做课题的经验”，进而获取了由UCLA给予的交流机会，而在UCLA开展交流学习期间，郑同学明确了后续的研究方向跟目标，并且荣获了2019年度南科大“十佳毕业生”的称号 。一门学科的竞赛，并非仅仅在某一个时刻，就使得学生的知识得以增添，能力获得提升，并且，对于学生整个一生而言，它都有可能产生一种长远的、深远的、深刻的影响 。
我们持续关注的那回事儿，是学科竞赛给学生个人学业水平带来的影响。学科竞赛呢，在学生专业选择方面有长远影响，在学生研究方向选择方面有长远影响，在学生毕业去向方面同样有长远影响。而我们呢，已经对历年参与竞赛学生的毕业去向以及研究方向，逐步展开了收集工作，为的就是对探究创新人才培养模式，能有有益的借鉴以及促进作用。
4 结语
南方科技大学大学物理实验课程建设收获的成果，以及学科竞赛获取的成绩，给学科竞赛推动教学改革与创新奠定了颇为坚实的根基。我们借助南方科技大学教学小班形式、精英化特质、教学具备灵活性这些特点。以学科竞赛当作驱动，积极去开拓且创新。探寻新时期人才培育模式，维持持续不断的创新能力，服务于创新型国家的建设以及深圳创新型城市的建设。