高等理科教育HIGHER EDUCATION OF SCIENCES 2014年第4期(总第116期) 中国大学生物理学术竞赛的作用探析 黄潇漪 (南开大学 高等教育研究所,天津300071) 摘要 中国大学生物理学术竞赛秉承知识学习与探索实践相结合、物理学与日常生活相结合、 个人与团队合作相结合、学术能力与人际交往能力相结合的基本理念,采用建构主义学习模式及创新 的辩论赛形式,使参赛学生在知识经验建构、研究能力和专业综合素养等方面得以全面发展,为学生 提供一个进行自主探索性研究的平台,是我国基础学科人才培养的新途径。 关键词 中国大学生物理学术竞赛;人才培养;建构主义 中图分类号G642 文献标识码A An Analysis on the Function of Physical Academic Competiion of Chinese Undergraduates tHUANG Xiao一,, (Institute of Higher Education,Nankai University,Tianjin,30007 1,China) Abstract:The physical academic competition of China undergraduates adheres to the idea of combining knowledge learning with exploring in practice,physics with daily life,individual with team cooperation,aca- demic competence with interpersonal skills I reflects constructivism learning mode and innovative forms of de— bate,which can make the participating students develop in all—round way from construction of knowledge, research ability。professional comprehensive qualities.It can provide a colorful platform for students to re- search independently,which is a new way to train talents in Chinese basic discipline. Key words:physical academic competition of China undergraduates;tlenta training;constructivism 中国大学生物理学术竞赛(China Under- raduatge Physics Tournament)借鉴国际青年物理 参赛者获得了物理知识、科学方法、创新能力的 有效统一与全面发展。探究该竞赛成功背后的教 育规律,必将更加广泛深入地促进我国人才的培 养。 学家锦标赛的模式,由南开大学发起,国内部分 高校共同创办。自2010年7月首次竞赛至今, 已成功举办3届,参赛高校由最初的l2所扩大 到35所。相关学者认为,其具有“贴近实际、 中国大学生物理学术竞赛将赛程分为研学备 赛与辩论竞技两个阶段。研学备赛阶段与基于问 题式学习模式的理念和方法相吻合,有利于学生 开放度大、研究性强、考察面广”_l 的特色,使 ・收稿日期2013—05—31 作者简介・黄潇漪(1989一)女,辽宁辽阳人,硕士研究生,主要从事教育经济与管理研究 92・ 中国大学生物理学术竞赛的作用探析 建构知识经验,培养学生研究能力;辩论竞技阶 度来看,起点、允许的操作和目标三者中至少有 一段有利于提升学生专业综合素养,促进人才知 个没有明确界定的问题就被称为结构不良问 识、技能、情感的多方面发展。 一、中国大学生物理学术竞赛的题目设计有 利于学生建构知识体系 我国传统的大学物理学科竞赛主要考查 “基本概念、基本原理的简单应用,很少几个题 目属于灵活应用”_2 J65一。传统试题“一般都经 过提炼,以十分简练的语言描述出清晰的物理图 像,学生只要弄清楚用到的概念、原理,然后沿 着传统的步骤”[216 即可解决问题,难以考查 学生的独立分析能力与创造性思维。该模式长期 影响着我国的教育系统,是造成所谓学生“高 分低能”及“没有创造性思维”现象的一个重 要原因。 与传统竞赛模式不同,中国大学生物理学术 竞赛采用国际青年物理学家锦标赛的题目与模 式,并将国际先进模式与中国的实际情况相结 合,在人才培养上,有着传统大学物理学科竞赛 无法比拟的优势。其题目设计与赛事安排无不体 现了基于问题式学习的模式(problem—based learning,以下简称“问题模式”)。问题模式是 建构主义学习观的基本模式。建构主义的主张者 认为,学生学习不单是知识由外到内的转移和传 递,不只是教师向学生传递知识的过程,而是学 生通过新经验与原有知识经验的相互作用,充 实、丰富、改造并建构自己的知识经验的过程。 问题的设计是问题模式的关键要素之一,对学生 的学习效果有着显著的影响。从中国大学生物理 学术竞赛的题目设计来看,不仅能够引出相关领 域的概念、原理,而且体现了问题模式题目设计 的结构不良(ill—structured)、开放性(open— ended)、真实性(real—world)3个显著特征, 使学生在研究中学习创新思维,培养创新能力。 (一)结构不良问题有利于学生知识的建构 将问题空间是否明确作为问题划分的维度 时,问题分为结构良好问题与结构不良问题 。 问题的解决是一个从问题的起点经过允许的操 作,达到问题的目标的过程。从认知心理学的角 题 。传统物理竞赛题目大多设计为结构良好 问题,这类问题有明确的问题、既定的解决方案 以及确定的答案,可以通过信息加工的传统解题 理论得以解决。 不同于传统物理竞赛题目,中国大学生物理 竞赛的题目多为结构不良问题。如2013年竞赛 第六题“有色塑料(Coloured plastic)”,题目为 “在强光下,一个透明塑料物体有时能显出多种 颜色,研究并解释这一现象。使用多种颜色的强 光光源进行试验,确定使用哪种光源能看见这种 现象” 5j6 。此题中,不仅光源、光强度和塑 料物体的具体条件不确定,即问题的起点没有明 确界定,探究的具体方法及可能的结论也因每个 人不同的知识水平和认识能力而不同。该类结构 不良问题需要学生将学科知识深化到问题情境之 中,在问题解决过程中将知识、情感与意志相融 合,形成个人独创的解题方式。因此,通过解决 此类问题学生不仅能够深化理解所学知识,也能 够依据自身能力与水平进行知识的学习及建构。 (二)开放性问题有助于训练学生的思维能 力 中国大学生物理学术竞赛的题目中,有的题 目答案确定而条件不确定,有的题目条件确定而 答案不确定,这样的题目设计与开放性问题为特 征的问题式学习模式相吻合,该模式推崇问题的 条件或答案不确定的题目设计。就答案确定而条 件不确定的题目而言,前文所述“有色塑料” 问题的结论“在强光下,一个透明塑料物体有 时候显出多种颜色”是已知的,但问题的条件 不确定,即光源的种类、颜色、光强度和塑料物 体都是未知的。由于此类问题的解决需要探求结 论成立的条件,所以考察了学生综合运用知识分 析问题的能力及逆向思维能力 6 J。就条件确定 而答案不确定的题目而言,如2013年物理学术 竞赛第四题“孤波(Soliton)”问题的条件“链 条”“垂链”“链条的结构”“运动的状态”为 已知,但问题的结论“单个孤波的速度”为未 知 J6 一。解决该问题时,需要学生从已知条件 ・93・ 高等理升教育HIGHER EDUCATION OF SCIENCES 出发,通过观察、分析、归纳和猜想得出结论, 并加以证明。上述类型多样的开放性问题,可以 使参赛者依据个人特有的知识水平、理解能力和 思维方式,采用不同的解题方式解题,并得出答 案。因此,学生通过开放性问题能够锻炼思维能 力与毅力,形成独立自主解决问题的习惯,促进 实践能力的提高与创新思维能力的发展。 (三)真实性问题有利于激发学生的研究兴 趣 真实性问题使物理学科与其他学科、生活实 际、时代气息和社会需求相联系,其情境、设问 及解题方法等都能真实反映物理学科的特点和独 特价值。中国大学生物理学术竞赛使用真实问题 作为竞赛题目,使学生学习处理复杂的实际问 题,在解题过程中有效地将知识技能、过程方 法、情感态度相结合,激发潜在的学习动机,将 学习研究置于复杂、真实的问题情境中,在经验 世界中产生共鸣。如前文提及的“有色塑料” 一题,透明塑料在强光下能够显现出多种颜色, 这是一种在日常生活中可见的现象。将此类日常 现象设置为研究问题,要求学生阐述该现象产生 的条件及原因,能够激发学生的研究兴趣,鼓励 学生去探索、学习。 综上所述,问题模式以信息加工理论和建构 主义学习理论为依据,以问题为核心,让学生围 绕问题展开知识建构过程,学生通过亲身经历问 题解决过程,而达到建构宽厚而灵活的知识基础 并发展高层次的思维技能以及自主学习能力的目 的 。问题是问题模式的起点,问题设计是竞 赛的重要环节。结构不良性、开放性、真实性的问 题是中国大学生物理学术竞赛有利于人才培养的 重要前提,也是决定学生学习成效的关键因素。 二、中国大学生物理学术竞赛备赛过程有利 于培养学生的研究能力 中国大学生物理学术竞赛在正式竞赛前一年 公布竞赛题目,使所有参赛者能够在一年的时间 里学习研究,准备竞赛。各校参赛队以团队合作 的形式,在领队者(教师或学生)的引导下, 就基本知识、理论、实验设计方面进行学习与研 ・94・ 2014年第4期(总第116期) 讨,将竞赛的准备工作与日常的学习生活紧密地 结合起来。笔者将该过程概括为组织团队、自主 学习、活动汇报3个阶段,3个阶段中影响学生 学习成效的关键因素分别为团队合作、教师指导 及反思概括。在组织团队阶段中,学生以团队的 形式解题,有利于养成团队合作意识;在学生自 主学习阶段中,教师的指导是必要条件;在活动 汇报阶段中,学生及时对研学过程及成果进行反 思概括有利于解题及备赛。上述贯穿3个阶段中 的关键因素有助于培养学生的创新能力和科研素 质。 (一)团队合作是组织团队阶段的重要目的 全国各高校在一年一度的中国大学生物理学 术竞赛正式开赛前,一般会举办校内选拔赛。欲 参赛的学生或自行组成团队,或在教师的招募下 组成团队。组成团队中的学生们要互相了解,培 育心情舒畅、毫无偏见的研究氛围。培养学生团 队合作的意识与能力是组织团队阶段的重要目 的。 中国大学生物理学术竞赛充分体现了团队合 作精神,队员通过集体讨论来分析、解决问题, 同时又分别就某个子问题进行钻研。团队合作可 以使队员学习到其他队员已有的相关知识,理解 他人在讨论中显现的思维过程,促进队员之间的 交流。团队合作解决问题的过程就是学生共同构 建知识的过程,与基于问题式学习模式相吻合。 (二)教师引导是学生自主学习的必要条件 在解决问题之初,教师作为领队者,引导参 赛队确立共同的学习目标,并及时纠偏或调整目 标。在解决问题的过程中,学生可以与相关领域 的教师沟通获得有关信息,也可以通过自己做实 验或其他探究活动来获取有关信息。起初,教师 的引导可以使学生顺利地进入到学习研究之中, 帮助学生确立研究要点。随着学习研究的深入, 学生一定程度上理解了所学习研究的问题,此时 教师的退隐可以促进学生独立自主地开展研究。 在中国大学生物理学术竞赛中,学生是积极 主动的学习者与研究者,但教师的作用不可以被 忽视。教师能否促进并引导学生,对学生从事实 验的结果、学习效果及参赛队的竞赛成绩来说都 中国大学生物理学术竞赛的作用探析 具有决定性意义。 (三)反思概括是学生学习研究及解题备赛 的重要环节 自主学习阶段之后,在各参赛队内的队员可 以利用各种不同的形式来汇报学习研究成果,比 如数学分析、图表、口头报告等,也可以采用辩 论形式进行模拟竞赛。在此汇报学习成果的阶 段,队员们可以评价自己及他人的信息及其来源 的可靠性,对自己以及他人的思维过程和结果、 研究设想和成果、竞赛预期和收获进行反思,促 进自主学习。 学生通过反思概括,可以得到多种收获。例 如,学生可以将新知识与既有理解联系起来,提 炼深化学习研究之所得;把具体的学习方式、研 究途径应用到未来的学习中去,理解自己与他人 的思维策略、参赛技巧及沟通技能。凡此这些, 都是问题式学习模式的应有之义。 综上所述,在中国大学生物理学术竞赛的备 赛阶段,参赛学生在教师的引导下分析问题、形 成假设、检验假设和修正假设,这一问题的解决 及研究的过程,是中国大学生物理学术竞赛的中 心线索与学生显性学习研究过程。与此同时,学 生解决问题的过程也是知识建构的过程,学生围 绕研究要点进行学习和探索活动,围绕着问题解 决活动而进行了更丰富的求知活动,实现了不同 学习途径的整合,这一隐性的学生学习研究过程 与基于问题式学习模式的基本过程相吻合,是建 构主义教学的基本体现。一般而言,问题模式的 建构主义教学并不适合所有的学习目标,尤其会 使初学者的学习负担过重,无法实现所期望的目 标;当学生学习目标是学会立即解决问题的能 力,建构主义教学也并不是十分理想 j。但建 构主义教学是发展性教学,如若学生学习的目标 更侧重未来发展,此类教学的优越性尤为明显。 由此可见,问题模式等建构主义教学方法与传统 教学方法相比,更适合于我国高等教育中拔尖创 新人才的培养。 三、中国大学生物理学术竞赛的辩论形式有 利于提升学生专业综合素养 以往学科竞赛或实验竞赛一般采用书面考 试、现场操作、作品提交、专家评审、口头测试 等形式进行评估 J,学生难以在竞赛中展现沟 通能力、思维方式和学术热情,缺乏学习交流与 思维碰撞,不利于全面发展。而中国大学生物理 学术竞赛与传统学科竞赛的不同之处在于以辩论 对抗为竞赛形式,学生能够获得学科知识、科学 方法、创新能力的有效统一与全面发展。 中国大学生物理学术竞赛的正式竞赛阶段, 采用辩论竞技的形式,各参赛队以抽签分组、团 队辩论的方式进行竞赛。全部参赛队被分成几 组,每组3支或4支队伍。每一轮对抗赛分为3 个或4个阶段,各参赛队在不同的阶段扮演不同 的角色,即:正方、反方、评论方和观摩方 。 在对抗赛后,裁判依据各队的角色进行打分,各 参赛队的总成绩为该队在所有对抗赛中所取得的 成绩总和。第一届竞赛仅进行一轮对抗赛,第二 届竞赛中,先开展对抗赛后进行决赛,对抗赛总 成绩前三名参赛队进入决赛一决高下。在此过程 中,学生以物理学为内容,以辩论为形式,有利 于提升学生的专业综合素养。学生不仅需要广泛 涉猎所辩题目所需的知识,还需要掌握语言的艺 术;不仅需要改变固有的单向思维模式,着力培 养自身的双向思维、逆向思维、辩证思维、创造 性思维等能力,更需要运用逻辑技巧克敌制胜; 不仅需要团队合作与集体精神,还需要个人魅力 与学术热情。如此学术辩论,正是我国高校日常 教学中所缺少的,也是人才培养中所需要的。 在我国大学生的学习及研究中,常见的辩论 主要有3种形式。第一种是由校团委、学生会等 组织的团体辩论赛,学生以院、系、社团等方式 组队,就某一社会问题进行正反两方面的辩论。 这种辩论形式有利于培养学生的演讲能力与团队 意识,并促进学生全面地思考社会问题。第二种 是自发性的辩论,来自于学生们讨论某一问题时 引起的争辩。若教师及时加以引导,能够培养学 生的语言与思维能力。第三种是具有自我怀疑精 ・95・ 高等理科教育HIGHER EDUCATION OF SCIENCES 神的学生在学习研究中进行的自我辩论¨ 。中 国大学生物理学术竞赛以物理问题为内容,以团 体对抗为形式,为学生提供了一个面向物理学本 3 7. 2014年第4期(总第116期) [2]刘家福,张昌芳.大学生物理竞赛及其试题特色[J].物理 与工程,2008,18(4):65—69. 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