卜勝利,顧錚賈力源,寇志起

(上海理工大學(xué) 理學(xué)院,上海 200093)

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂,是一個(gè)國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。創(chuàng)新的意識(shí)應(yīng)滲透到社會(huì)的各行各業(yè),尤其是教育界。高等學(xué)校是高層次人才培養(yǎng)的搖籃,因此在大學(xué)生中實(shí)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(wù)院辦公廳印發(fā)的《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃綱要實(shí)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(xué)素質(zhì)基準(zhǔn)》均體現(xiàn)出科學(xué)素質(zhì)和科技創(chuàng)新對(duì)實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的重要作用[1]。大學(xué)生是未來科技創(chuàng)新的主力軍,將擔(dān)負(fù)起科技興國的歷史使命,因此全面培養(yǎng)大學(xué)生的科技創(chuàng)新意識(shí)、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(jìn)我國創(chuàng)新型國家的建設(shè)[2-3]。筆者根據(jù)長期的理工科物理教學(xué)經(jīng)驗(yàn),創(chuàng)建了多維度的物理實(shí)踐平臺(tái)并進(jìn)行了有效的實(shí)踐教學(xué)改革,探討分析了其對(duì)理工科大學(xué)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(duì)科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的不足

基礎(chǔ)物理課程是理工科大學(xué)生必修的一門重要課程,是其今后專業(yè)課程的基礎(chǔ),對(duì)其后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)和發(fā)展具有重要的意義。我國著名物理教育學(xué)家趙凱華先生曾指出“物理學(xué)是培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)思維方法和科學(xué)研究能力的重要基礎(chǔ)課”[4-5]。因此,物理教育為理工科大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了得天獨(dú)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(xué)、側(cè)重于理論知識(shí)的集中傳授,學(xué)生在教室集中聽教師講授知識(shí),學(xué)生學(xué)習(xí)起來感覺理論性和抽象性非常強(qiáng)。這通常導(dǎo)致在課堂上教師是主動(dòng)的、學(xué)生是被動(dòng)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(dòng)、互動(dòng)交流等教學(xué)方法和手段,積極地調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)思考,但其發(fā)揮的作用非常有限,難以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、主動(dòng)探究的精神,無法給學(xué)生提供創(chuàng)新的條件。因此,傳統(tǒng)的物理教育方式在學(xué)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(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為主的學(xué)科,同時(shí)也是最富于創(chuàng)新實(shí)踐的一門學(xué)科。因此,創(chuàng)建合適的物理實(shí)踐平臺(tái)將有力地促進(jìn)理工科大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6-9]。

二、物理實(shí)踐平臺(tái)的創(chuàng)建及其對(duì)科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用

上海理工大學(xué)是理工科類高等院校,物理實(shí)踐平臺(tái)的創(chuàng)建具備了諸多先天的軟硬件條件,如:絕大部分學(xué)生均需修讀物理基礎(chǔ)課程、全校有大量的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和學(xué)科實(shí)驗(yàn)室及相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、實(shí)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(shí)踐平臺(tái)來提升本校理工科學(xué)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(shí)踐平臺(tái),為大學(xué)生的各項(xiàng)物理創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)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(yīng),收到了良好的效果,促進(jìn)了上海理工大學(xué)大學(xué)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(shè)。

(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(shí)踐平臺(tái)并策劃、組織和開展了相關(guān)活動(dòng)。物理課外創(chuàng)新制作的命題來源于物理學(xué)科教師出題和學(xué)生自擬感興趣的題目。由物理學(xué)科教師組成專家組審題、判斷命題執(zhí)行的可行性,全校學(xué)生在此基礎(chǔ)上進(jìn)行選題并選擇一個(gè)物理學(xué)科教師作為其指導(dǎo)教師。2010年共審定設(shè)立了37個(gè)有效物理創(chuàng)新制作命題,題材廣泛、內(nèi)容涉及到物理學(xué)科和相關(guān)學(xué)科的多個(gè)領(lǐng)域,如表1所示。根據(jù)各個(gè)創(chuàng)新制作命題的性質(zhì)和特點(diǎn),每個(gè)命題由2～3個(gè)學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)或由1個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成。學(xué)校為創(chuàng)新制作活動(dòng)提供經(jīng)費(fèi)、場地等軟硬件環(huán)境與條件。創(chuàng)新制作的完成以學(xué)生自主創(chuàng)作為主、指導(dǎo)教師提示指導(dǎo)為輔。學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)的物理知識(shí)、再結(jié)合查閱有關(guān)物理資料,自行設(shè)計(jì)制作一些利用物理原理工作的作品、演示驗(yàn)證一些物理現(xiàn)象和規(guī)律?；顒?dòng)結(jié)束時(shí),學(xué)生撰寫遞交結(jié)題報(bào)告并進(jìn)行作品展示,通過舉行結(jié)題報(bào)告撰寫評(píng)分會(huì)、結(jié)題答辯會(huì)等環(huán)節(jié)綜合評(píng)價(jià)學(xué)生創(chuàng)新制作作品。

由于時(shí)間、空間、團(tuán)隊(duì)組合等多方面的靈活性,物理課外創(chuàng)新制具有培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新意識(shí)、科技創(chuàng)新精神和科技創(chuàng)新能力的基礎(chǔ),能夠?yàn)閷W(xué)生的創(chuàng)新思維拓展和創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作的實(shí)現(xiàn)提供條件[10-11]。在物理課外創(chuàng)新制作的實(shí)踐活動(dòng)中,學(xué)生真正體會(huì)到“學(xué)習(xí)即創(chuàng)造”,教師真正體會(huì)到“教學(xué)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(shí)踐計(jì)劃

2014年底開始籌劃創(chuàng)建物理科研實(shí)踐計(jì)劃平臺(tái)。物理科研實(shí)踐計(jì)劃針對(duì)物理素質(zhì)較好、創(chuàng)新欲望較強(qiáng)的本科學(xué)生,讓其進(jìn)入教師的課題組或?qū)嶒?yàn)室,盡早接觸科學(xué)研究活動(dòng)、熟悉整個(gè)科研活動(dòng)的環(huán)節(jié)和過程,為其創(chuàng)新想法和研究設(shè)想提供硬件平臺(tái)、導(dǎo)師指導(dǎo)和預(yù)研條件。通過制定專門的文件對(duì)參與該計(jì)劃的學(xué)生和指導(dǎo)教師提出具體的要求,為該計(jì)劃有效、順利的實(shí)施提供了制度保障。為了充分調(diào)動(dòng)師生參加物理科研實(shí)踐計(jì)劃的積極性和主動(dòng)性,學(xué)校和學(xué)院還將該計(jì)劃與學(xué)生創(chuàng)新選修學(xué)分認(rèn)定和教師工作量補(bǔ)貼進(jìn)行了掛鉤。在該計(jì)劃執(zhí)行過程中,通過中期檢查、報(bào)告撰寫、答辯匯報(bào)、專家評(píng)審等程序加強(qiáng)過程管理和質(zhì)量監(jiān)控,促使其在學(xué)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(xué)生中實(shí)施了科研實(shí)踐計(jì)劃,應(yīng)用物理學(xué)本科專業(yè)有16名學(xué)生參與其中。

物理科研實(shí)踐計(jì)劃有效地訓(xùn)練了學(xué)生查閱科技文獻(xiàn)能力、信息收集處理能力和相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能,鍛煉了學(xué)生提出創(chuàng)新性想法和開放性思考科學(xué)問題的能力,為學(xué)生今后繼續(xù)深造和科技創(chuàng)新奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(三)物理學(xué)術(shù)競賽活動(dòng)

借鑒國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽(International Young Physicist’s Tournament,IYPT)的競賽形式,2010年7月由南開大學(xué)發(fā)起并主辦了首屆中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽(China Undergraduate Physics Tourna-ment,CUPT),2014年7月由上海市物理學(xué)會(huì)主辦、華東師范大學(xué)承辦了首屆上海市大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽(Shanghai Undergraduate Physics Tournament,SUPT),2017年7月將于上海交通大學(xué)舉行第四屆上海市大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽。2014年首屆上海市大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽剛啟動(dòng),筆者策劃創(chuàng)建了上海理工大學(xué)校內(nèi)物理學(xué)術(shù)競賽活動(dòng)平臺(tái),負(fù)責(zé)全校該項(xiàng)賽事的組織策劃、規(guī)則制定、報(bào)名選拔、校內(nèi)評(píng)選、組隊(duì)指導(dǎo)、備賽領(lǐng)隊(duì)等各項(xiàng)工作。該競賽學(xué)生報(bào)名踴躍、參賽積極性非常高。在賽題準(zhǔn)備階段,采用學(xué)生自主創(chuàng)作為主、教師指導(dǎo)為輔的方式,與問題相關(guān)的基本知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方案靠學(xué)生自己查找和設(shè)計(jì)。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的物理原理進(jìn)行實(shí)踐研究,自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證物理現(xiàn)象和規(guī)律,鞏固了所學(xué)物理知識(shí)和原理,激發(fā)了學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作與協(xié)作精神,鍛煉了學(xué)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(xué)的各個(gè)領(lǐng)域,甚至是交叉學(xué)科。與傳統(tǒng)的考試題目不同,競賽題目是開放性的、沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。該競賽是一種很好的培養(yǎng)大學(xué)生科技創(chuàng)新意識(shí)和能力、提高其動(dòng)手實(shí)踐能力、提升其綜合素質(zhì)的物理實(shí)踐活動(dòng)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(xué)科競賽(專業(yè)組)”和“物理學(xué)科競賽(非專業(yè)組)”,激勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新競賽意識(shí),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(shí)踐平臺(tái)在大學(xué)生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面充分發(fā)揮作用、落到實(shí)處,籌劃組建物理創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)、建設(shè)物理創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)室。

三、實(shí)踐效果

物理課外創(chuàng)新制作活動(dòng)深受學(xué)生歡迎,有的學(xué)生說:“此次大學(xué)生物理課外創(chuàng)新制作活動(dòng),自己參與到了其中,真正的得到了好多好多。學(xué)會(huì)了實(shí)驗(yàn)應(yīng)該具備的實(shí)事求是的精神,理解了團(tuán)隊(duì)合作的重要,知道了虛心請(qǐng)教的必不可少,同時(shí)探索了物理的神奇和偉大”。參與結(jié)題報(bào)告撰寫評(píng)分會(huì)和結(jié)題答辯會(huì)的校外專家對(duì)物理課外創(chuàng)新制作活動(dòng)給出了高度的評(píng)價(jià):“此活動(dòng)非常有特色,對(duì)大學(xué)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(shí)踐平臺(tái),學(xué)生切實(shí)地體會(huì)到物理的奧妙、物理制作的樂趣,激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣以及對(duì)科學(xué)的熱愛,培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、科學(xué)素養(yǎng)和科技創(chuàng)新能力?；谖锢碚n外創(chuàng)新制作活動(dòng)的成果匯編了約14萬字的《大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)-優(yōu)秀結(jié)題報(bào)告匯編》。圖1為2010年首屆物理課外創(chuàng)新制作活動(dòng)過程中部分學(xué)生作品的實(shí)物圖。

圖1　學(xué)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(shí)踐計(jì)劃的開展,學(xué)生申報(bào)國家級(jí)、上海市級(jí)與校級(jí)“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”的積極性和申報(bào)成功率大幅提高,并有積極參加各級(jí)別的“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽的意愿。據(jù)統(tǒng)計(jì),參與物理科研實(shí)踐計(jì)劃的學(xué)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(xué)位。第一屆參與物理科研實(shí)踐計(jì)劃的5名學(xué)生已于2017年7月畢業(yè),其中3名學(xué)生分別被中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)和上海大學(xué)錄取為碩士研究生,有3名學(xué)生和指導(dǎo)教師有合作署名文章在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表。如:張雨亭同學(xué)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(xué)術(shù)競賽過程中,學(xué)生們就17道開放性實(shí)際物理問題進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作研究,就其物理知識(shí)、理論分析、實(shí)驗(yàn)方案、結(jié)果討論等進(jìn)行辯論性比賽。參賽后的學(xué)生都感言頗多、受益匪淺,認(rèn)為自己得到了鍛煉和提升,認(rèn)清了自己的不足和需要努力的方向,激發(fā)了奮發(fā)圖強(qiáng)的斗志和創(chuàng)新意識(shí),促使學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展,有利于理工科大學(xué)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(shí)踐計(jì)劃、物理學(xué)術(shù)競賽活動(dòng)、物理學(xué)科競賽等多種實(shí)踐載體和方式創(chuàng)建了各種類型的物理實(shí)踐平臺(tái),取得了較好的實(shí)踐效果,促進(jìn)了理工科大學(xué)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。

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