項(xiàng)目化學(xué)習(xí)下CUPT備賽模式與實(shí)踐
——以南京師范大學(xué)隊(duì)為例

周洋平，鐘 鳴，陸建隆

(1. 南京師范大學(xué) 教師教育學(xué)院，江蘇 南京 210023；2.南京師范大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210023)

基礎(chǔ)學(xué)科的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)一直以來都是高水平大學(xué)建設(shè)的中心工作，南京師范大學(xué)依托中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽(CUPT)，積極開展創(chuàng)新人才培養(yǎng)工作，已經(jīng)走過10個年頭. 在過去的10年中，我校基于項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理論，通過有效的管理與指導(dǎo)機(jī)制并結(jié)合優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)較大覆蓋面學(xué)生的全面可持續(xù)發(fā)展. 區(qū)別于主要面向競賽成果的選拔與培養(yǎng)機(jī)制，我校在關(guān)注競賽成果的同時，更著眼于利用CUPT良好資源，擴(kuò)大在校學(xué)生受益面，從而真正實(shí)現(xiàn)本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)，提高學(xué)生群體整體的科學(xué)素養(yǎng). 在培養(yǎng)出一批優(yōu)秀人才的同時也獲得了相應(yīng)的物化成果. 近幾年我校CUPT參賽選手，多人獲包括國家獎學(xué)金、校長獎學(xué)金、朱敬文獎學(xué)金在內(nèi)的各級各類獎學(xué)金；已畢業(yè)參賽選手基本在北京大學(xué)、清華大學(xué)、南京大學(xué)等雙一流高校繼續(xù)深造. 同時，在前期研究工作基礎(chǔ)上，學(xué)生完成相關(guān)本、碩畢業(yè)論文10余篇，公開發(fā)表論文近20篇，成果顯著.

經(jīng)過10年積淀，CUPT南京師范大學(xué)代表隊(duì)的備賽模式已經(jīng)基本成型，這種模式的諸多要點(diǎn)對于本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)有獨(dú)特的價值. 同時，這種模式也在逐步的發(fā)展過程中從最初的基于項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理論到現(xiàn)在的延伸了項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理論. 因而在CUPT 10年這個關(guān)鍵的時間節(jié)點(diǎn)，本文嘗試對南師大隊(duì)備賽模式及其所發(fā)揮的意義進(jìn)行一個總結(jié)與反思，以期其在未來可以更好地推動本科人才培養(yǎng).

1 項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)

在20世紀(jì)50年代杜威提出 “Experience and Education”，此教育理念經(jīng)歷了時代的變遷與演化，衍生出了一個更為成熟與系統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式——項(xiàng)目化學(xué)習(xí). 這種學(xué)習(xí)模式目前已經(jīng)被普遍接受為一種能夠培養(yǎng)學(xué)生學(xué)術(shù)素養(yǎng)的良好模式.

圖1 項(xiàng)目化學(xué)習(xí)流程圖

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是讓學(xué)生在一段時間內(nèi)通過研究并應(yīng)對一個真實(shí)的、有吸引力并且復(fù)雜的問題、課題或挑戰(zhàn)，從而掌握重點(diǎn)知識和技能，在此過程中學(xué)生的綜合技能、學(xué)術(shù)素養(yǎng)等會得到培養(yǎng). 項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，包括基于標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容以及如批判性思維、問題解決、合作和自我管理等技能，其一般化的設(shè)計(jì)流程如圖1所示.

南師大隊(duì)在多年的備賽實(shí)踐中，認(rèn)識到CUPT這一競賽有別于其他學(xué)科競賽，從表面來看似乎僅需要學(xué)生探究一道賽題即可，但深入其中就會發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)競賽讓學(xué)生較為完整地經(jīng)歷了科研過程，相當(dāng)于完成了一個科研項(xiàng)目. 因而南師大隊(duì)初期依據(jù)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理論構(gòu)建自己的備賽模式，但后續(xù)也對項(xiàng)目化學(xué)習(xí)進(jìn)行了一定的改進(jìn)與發(fā)展,以適應(yīng)競賽與人才培養(yǎng)相結(jié)合的要求.

2 CUPT南師大隊(duì)備賽模式探討

2.1 總覽

我校備賽過程主要包含兩種模式、5個模塊，如圖2所示.其中模式一基于項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理論，面向本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)；模式二在模式一的基礎(chǔ)上，遴選出參加國賽的選手進(jìn)行集訓(xùn). 一方面面向競賽要求，另一方面也是對在此項(xiàng)目中拔尖學(xué)生的更高層次的培養(yǎng). 兩種模式呈遞進(jìn)關(guān)系，較好的處理了本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)與金牌戰(zhàn)略的雙重要求.

圖2 CUPT備賽流程

在國賽暑假集訓(xùn)前(即模式一)的分組研究、集中討論、評價建議等過程一方面均面向全校有意愿的學(xué)生，充分保證了受眾面的廣泛. 另一方面，在年級的分配上，也更多的傾向于鼓勵本科低年級學(xué)生(本科一年級與二年級)參賽，以此使得學(xué)生在本科階段均有接受物理科研訓(xùn)練的機(jī)會. 雖然受制于競賽本身較強(qiáng)的專業(yè)性要求，但從圖3可以看出，近年來參加校賽的比例仍然在逐年上升，覆蓋面也從初期的物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院逐漸輻射到教師院(學(xué)科物理)、強(qiáng)化院、能源院、電氣院、地科院等院系，學(xué)生通常在本科一年級與二年級中任選一年參賽，但近年來也有學(xué)生連續(xù)兩年參賽，所以參賽比例已經(jīng)超過了50%.

計(jì)算校賽參賽比例采用的公式是：A/(B+C). A：當(dāng)年物科院、教師院學(xué)科物理與強(qiáng)化院參賽人數(shù)；B：當(dāng)年物科院、教師院學(xué)科物理與強(qiáng)化院招生人數(shù)；C：上一年物科院、教師院學(xué)科物理與強(qiáng)化院招生人數(shù).采用這種計(jì)算方式的原因在于：參賽的主要為本科一年級與二年級，分別對應(yīng)了當(dāng)年與上一年的招生情況.

圖3 近5年參加校賽比例

圖4所示為本校應(yīng)競賽要求所進(jìn)行的兩輪選拔的入圍人數(shù)，受競賽選拔限制，我校選拔人數(shù)目前已在賽制允許范圍內(nèi)達(dá)到了最大的入圍數(shù)，校賽選拔通過與否以及后續(xù)進(jìn)入校隊(duì)與否不影響學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行相應(yīng)課題研究，其目的在于選拔校內(nèi)頂尖學(xué)生參加分片區(qū)賽與國賽，未入圍的學(xué)生也能經(jīng)歷全部五個模塊的訓(xùn)練.

圖4 校賽選拔通過與校隊(duì)人數(shù)

實(shí)踐結(jié)果也表明，這樣的一種基于項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理論的雙軌并行制備賽模式可以更好的針對不同層次的學(xué)生，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，對學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)與升學(xué)均有較好的影響.

2.2 模塊1——賽題分析主導(dǎo)的引導(dǎo)性研究

賽題作為CUPT區(qū)別于其他形式物理競賽的一大特點(diǎn)，在備賽過程中屬于源頭型資源，對應(yīng)于項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理論中的“從一個基本但足夠重要的問題開始”. 學(xué)生需要根據(jù)賽題確立正確的研究切入點(diǎn)并建立研究框架. 然而對于剛步入大學(xué)的本科生，在不輔以外界科學(xué)指引的情況下，直接發(fā)揮學(xué)生自主意識進(jìn)行前述的工作是比較困難的，不排除有部分較優(yōu)秀的學(xué)生可以較好地完成，但這對廣受眾本科生的培養(yǎng)工作不利.

為了兼顧精英教育與普適性人才培養(yǎng)雙重目標(biāo)，我校在備賽過程的初期創(chuàng)新性地引入了“賽題分析”環(huán)節(jié). 此環(huán)節(jié)以賽題為主體，以即將參賽的學(xué)生為客體，由前國賽隊(duì)員的初步分析作為連接主體與客體之間的紐帶，在不妨礙即將參賽學(xué)生對于賽題自主探究的前提下，輔以必要的外部科學(xué)性指導(dǎo)，從而達(dá)到快速上手、規(guī)范過程、加深理解等良好的推動性效果，使得項(xiàng)目在初期就能夠引起學(xué)生足夠的重視且激發(fā)起足夠的熱情.

經(jīng)過數(shù)年的實(shí)踐、反思進(jìn)而再實(shí)踐、再反思的歷練，為達(dá)到前述的良好推動性效果，我校對賽題分析形成了如表1所示的幾點(diǎn)要求.

表1 賽題分析基本要求

包含如上要素的賽題分析，其作用不局限于為學(xué)生提供賽題介紹、簡單剖析以及引導(dǎo)性思路，往往還會起到激發(fā)學(xué)生研究興趣、推動學(xué)生積極開展與自身水平相適應(yīng)的研究活動的作用，這一作用在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理論中也被重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，其教育意義在于：一是使得原本面向精英的競賽變得受眾面更廣，誠然學(xué)生層次有高低之分，但不同層次學(xué)生在這樣的過程中均可以做一些力所能及的工作，均能夠從相應(yīng)的起點(diǎn)開始經(jīng)歷科研過程；二是激發(fā)學(xué)生研究興趣，轉(zhuǎn)變學(xué)生位置，使得被動的研究轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動的探究，真正意義上發(fā)揮CUPT對本科生的教育意義.

2.3 模塊2——學(xué)生為主體的合作探究過程

第二模塊為備賽的兩個最為核心的過程之一，這一模塊中的3個過程均以學(xué)生為主體，學(xué)生自由選題、組成研究組進(jìn)而分組研究，經(jīng)歷相對完整的課題研究過程. 在這樣的一個過程中，學(xué)生的知識層次、科研能力與社會化屬性都會得到較好的提高.

常規(guī)教學(xué)模式中，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式較為單一，缺少將物理知識融入實(shí)際物理情境中的能力.CUPT所提供的原始物理問題剛好給學(xué)生提供了一個思考的環(huán)境，學(xué)生需要自力更生，經(jīng)歷查閱文獻(xiàn)、補(bǔ)足相關(guān)知識、交流與請教以及反復(fù)嘗試等過程，學(xué)生的自主探索使得知識的獲得與能力的提升效率大大提高. 此外，部分學(xué)生過分強(qiáng)調(diào)自我，團(tuán)隊(duì)合作意識薄弱，在拒絕分享自己成果的同時也不愿主動尋求幫助. 而CUPT傳遞的理念是學(xué)術(shù)與人際交往能力相結(jié)合、個人與團(tuán)隊(duì)合作相結(jié)合，學(xué)生在合作中增強(qiáng)了集體榮譽(yù)感，在探討中學(xué)會了相互交流，在展示中學(xué)會展示自我的同時也能與他人進(jìn)行良好的溝通，學(xué)生的社會化屬性同樣得到了良好的發(fā)展.

我校在多年的實(shí)踐中，由單層次的學(xué)生合作逐漸形成了多層次交融的合作模式，模式結(jié)構(gòu)如表2所示.在這種結(jié)構(gòu)中，已經(jīng)選題的參賽學(xué)生根據(jù)院系、年級的不同被劃分成若干2～4人研究組. 此外在研究組之上還根據(jù)賽題編號分成了17個課題組，同一課題下會有多個研究組，課題組由原參賽隊(duì)員擔(dān)任負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)前期組員研究的指導(dǎo)工作，指導(dǎo)主要包括研究初期的研究計(jì)劃制定、研究中期的問題探討以及研究后期的成果生成. 這樣由新老參賽隊(duì)員合作、大小組相輔相成的結(jié)構(gòu)，使得參與競賽的學(xué)生能從中體會到更深層次的合作，對于課題的研究也能在前人的指導(dǎo)下更快上手. 前參賽隊(duì)員的介入不僅僅給新隊(duì)員提供了針對性的問題解決途徑，在前期工作中對于共性的問題也會專門予以解決，比如相關(guān)軟件(MatLab、Tracker、COMSOL等)的操作介紹講座.

表2 組織結(jié)構(gòu)

2.4 模塊3——外部評價為參考的評議過程

第三模塊為另外一個核心模塊.項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)為穿插于環(huán)節(jié)中的評價過程.課題項(xiàng)目的進(jìn)行并非閉門造車，雖然學(xué)生已經(jīng)組成相應(yīng)的研究組進(jìn)行研究，但僅僅組內(nèi)的交流往往不能使得項(xiàng)目達(dá)到較高的層次，所謂的“橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同”. 為推動課題的進(jìn)展，使得學(xué)生的研究更加深入，推動學(xué)生的認(rèn)知層次更上一層樓，需要定期由教師、專家等進(jìn)行評價與建議.

這樣的集中討論并評價的工作需要在整個研究過程中不斷進(jìn)行，從而可以及時發(fā)現(xiàn)研究過程中存在的問題以及可能的改進(jìn)點(diǎn). 此外，在我校的備賽實(shí)踐中，一方面為充分發(fā)揮學(xué)生的主體價值，提高學(xué)生在過程中的收獲，不同課題組之間會做出相互的評價；另一方面為使得評價的內(nèi)容更為客觀，在我校教師評價外，我校還會邀請外校教師、專家等進(jìn)行交流評價，充分發(fā)揮評價在整個過程中的指導(dǎo)性作用. 在多年實(shí)踐過程中，我校逐漸形成了如表3所示的評價體系.

對應(yīng)于備賽的不同階段，其中第一輪小組匯報(bào)至決賽對應(yīng)于備賽模式中的模式一，面向全體參賽本科生，交流匯報(bào)組數(shù)較多，針對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)；第三輪小組匯報(bào)至國賽對應(yīng)于備賽模式中的模式二，面向經(jīng)過前期的篩選而選拔出的拔尖選手，交流匯報(bào)兼顧科研能力的培養(yǎng)與競賽目標(biāo)的實(shí)現(xiàn).

表3 評價進(jìn)程及內(nèi)容

2.5 模塊4——課題目標(biāo)所導(dǎo)向的成果意識

在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理論中，一個項(xiàng)目的結(jié)束并非是在項(xiàng)目主體完成之時，而是在已經(jīng)有了相應(yīng)的物化成果之后，這一特點(diǎn)體現(xiàn)的是項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)，在其中培養(yǎng)的是學(xué)生的成果化意識.

同樣的，我校CUPT備賽模式中最終一環(huán)也為成果物化，鼓勵學(xué)生在已有研究基礎(chǔ)上形成相應(yīng)的研究報(bào)告、論文文章與實(shí)際產(chǎn)品等物化的成果. 同時在每年備賽的基礎(chǔ)上，我校會形成相應(yīng)的CUPT報(bào)告集作為一年工作的回顧與總結(jié). 這樣的一個過程，可以發(fā)揮以下兩點(diǎn)作用：一是使學(xué)生形成成果化意識，在總結(jié)課題研究內(nèi)容進(jìn)而形成最終成果的基礎(chǔ)上認(rèn)識到課題研究的價值，以及知識運(yùn)用所帶來的產(chǎn)出；二是在認(rèn)識到知識運(yùn)用的價值的基礎(chǔ)上，形成將知識與實(shí)際情境相結(jié)合的思維模式.

2.6 模塊5——穿插于所有環(huán)節(jié)的反饋機(jī)制

反饋過程雖然并未構(gòu)成模式中的某一要點(diǎn)，但是存在于模式中的每一個過程之中. 反饋過程涉及得最多的環(huán)節(jié)是在分組研究和評價與建議，也即學(xué)生會在分組研究和評價與建議兩者間經(jīng)歷多次的循環(huán)，這樣的以評價反饋給研究進(jìn)而推動再研究的過程，使學(xué)生認(rèn)識到課題的研究、問題的解決往往不是一蹴而就的，通常都需要經(jīng)過反復(fù)的研究，方能逐漸接近問題本質(zhì)，這是一個螺旋上升式的過程. 這種過程區(qū)別于常規(guī)的線形教學(xué)，學(xué)生在此過程中不再是直接使用知識解決習(xí)題，面對更為復(fù)雜的原始物理問題，學(xué)生往往不能直接將知識完整且正確的適用于待求解問題，因而所經(jīng)歷的包含反饋的過程是一種非線性的過程. 經(jīng)歷此種備賽模式的學(xué)生可以較好地被培養(yǎng)起這種非線性思維和解決問題的能力.

同時在備賽模式的其它過程中，也存在著諸多的反饋過程.例如在學(xué)生選題并進(jìn)行一定研究后，給予了學(xué)生根據(jù)自己的需求重新選題或者重新確定研究方向的機(jī)會；又例如在學(xué)生參賽匯報(bào)后，仍然可以根據(jù)賽場上所感所想所獲進(jìn)行進(jìn)一步的研究.

3 CUPT備賽實(shí)踐的效果與成績

我校備賽實(shí)踐模式與其他參賽學(xué)校的模式差異主要在于：我校關(guān)注了兩個方面，一方面是在賽場上取得較好成績，另一方面是讓所有參賽學(xué)生經(jīng)歷較完整的科研訓(xùn)練過程，這樣的一個過程在本科階段對于物理相關(guān)專業(yè)的學(xué)生而言是寶貴的.

就參賽成績而言，在2011年至2019年，南京師范大學(xué)隊(duì)獲得了國賽一等獎兩次、二等獎4次、三等獎3次，華東片區(qū)比賽中獲得一等獎與二等獎各一次，成績優(yōu)異.

就對于所有參賽學(xué)生的培養(yǎng)而言，對該模式的實(shí)踐已經(jīng)顯化出的成果首先是我校學(xué)生在經(jīng)歷備賽后所產(chǎn)出的相關(guān)研究論文，包括發(fā)表在期刊上的文章與本、碩畢業(yè)論文. 在中國知網(wǎng)上可以查到的已經(jīng)見刊的論文以及碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)共計(jì)17篇，研究內(nèi)容涉及了賽題解決、PT教育價值開發(fā)、PT實(shí)驗(yàn)教育設(shè)計(jì)等多個方面，競賽的研究成果居于全國前列.我校競賽指導(dǎo)教師陸建隆教授在2019年中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽委員會召開的物理學(xué)術(shù)競賽十周年暨學(xué)生素質(zhì)教育新模式研討會上獲得了“中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽先進(jìn)個人”與“物理學(xué)術(shù)競賽教育教學(xué)改革先進(jìn)個人”稱號，競賽備賽的創(chuàng)新性實(shí)踐效果可見一斑.

其次是每年度形成的《南京師范大學(xué)CUPT報(bào)告集》，報(bào)告集涵蓋對應(yīng)年度的CUPT賽題分析報(bào)告以及參賽學(xué)生心得等，報(bào)告在形式與要求上均與本科畢業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相同. 這些報(bào)告內(nèi)容由所有參賽學(xué)生根據(jù)對應(yīng)的選題共同完成，完成后由指導(dǎo)教師審閱并提出修改建議，再進(jìn)行修改達(dá)到要求后匯編成集，報(bào)告集用于后續(xù)本?；蚺c其他院校交流研究.

我校在組織學(xué)生進(jìn)行前述兩項(xiàng)工作的同時，也在2019正式啟動了《南京師范大學(xué)CUPT備賽指導(dǎo)手冊》的制作，這個手冊將包含競賽介紹、備賽指導(dǎo)、成果回顧等多項(xiàng)內(nèi)容，著眼于將前期積累下的成果轉(zhuǎn)化為更為系統(tǒng)而規(guī)范的指導(dǎo)手冊.

4 備賽模式思考與展望

前述雙軌并行制備賽模式的設(shè)計(jì)，融和了重點(diǎn)知識、驅(qū)動問題、深入研究、批判反思和公開展示等包含了項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中所要求的主要要素，但也針對競賽要求與不同學(xué)生層次的差異對項(xiàng)目化學(xué)習(xí)進(jìn)行了深化. 模式整體呈現(xiàn)豐富的層次感，對于層次較高的學(xué)生，這樣的模式可以使他們充分發(fā)揮自身潛力，研究課題可以得到較好的解決；對于一般層次學(xué)生，這樣的模式也給他們提供了較低的上手高度，使得他們也能有所做、有所學(xué)、有所思，真正意義上實(shí)現(xiàn)了對更大覆蓋面、更廣層次學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，對學(xué)生未來產(chǎn)生有益影響.

備賽模式的特色在于前述賽題分析與成果物化.前者是實(shí)現(xiàn)廣范圍、多層次學(xué)生能力培養(yǎng)工作的良好手段；后者是推動競賽資源進(jìn)一步利用、學(xué)生能力進(jìn)一步提高的必要途徑.

依托CUPT培養(yǎng)本科創(chuàng)新人才的模式在未來仍需不斷優(yōu)化.在已經(jīng)形成基本框架的基礎(chǔ)上，未來還需要對其中的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行深入的考量，例如評價反饋過程中需要思考怎樣進(jìn)行更為科學(xué)的評價，是否可以形成量化的過程性評價指標(biāo)；再例如圍繞CUPT的研究性課程應(yīng)怎樣開發(fā)設(shè)計(jì). 諸如此類的問題都需要在后續(xù)的實(shí)踐中繼續(xù)探索、解決.