摘要：文章首先分析了大学物理实验课程教学现状，然后论述了基于全国大学生物理学术竞赛的大学物理实验课程教学改革，接着说明了基于全国大学生物理学术竞赛的大学物理实验课程教学改革初步效果，最后对基于全国大学生物理学术竞赛的大学物理实验课程教学改革进行了展望。

　　关键词：大学物理实验课程教学；全国大学生物理学术竞赛；物理实验平台
      全国大学生物理学术竞赛（以下简称“物理学术竞赛”）（China Undergraduate Physics Tournament，CUPT）是我国借鉴国际青年物理学家锦标赛（International Young Physicists’Tournament，IYPT）模式创办的一项面向全国本科生大规模的物理类赛事[1-2]。2008年，南开大学首次将IYPT引入我国大学生物理能力训练。2010年，该项赛事正式被命名为全国大学生物理学术竞赛，同时成立了中国大学生物理学术委员会，并且得到了教育部的支持，其被列入中国物理学会物理教学指导委员会的工作计划，成了实践国家教育中长期发展规划纲要的重要大学生创新竞赛活动之一[3]。迄今为止，该项赛事在全国已经举办了13届。国赛规模在60支队伍左右，选拔规则即上一届比赛前36名的高校为种子队可以直接进入下届国赛，其余参赛队伍需要通过省赛、地区赛（全国华北、东北、华东、中南、西南、西北六大地区赛）的层层角逐，选拔出各地区赛的前4名高校队伍参加国赛。

　　该项赛事旨在提高学生运用所学知识分析解决复杂科学物理问题的能力，并且要求学生能够提出针对性的解决方案，以培养学生具有开放性和综合性特点的科学思维能力[4]。该项赛事的题目都源于与生活密切相关的物理问题，看似简单有趣，实际上蕴含丰富复杂的物理机制，且解决问题的方法并不唯一，没有明确的答案[5-6]，打破了传统物理实验“在规定的时间里，必须按照固定的模式，得到唯一的答案”的教学模式。该项竞赛可以极大地培养学生综合应用知识的能力、分析问题的能力、动手操作的能力，以及科学研究的基本素养。同时，该项赛事以正、反、评三方团队辩论对抗形式进行，不仅可以提升个人专业知识、科学素养等，还可以培养队友之间的相互信任度和团队角色协调能力，同时也能极大地提升参赛者语言表达能力与人际交往能力[7-10]。通过观察多年的实验课程教学和竞赛指导可以发现，实验教学和竞赛指导相互融合，能够取得很好的实践教学效果，实现学生的共同提升，尤其是在教学中引入竞赛的元素，可以提升学生的学习兴趣、自主学习能力、创新能力和科研能力，更好地为新时代培养拔尖型人才和创新型人才。鉴于此，基于大学生物理学术竞赛导向的大学物理实验课程教学改革探索是一项十分必要的工作。

　　一、大学物理实验课程教学现状

　　大学物理实验是大学理工科专业的一门重要的公共基础必修课程[11-13]，旨在构建学生厚重的物理基础，锻炼学生运用理论解决实际问题的能力、发展学生的创新意识与创新能力，以期达到培养学生形成较高物理综合素质的目标。可见，大学物理实验课程是其他专业实验课程的基石，尤其在理工科专业起到非常重要的奠基作用。然而，传统大学物理实验课程存在许多问题，如学校对大学物理实验课程不重视，导致教学平台落后，满足不了时代发展的需要；实验室教师角色定位较低；教师在教学过程中存在教学方法单一、课程内容陈旧、评价体系单一等问题，导致学生学习兴趣不高，严重影响了大学物理实验课程教学质量[14-16]。

　　（一）对大学物理实验课程教学不重视，物理实验平台比较陈旧

　　大学物理实验课程是接受系统实验训练的一门课程，是面向应用型高等理工科院校本科生的基础训练课程，更是其他专业实验课程的基石。但是，当前大学物理实验课程一直被边缘化，未能得到学校的重视，大多数高校都将重心放在理论课程和专业科研实验室这两者的建设上。第一，实验课程的开展需要相应的实验平台，而平台的建设需要大量资金。由于很多学校面临考核指标的压力，不得不将资金用于专业科研实验室的建设，导致部分大学物理基础实验平台比较陈旧，难以满足新时代的需求。第二，实验课程方面专业师资严重不足。当前大部分高校都重科研、轻教学，尤其是实验类课程教学中，很多实验室教师的工作重心倾向于科研，导致大学物理实验课程教学流于形式，严重影响教学质量。

　　（二）大学物理实验课程授课模式不合理，评价体系单一

　　当前大学物理实验课程教学依旧采用传统的教学方法，实验过程主要为教师讲解实验原理、实验内容、实验步骤及注意事项，学生按照教师所讲的要领模仿操作，从而得到固定的数据。整个实验过程中，学生缺乏独立思考、创新意识。这样的传统教学方式将严重影响学生学习大学物理实验课程的积极性，使课程教学效果大打折扣。另外，大学物理实验课程教学项目没有按照学生专业特点进行有效的分类，导致学生开展的实验都流于形式，无法认识到大学物理实验课程对其专业和专业实验的重要性，不利于大学物理实验课程教学质量的提高。目前，学生成绩评定还是以实验报告为主，大多数教师评价只是强调实验报告的工整性和实验数据处理的准确性，常常忽视学生对实验项目的理解能力、设计能力、动手能力、解决实际问题的能力和创新能力，使学生的综合素质难以在大学物理实验课程教学考核中得以体现。

　　二、基于全国大学生物理学术竞赛的大学物理实验课程教学改革

　　（一）重视大学物理实验资源和人员建设

　　物理学术竞赛是一项需要参赛者综合运用所学的知识分析解决复杂物理问题的赛事，该项赛事的题目大部分源于知名期刊论文中对与生活密切相关的物理问题的讨论，看似简单有趣，实际上蕴含丰富复杂的物理机制，且解决问题的方法并不唯一，没有明确的答案。学生不仅需要根据题目的要求独立调研文献，建立理论体系，还要根据已有的知识设计实验方案、搭建实验装置，这样才能得到较为理想的实验结论。由此可见，物理学术竞赛的开展需要一个较为完善的物理实验平台。对此，学校不仅需要完善大学物理基础实验室的建设，还需要加大资金投入建立或更新综合实验室。现代化的实验室可以让学生在设计实验时有更多的选择、更科学的实验装置、更好的实验效果，这有利于激发学生的学习兴趣；仿真软件和多媒体实验室可以让实验过程变得更加生动具体，能够预测实验结果，减少实验的错误率，降低实验成本，缩减实验周期；大型仪器（如X射线衍射仪、电子显微镜等）的加入可以激发学生对事物物理本质进行探究的兴趣，同时激发学生的科研创造力。因此，可以说，大学物理实验课程是专业实验课程的基石，而大学物理实验平台是大学物理实验课程的灵魂。另外，实验教学师资队伍的培养和升级也是十分必要的，因为新时代拔尖人才和综合人才的培养与教师密不可分，好的教育需要用优秀的人培养更优秀的人，“教育如同是一棵树摇动另一棵树，一朵云推动另一朵云，一个灵魂召唤另一个灵魂”。即教师要想培养优秀的学生，还需自身有一定的能力。教师教学绝不是单纯的专业知识传授，还与教师的综合能力密切相关，如教师对问题的认识能力、解决能力，甚至是教师的言行举止等个人魅力。所以除了要加强专业知识掌握，教师还应该加强自身的综合能力培养，重视和热爱实验教学。除此之外，高校也要在培养教师教学能力的同时，建立培训机制和激励机制。教师要“走出去，也要引进来”，其中“走出去”就是学校的实验室教师要去更优秀的学校学习更先进的教育理念，开发出先进的教学项目；“引进来”就是建立良好的教学环境吸引优秀的教师支援大学物理实验课程的建设。由此，实现大学物理实验课程专职教师队伍教学、科研等方面综合水平的提升。

　　（二）将竞赛元素引入大学物理实验课程，改进教学方法

　　大学物理实验课程教学中采用的传统教学模式往往以教师为主体，教师全程主导教学，采用“灌输式”的方法让学生被动地接受知识，而不会引导其应用所学知识去解决问题，效果很差，甚至会把学生的学习的兴趣消磨殆尽。然而对于物理学术竞赛而言，其题目贴近生活，看似简单却蕴含丰富的物理机制，没有固定的答案，需要用创造性、开放性的思维去研究、探索和解决问题，然后依靠团队采用辩论的形式进行比赛。故该类赛事可以有效地激发学生对物理实验的兴趣和求知欲，提升学生的动手操作能力和实际问题的解决能力，能较好地为学校培养拔尖型人才和综合性人才。由此可见，在大学物理实验课程中适当引入物理学术竞赛元素极为必要。例如，贵州大学（以下简称“我校”）在大学物理实验课程的设计性实验项目中加入了物理学术竞赛的“开放式题型、团队协作、分组对抗答辩”等竞赛元素。更重要的是，教师将物理学术竞赛中“磁力振荡器”“沙池”等趣味性强、难度适中的题目作为今年设计性实验的探究课题，进一步增强了课程设置的多样性与趣味性。基于此，学生在大学物理实验课程教学之初选择实验项目和自己团队，通过查阅相关资料，设计实验方案，并在教师的帮助下适当地改进实验方案，得到了意想不到的实验效果和教学效果。与此同时，作为教师，还应在整个过程中采用翻转课堂、成果导向教学模式等教学方法，激发学生的兴趣，进而提高学生的知识水平、实践操作能力。

　　考虑到将竞赛元素引入大学物理实验课程，对于学生专业发展有积极的促进作用。教师在实际教学中便可以从以下两点着手。第一，按照竞赛内容设计大学物理实验课程的实践项目。即教师可从不同专业竞赛中提炼内容或考查要点，据此结合专业特点设计出符合不同专业需求的实验项目。如机械类的专业可以设置力学实验类项目，电气工程类专业可以设置电学类实验项目，医学类专业可以设置示波器的使用、传感器类的实验项目等。第二，按照竞赛参赛流程组织设计教学活动。这要求教师对竞赛参赛流程进行分析和梳理，据此对照性地选取自主学习、合作学习、研究性学习等教学方法，并应用在大学物理实验课程教学中，在提高学生的学习兴趣的同时，使学生有机会体验竞赛过程。如此，教师多维度地将竞赛元素引入大学物理实验课程教学，能有效提高教学成效。

　　（三）完善课程评价，优化考核方式

　　大学物理实验课程教学的重点是培养学生应用物理基础知识指导实践的能力。其教学考核应该遵循全面性和公平性原则。具体来说，全面性原则就是物理实验课程应该全方位地考查学生的基础知识能力、实验设计能力、动手操作能力、数据处理能力和表达能力等综合能力。因此，考核的分数可以从实验项目的设计思路和动手能力、实验报告的整理、实验项目的整体汇报，以及分组学生之间的辩论情况等方面给出。如对于传统物理实验项目，可依托线上教学平台对学生的课前预习情况进行监督，课前视频学习占项目成绩的5%，学生线上提交的预习PPT/讲义占5%，预习测试题占10%，这样可以打破以往只以预习实验报告为评分依据的评价方式。在实验过程中，教师也应该全面地关注学生的实验设计能力和动手操作能力，以及实验数据，该部分的分值占总成绩的40%，其中实验设计能力和动手能力占20%，实验数据占20%。具体来说，实验数据的评价应该从实验报告的整理、实验项目的整体汇报，以及分组学生之间的辩论情况等方面着手。公平性原则是指大学物理实验作为一门较为特殊的实践类必修课程，它没有固定的答案，也没有固定的评分标准，因此全体大学物理实验课程教师需要探究一套公平、公开且公正的评价体系，以达到从物理基础知识、实验技能、科学创新等方面对学生进行综合分析的目的。公平性原则最重要的一部分就是教师一定要在正式上课前公开自己的评价体系，并在实验项目结束后第一时间公布学生项目得分，以便让学生感受到评价体系的及时性和公平性。另外，教师要鼓励学生多参与物理学术竞赛，让学生在竞赛中培养分析问题、解决问题、团结协作和表达等多方面的能力。针对参与物理学术竞赛的学生，教师可以根据其综合表现对其进行适当的加分。

　　三、基于全国大学生物理学术竞赛的大学物理实验课程教学改革初步效果

　　（一）学生专业水平显著提高，综合素质得到增强

　　我校学生在贵州省物理学术竞赛中连续四年荣获一等奖，并且去年我校的两支队伍在西南地区物理竞赛中分别荣获一等奖、二等奖奖项，顺利进入国赛。在物理学术竞赛中，学生充分展示了自己的综合素质能力，包括理论知识能力、分析问题能力、动手能力、PPT制作能力、表达能力，以及团队协作能力。同时，大部分参赛学生表现出更加浓厚的学习兴趣，能够在班级的评比中脱颖而出，甚至有部分学生被保送至中国科学院大学、南京大学、电子科技大学等知名高校继续深造。

　　（二）在大学物理实验课程教学中引入竞赛元素，打造“独立思考、自主学习”高效教育模式

　　物理学术竞赛具有开放灵活的题型特点，往往会激发学生自主学习探索的兴趣。首先，学生会根据题目的要求，进行翔实的文献调研，综合已有的专业知识进行独立的思考并设计初步的实验方案，适时向教师汇报并一起探讨，进而得到一个较为完善的实验方案。其次，学生根据实验方案进行理论分析和仿真研究，进而开展实验，并把实验结果与理论、仿真进行综合讨论分析，以得到完善的实验结论。再次，学生采用分组辩论的形式展开队内对抗，正方发言学生需要把实践的全过程用精美的PPT展示给大家，并与反方发言学生进行交流与辩论，反方学生则要利用正方学生实验过程和汇报过程中的瑕疵或亮点，与正方学生进行交流，以实现深入学习，评论方学生要根据正反学生的表现进行点评。因为竞赛过程中时间和规则的限制，各组学生可以通过传递纸条的方式为各组发言代表出谋划策，突出团队合作。教师作为裁判，针对三方学生给出综合的评判和打分。可见，该项赛事可以极大地提高学生的自主学习能力、实践动手能力和综合表达能力，以及团队协作能力，从而更好地培养出新时代国家急需的复合型人才和拔尖人才。同时，教师可以将物理学术竞赛引入设计性、创新性、综合性等实验课程教学环节，给予学生充足时间和必要的设备，让学生成为课堂真正的主导者，而教师作为教学和实验设计的辅助者，要在学生困难的时候给予帮助，让学生的动手能力和创造力得到有效提高。最后，教师要让部分表现好的学生参加物理学术竞赛，并给予适当的加分，用成绩来激励每一位学生。将竞赛引入大学物理实验课程教学，实质上是要打造一个“独立思考、自主学习”的高效教育模式。基于此，学生可将自己学到的理论知识和实验方法应用到竞赛中甚至是生活中解决实际问题，以提高理论知识、动手实践能力、个人科研创新能力和团队协作能力，使自身得到全面协调的发展。

　　四、基于全国大学生物理学术竞赛的大学物理实验课程教学改革展望

　　物理学术竞赛是一个强调理论与实践并重，超强的个人能力和良好的团队相互协作、有效结合的能力素质竞赛，这需要教师在大学物理实验课程教学中不断优化教学内容、改进教学方法，达到提高学生的理论知识和实践操作能力的目的，这样才能满足国家对综合素质人才和拔尖人才的需要。部分参加物理学术竞赛的学生，同样可以积极参加物理实验竞赛和数学竞赛、全国互联网竞赛等多项竞赛，这样可促使参赛学生理论知识水平、动手实践能力、表达能力等得到全方位的提高。基于此，教师要在之后的教学中把握教学和竞赛的全局，引导学生注重自主学习，同时把握竞赛题目的关键信息，设计实验并用所学的理论知识进行定量的解释，注重仿真技术手段和团队合作能力的训练，丰富物理学术竞赛内容和日常教学手段等。教师用该项赛事指导大学物理实验课程教学，可以全面提高学生的理论知识水平、科研创造能力和团队协作能力，极大地提高大学物理实验课程教学效果。
       五、结语

　　大学物理实验课程引入物理学术竞赛的相关元素，可以构建多层次、全方位的新教学理念，极大地丰富大学物理实验课程教学过程，提高学生的学习兴趣。本文从多方面进行积极探索，列举了基于物理学术竞赛的大学物理实验课程教学改革取得的初步效果，认为学生在初步改革中可以更好地培养基础知识运用能力、动手操作能力、设计实验能力、表达能力和良好的团队协作能力。因此，基于物理学术竞赛的大学物理实验课程教学改革探索可以更好地实现新时代高校理工科对复合型人才和拔尖人才的培养目标，同时，对其他专业实验类课程的教学和竞赛指导也起到了一定的借鉴作用。

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