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高中-本科-研究生辐射发展的物理学术竞赛

更新时间:2016-07-05

物理学术竞赛(Physics Tournament,简称PT)采取团队合作方式进行实验研究,就解决给定开放性物理问题的基本知识、理论分析、实验方案、结果讨论等进行讨论,旨在锻炼学生解决复杂科学问题的能力,并且能够针对这些问题给出令人信服的解决方案.该项赛事提倡知识学习与探索实践相结合,物理学与日常生活相结合,学术能力与人际交往能力相结合,个人能力与团队合作相结合.

1 PT发展沿革

在1988年由前苏联创始,最初是一项针对高中生的能力竞赛项目,称为国际青年物理学家锦标赛(International Young Physicists’ Tournament,简称IYPT),其主要目的是训练学生针对实际物理问题进行合作研究、发表观点和进行辩论的能力,并特别强调团队协作、开放思维和表达能力.南开大学物理科学学院自2007年开始接触该赛事,把此项赛事引入中国,并从2008年开始组织中国中学生代表队参与到IYPT的竞赛中.

南开大学物理科学学院认为IYPT的组织形式和竞赛内容,更适合我国大学生的能力训练,因此,从2008年以来举办学院年度学术竞赛(Nankai Physics Tournament,简称NKPT).经过9年的实践,取得了很好的效果,已经成为我院的一项本科生创新实践品牌项目,经常吸引兄弟院校的观摩或参与.随着2010年3月国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)颁布和实施,“素质教育是教育改革发展的战略主题”、“坚持能力为重”等要求,为我国高校的人才培养提出了明确的要求.和其他高校同仁认真研究了IYPT的理念和竞赛方式等各环节,充分认识到这种形式的竞赛有别于我国高校传统的科研训练,对提高大学生的创新意识、创新能力、协作精神和实践能力具有积极的意义.大家一致认为,在南开大学物理科学学院实施的本科生学术竞赛,有必要在我国高校中进行推广.因而决定举办中国大学生物理学术竞赛(China Undergraduate Physics Tournament,简称CUPT),并得到了教育部领导的关注与支持.首届CUPT于2010年7月在南开大学举行[1,2],有12所高校参赛.

采用SPSS 18.0统计学软件对数据进行处理,计量资料以“x± s”表示,采用t检验,以P<0.05为差异有统计学意义。

2011年,台湾地区同样借鉴IYPT的精神创办台湾大专生物理辩论高峰会(Taiwan College-student Physics Tournament,简称TCPT),辩论赛全程以英语进行,考验学生英语表达能力、论辩态度和逻辑思维.2013年TCPT更改比赛规则,由整支队伍参加比赛变更为单人对抗,强调双方针对同一题目的理解和交流.

此外,参加该赛事的学生走出自己的校园,与别的国家和地区的老师同学进行学术和人文的交流,比较各自学习的环境、教学方式、生活理念和世界观的差异,这对于一个人的培养也是至关重要的.有了坚实的学术基础和健康的思想,这才是成为人才最为基本的保证.

2 PT在南开的横向发展衔接介绍

一是水利地位更加凸显。重庆市委、市政府高度重视水利工作,将其摆在突出位置。中央政治局委员、重庆市委书记孙政才就农村饮水安全、山坪塘整治等多次作出重要批示。市长黄奇帆亲自召开专题会研究水利工作,落实“十二五”水利配套资金。重庆市委、市政府将解决饮水最困难地区500万人的饮水安全问题和完成7.4万口山坪塘整治,纳入全市22件民生实事范围,加快推进。水利基础性作用更加凸显,多方式配置资源、多渠道筹措资金,迎来了重庆水利大建设、大发展的春天。

本科教育针对于高中教育是一场学习方式的转型,而对于之后的研究生教育便是知识和能力积累的基础.如何在本科阶段更好地衔接高中和研究生教育两大部分一直以来是教育工作者关注的问题之一.在物理学的本科教育之中,PT的引入使得转型变得柔性,知识和能力的累积变得更加扎实.

坚持深入生活、扎根官兵的创作途径。部队官兵生活,是军事文艺创作的源头活水。军队文艺工作者只有深入生活、扎根官兵,才能体验官兵真实生活,了解官兵审美需求,感受官兵喜怒哀乐,挖掘感人素材,创作出接地气、受欢迎的文艺作品。应当健全军队文艺工作者深入生活、扎根官兵的制度机制,确保文艺工作者到部队当兵锻炼、任职代职、体验生活、调研采风、一线服务等活动常态化,真正做到身入、心入、情入。

图1 南开大学PT横向发展示意图

上机数控成立于2002年,属于高端智能装备制造行业,专注从事精密机床的研发、生产、销售。公司自2004年进入光伏专用设备制造行业,是业内最早的光伏专用设备生产商之一。公司形成了覆盖开方、截断、磨面、滚圆、倒角、切片等用于高硬脆材料的全套产品线,并已在蓝宝石和半导体专用加工设备领域占据重要一席。

无论是在高中阶段还是本科阶段都有惠及每一位同学相应的PT活动,如同金字塔的塔基一样,只有PT使更多的学生受益,广泛的提高学生自主学习、动手、表达和团队合作的能力,在此基础上针对一些能力较强的学生挑选出来参加更高一级的“精英赛”,如图1中所显示的,在高中阶段为IYPT比赛,在本科阶段为中文的CUPT和英文的TCPT.这些所谓的“精英赛”也不仅仅是几位同学受益.南开大学在本科阶段创办了学生社团“思辨社”,参加过这些“精英赛”的同学在思辨社中任职,主要负责组织和管理每年NKPT,向低年级同学普及PT知识,负责NKPT每一支队伍的参赛资格审查(主要为质量监控).同时针对英语交流的问题,思辨社还建议自主开设了“物语角”,以锻炼学生使用英语交流物理问题的能力.

更为重要的是,研究生新生中有一部分在本科阶段并没有接受过系统的科研训练,甚至根本就没有接触过科研.IPT作为一种从知识的获取到科学研究的摆渡车,让研究生很快的融入科学研究,掌握基本的科学研究的方法、基本的实验操作、基本的理论分析和计算机能力、基本的科学语言表达和写作能力等.通过几年的观察研究,导师普遍反映通过IPT的训练,研究生明显能力得到提升.

IPT的组队可以是在学的硕士研究生,IPT的引入加强了研究生和本科生的交流与合作,促使本科生尽早尽快的适应和习惯研究生的生活节奏.已经接受过完整科研训练的研究生将科研中的严格与规范以及正确的学术语言表达引入到赛事中来,在长期的赛事准备和竞赛过程中影响着本科生.此外,研究生阶段的生活和学习通过朋辈交流让本科生提前了解到未来即将面对的生活景象.

无论是高中阶段、本科阶段或者是之后的研究生阶段,学生之间的能力还是有一定差别的,所以针对于学生能力上的差别并考虑到将PT推广至每一位同学,使每一位同学都受益,都在能力上有所提升,南开大学物理科学学院设计了针对不同学生群体的层级PT环节,如图1所示.

对于高中阶段PT的普及,南开大学物理科学学院不仅发起了CYPT,每年也会派有经验的教师分赴各个省市的高中,帮助那里的中学了解PT和组织开展PT活动.2016年以各种形式参与CYPT的中学已经达到近100所.

为了进一步的推动PT在中国的发展,南开大学物理科学学院基于本科生的PT的蓬勃发展还将PT推广至中国的高中教育阶段和研究生阶段.在2013年推行中国高中生物理创新竞赛(China Young Physicists’ Tournament,简称CYPT)和国际物理学家锦标赛(International Physics’ Tournament,简称IPT).

3 PT在本科阶段与其它活动的接驳介绍

诚然,PT对于本科生逐渐适应大学的自主学习方式有着很好的润滑作用,但是毕竟其作用还是有限的,如何在本科阶段使PT很好的与其它的能力锻炼项目进行接驳,使学生可持续,不断深入的提高自己的能力呢?南开大学物理科学学院针对不同的学生群体定制了不同的纵向多层次培养方案,如图2所示.以PT作为学生一年级的一个基础活动,使学生通过PT开始了解和认识到本科阶段的学习方式,引领他们进入物理学探索的大门.从图2可以看出针对大多数同学的大班和少数同学的拔尖学生培养班(伯苓班)都是从一年级的PT活动开始,然后开始不同的接驳方案,其目的是一致的,都是要不断加深能力的培养.对于大班的普通同学,在入校之后会有一门必修课程“基本学术能力训练”,该课程主要针对NKPT开展介绍、辅导、咨询和帮扶的作用,课程会邀请具有国内外具有独立裁判资格的裁判讲解PT的打分规则和比赛注意事项.由思辨社的高年级已经参加过CUPT和TCPT的选手对学生遇到的问题进行咨询,帮助他们咨询教师,查找合适的实验室和实验器材,并以自身的参赛经历传授比赛经验.还会邀请历届的带队老师传授在集训阶段选手在准备实验、基本模拟软件使用、学术ppt制作等方面的经验等.该课程最终的考核方式是学生选择一道做得最优秀的NKPT比赛题目进行学术论文的写作.这样以来基本上训练了学生参与科学研究的全过程.再经过二年级的学生研究培训(Students Research Training,简称SRT),学生在不同的课题组真正面对科学研究项目,从项目的申请、实施、中期检查和最后的结题报告,使同学们掌握科学研究的基本方法.二年级的暑假还配备了国内十余所中科院科研院所的科研实习内容,拓展学生们的眼界和交流能力.三年级的“创新研究与训练”便是之前训练的一个总结,学生会提交听学术报告的总结和自己的科研经历,加上人文素养培训的内容,学生们可以对于自己前三年的创新实践能力进行梳理与总结.最后将进入为期一年的毕业论文阶段.

中国经济自改革开放以来,实现了几十年的经济高增长,当前已经遇到了阶段性瓶颈。而要突破这一瓶颈,就要改变过去粗放式的增长方式,并在经济发展模式和方向上寻找突破和创新。而其中,城市经济发展转向区域经济协调发展便是其中的一个重要方向。在区域经济发展和建设中,目前具有世界先进水平和成功经验的湾区经济发展模式,便是我们最值得学习和借鉴的榜样。因此,在中国经济转型期,探索如何建设有中国特色的湾区经济发展模式,为中国湾区经济的发展提供理论支撑,为中国湾区经济的发展提供理论参考,是本文研究的意义所在。

针对拔尖学生培养计划的伯苓班,要求会更加提高和深入.他们在一年级会有物理研讨课程,该课程首先是针对学术报告能力进行培养,基本的文献阅读、科技论文写作、科研ppt制作,会议海报等科研汇报涉及的内容会进行严格培训.然后针对开放的物理问题分组进行讨论和论文提交,培养学生交流问辩和总结的能力.二年级的伯苓班与大班同学一样也会进行各种SRT项目的申请,更重要的是开设科研训练课程,检查项目的进展,通过中英文汇报和海报的制作加深学生的科研能力培养.此外在伯苓班的二三年级,学生可以选择海外长期(一学期)或者短期(至少两个月)的科研实习,同时可在国内相关的研究课题组之间进行科研访问,参加国内外学术会议和学术交流活动.最终可在国内外课题组选择毕业论文的地点.

图2 南开大学本科阶段纵向多层次培养学生能力示意图

无论是大班的同学还是伯苓班的同学,“今日物理”讲座以每学期十余次的频率面向所有学生开放,国内外的一线科研工作者与学生们分享科学的美妙和那些创新的火花.针对不同的群体采取不同的培养方式,目的都是要使学生在本科阶段就具有基本的科学素养和接受基本的科研培训,为将来的进一步深造打下基础.不可否认的是,PT活动在他们入学之初便向他们展现了一个多彩的物理世界,引导他们从快乐和兴趣中转变学习模式,培育基本创新的种子,引领学生们进入物理学的大门并给予他们兴趣.

PT如同本科阶段人才培养大树的一粒种子,其锻炼的学生全方位的能力,让学生初步了解本科阶段物理教育的轮廓并去逐渐适应它.从以上的说明也可以看出,南开大学物理科学学院通过PT活动贯穿高中-本科-研究生三个阶段形成横向的链条结构,并在本科阶段通过PT活动作为基础其它活动无缝衔接形成本科培养人才的纵向脉络,这样的一张教育网络使得不同的学生群体均接受良好的培训,从这几年的发展来看,学生能力的提高效果显著.

4 实践反思与改进展望

因为解释物理现象或问题需要实验数据或逻辑推演的佐证.这个本质,使得物理是可以进行讨论的一个科学,且真理会越辩越明.物理学术的竞赛现场,针对所解的问题作报告与解释,同时解答别人的质疑;或是讨论时发现所做的解释发生错误,与对手共同体会出问题真实的解答.其实这过程与许多学者进行问题研究后,再去研讨会上报告的过程十分相似.

人们会因为兴趣随后产生关注,在关注的过程中逐渐才能体会到深入了解的快乐.被常人称之为“高大上”似乎无法企及的物理学其实和我们的生活息息相关.PT恰恰是这样的一个竞赛,它的所有题目都来源于生活,是我们经常看见却又忽视的一些现象,深入研究下去学生们会发现原来那么的有趣,物理学也可以边玩边学.但是PT的整个过程又与学术研究极其相似,学术素养便在这一过程中潜移默化的熏陶着每一位同学.廿世纪初,量子力学在欧洲刚刚开始发展的时候,爱因斯坦和波耳,波恩、海森堡以及薛定谔间对于量子力学中机率现象的论辩,是近代物理史上很著名的科学讨论,这场论述结果直接地促使许多物理学家对量子现象的了解.在PT的推广和普及中仿佛能看见著名物理学家那历史悠远的影子.

在南开大学将PT引入中国并推动其辐射至高中-本科-研究生不同层级之后,我们也一直在关注这项活动对于学生培养的效果,对于教师教育教学改革的影响.跟踪研究的结果显示,绝大多数参与过这项活动的同学选择了进一步的深造或者出国留学.在走访南开大学物理科学学院本科生科研导师过程中,导师们普遍反映认真参与过PT活动的学生在二年级参加本科生创新活动时主动性强、思维活跃、各项实验技能掌握全面,甚至不亚于一名研究生.此外,这项活动带给学生的团队合作、乐观奉献等积极向上的人生观和价值观也体现在他们今后的学习和生活中,学生辅导员和班导师在调查中对此表示认同,他们反映尤其是选拔参加CUPT国赛的同学积极参加各项志愿服务工作,在学生中能够起到“领头羊”的作用.

本次研究中对照组的患儿实施常规治疗,口服蒙脱石散,药物剂量针对于3岁以内的患儿为每次半袋,每天3次,而3岁以上的患儿则每天1袋,每天3次。而40例观察组患儿则加入微生态制剂进行治疗,主要为双歧杆菌四联活菌片,口服,每次2片,每天3次,利用温牛奶或者温水送服。

PT对于专业教师的授课和实验设计也是一种促进.围绕PT开设的讲授和实验课程,学生有很强的代入感,课堂活跃.由于PT和日常生活中的现象紧密相关,各类面向中小学的科普讲座和展示,各类在街区和科技馆的科学素养提升活动都会以PT中的现象作为教具进行展示.这也是我们目前正在开展的工作之一.

参考文献:

[1] 李川勇, 王慧田, 宋峰,等.中国大学生物理学术竞赛及其对培养学生综合能力的作用[J].大学物理,2012,31(5):1-4.

[2] 首届中国大学生物理学术竞赛在南开大学举行[J].大学物理,2010,29(10):64-65.

余华,李川勇,吴强,薄方,刘智波,阎宝岩
《大学物理》 2018年第05期
《大学物理》2018年第05期文献

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