CUPT 竞赛与教学相融合的大学物理实验教学设计

田 雁

（兴义民族师范学院 物理与工程技术学院， 贵州 兴义 562400）

一、引言

“CUPT”是中国大学生物理学术竞赛（China Undergraduate Physics Tournament）的简称，是中国借鉴国际青年物理学家锦标赛（International Young Physicists’Tournament，简称IYPT）的模式创办的全国赛事，该项活动得到了教育部的支持，是实践《国家创新驱动发展战略纲要》和《国家教育中长期发展规划纲要》的重要竞赛活动之一。CUPT 是一项以团队对抗为形式的物理竞赛，比赛题目新颖开放，参赛学生就物理问题的基本知识、理论分析、实验研究、结果讨论等进行辩论性比赛。比赛对团队协作、开放思维和表达能力要求较高。

大学物理实验是物理学专业学生必修的专业实践课程，在兴义民族师范学院（以下简称“我校”）占有4 个学分，分四个学期开设，分别包含力学、热学、电磁学、光学四个部分。我校的汽车服务工程、电子科学与技术、安全工程三个专业的学生也开设了该课程。2019 年下半年由贵州大学主办的贵州省首届大学生物理学术竞赛（CUPT），让贵州高校的学生开始有了实践的平台。目前为止国内CUPT 竞赛已经开展了十二届，它的作用和意义众所周知。[1`5]许多老师把这个竞赛和教学相结合开展了许多研究和实践[6～12]，取得了不少的成果。笔者2019 年下半年结合我校实际将该竞赛内容纳入到2018 级物理学本科班的电磁学实验教学中。经过尝试，取得了良好的效果。目前我校已六次参与该竞赛，均取得了优良的成绩。

疫情的到来使实验教学方式发生了改变，实验课也需重新设计。笔者以光学实验课程的创新教学设计为例进行阐述，旨在为开展实验教学改革的同行们提供借鉴。

二、教学设计

（一）教学平台的设计

搭建线上和线下相融合的教学模式，在线上建立实验项目平台、仿真实验平台、素养平台、课外交流平台；线下建立课堂教学平台、课后学习平台。

（二）平台内容的介绍[14～17]

线上，首先进行光学实验基础知识及实验基本要求的介绍；其次在实验项目平台内开展四个方面设计：实验项目的理论知识、实验内容及操作要求（采用文档的形式在“超星学习通”平台上发布）、仪器介绍和操作示范（通过视频展现）、实验前预习测试。仿真实验平台为学生提供12 个光学实验（该平台能为学生提供涉及力学、热学、电学、电磁学、光学、近代物理仿真实验等等总计51个。）。素养平台分人文素养和科学素养两部分。人文素养包含30 个物理知识讲座、光现象领域物理学家传记、与实验项目有关的故事、物理学最美实验——光学部分以及其他一些光学的故事。科学素养平台包含科学软件（Origin 软件、Traker 视频分析软件、Phyphox 手机工作坊、3D 建模软件等）、办公软件（Office、WPS、Excel 等）、演示文稿制作软件（iSlider 插件、Focusky 动画演示大师、EasySketchpro3 手绘版PPT、录屏软件CS、音频编辑软件）三部分。课外交流平台为“超星泛雅学习通”平台、QQ 课程群、“大学生科技”协会。

线下课堂教学平台主要把实验项目分层，循环进行实验的具体操作。教师引导学生理解实验的思想和调节过程，并开展过程评价。课后学习平台采取两种方式。一种是利用实验室开展同伴教育，促使学生解决遗留的各种问题；第二种是利用建立的“大学生科技”协会开展学生对各种科学软件、办公软件、PPT 制作软件的学习和分享。

（三）实验项目的设计[13]

根据光学理论知识的框架、学校现有的仪器和时间安排，把实验项目分三层开展。第一层为基础型实验。让学生掌握光学实验的基本知识、基本方法、基本技能。该层次把分光计的调节、光具组基点的测定、利用牛顿环的等厚干涉测透镜的曲率半径、迈克耳孙干涉仪测光波波长定为必做。把簿透镜焦距的测定、阿贝折射计测透明介质的折射率、法布里——珀罗标准具测光波波长定为选做；第二层为综合型实验。旨在学生能利用教师提供的资料独立开展实验项目的研究。把棱镜玻璃折射率的测定、菲涅耳双棱镜测单色光波长、单丝和单缝衍射实验、光偏振实验等实验定为必做实验。把偏振面的旋转和旋光仪、平行光管测透镜的焦距、透射光栅测定光波波长、测定移测显微镜的放大率等实验定为选做实验；第三层为提高型实验。内容为：学生课外完成的仿真实验和创新设计实验（包含“CUPT 竞赛课题内与光学有关的课题研究”和“与光现象有关的研究”）。以协同创新为根本理念，锻炼学生分析问题、解决问题的能力，培养科研素质、开放性思维能力及创新意识、团队合作精神、交流表达能力，使学生的知识、能力和素质得予全面协调发展，同时注重加强青年学生之间的团结友谊与交流。

在课堂教学中我们注重小组成员之间的协调，开展同伴教育，加强学生实验过程的记录（包括文字的表述和实验现象的拍摄）训练，有针对性地训练他们的综合能力，使他们具备参加CUPT竞赛的素质。

（四）教学方法的设计

教学分三轮开展，在第一、二轮教学中，教师以文档和视频的方式在“超星泛雅学习通”平台提供实验项目理论知识的介绍、实验仪器介绍和操作示范、实验操作和实验报告的要求，学生完成实验项目的预习测试。在第一轮实验中师生主要采用讲授法和问题法；第二轮实验中师生主要采用启发法、同伴教育法、提问法；第三轮教师引导，引导学生开展创新研究，主要采用练习法、读书指导法和讨论法。

（五）教学手段

利用“超星泛雅学习通”平台在课前发布实验中涉及的所有资料，如实验中的理论知识介绍（包括文档和视频以及实验项目的演示文稿等），弥补光学理论课和实验项目开展不同步给学生带来的困扰；利用虚拟的仿真实验让学生加深对实验的内容和过程的理解。课中，加强对CUPT 比赛过程中需求的能力进行训练；课后利用“超星泛雅学习通”平台、QQ 课程群、开放实验室、“大学生科技”协会等渠道开展学生与学生，教师与学生之间的沟通和交流。

（六）考核方式的设计

注重过程评价，让学生认真完成每个过程的内容，激发他们内心的学习动力，从而提升综合能力，提高学习成绩。考核结果由平时成绩和期末成绩构成，平时成绩占60%，其中考勤占5%+（基础知识测试+ 任务点）占10%+ 实验预习测试占10%+ 实验操作成绩占15%+ 实验报告成绩占15%+仿真实验成绩占5%。

期末成绩占40%，其中创新实验占20%，操作考试占20%，创新实验成绩又包含：创新实验方案、创新实验PPT 制作、创新实验PPT 汇报、创新实验报告，各占5%。操作考试则按抽签的方式进行实际。

三、课程设计实践结果

该模式应用到电磁学、光学实验的教学中，经过2 年的教学尝试，教学效果初见成效，目前取得的效果如下表1。

表1 我校学生参加贵州省、西南片区的大学生物理学术竞赛（GZUPT）取得的成绩

从这六次比赛的结果来看，把CUPT 竞赛的模式运用到实验教学中是可行的。通过参加竞赛激发了学生的潜力，使学生的文献检索、实验设计、数据分析，发现问题、解决问题的能力得到了大幅度的提高。学生与竞赛者之间的相互沟通方法和技巧、语言表达能力也大幅度提高。同时增强了同学们的集体荣誉感、创新意识、团队协作精神，拓宽了教师和学生的视野，为学生后续的发展产生了深远的影响。

四、展望和思考

通过对大学物理实验课程开展的线上线下设计，把CUPT 竞赛人员具备的素质融入到教学过程中，在六个平台中进行逐次的训练，让学生学会思考；再利用学会的各种技能进行探索，使他们具有了一定的创新能力。学生通过参与竞赛接触了不同学校的同学，激发了他们奋进的斗志，参与竞赛的同学大都参与到考研的队伍，有了继续深造的机会。在课中融入多方面的内容，真正的让学生实现了移动学习并加强了学生的综合素质的培养。

依托CUPT 竞赛的模式在实施的过程中仍然还存在不足，比如学生报名参赛的人员中部分同学不能克服学习和实验中的各种困难，使得课题开展到一定阶段就以失败告终，最终导致自己创新实验的成绩不佳。也有些学生查阅文献，解析文献的能力不足，使得实验建模过程中理论上得不到突破等等。这些都需要教师提升自身能力，在以后的教学中因材施教，担负起指导作用，让教书育人落到实处。目前这种教学模式主要应用在电磁学实验和光学实验两门课程中，后续我们还将加大力度进行力学、热学部分实验的建设。

课程是人才培养的基本单元，教师在教学中要优化课程体系，不断探索创新教学模式。创造更多的学习平台，让学生学思结合，知行同一，通过多渠道训练，让学生的多种技能得到不同程度的提高，为他们今后的发展打下坚实的基础。这是作为当代大学教师应该肩负的责任和使命。