项目化学习下CUPT备赛模式与实践——以南京师范大学队为例

周洋平，钟 鸣，陆建隆

(1. 南京师范大学 教师教育学院，江苏 南京 210023；2.南京师范大学 物理科学与技术学院，江苏 南京 210023)

基础学科的拔尖创新人才培养一直以来都是高水平大学建设的中心工作，南京师范大学依托中国大学生物理学术竞赛(CUPT)，积极开展创新人才培养工作，已经走过10个年头. 在过去的10年中，我校基于项目化学习理论，通过有效的管理与指导机制并结合优质的教学资源，实现较大覆盖面学生的全面可持续发展. 区别于主要面向竞赛成果的选拔与培养机制，我校在关注竞赛成果的同时，更着眼于利用CUPT良好资源，扩大在校学生受益面，从而真正实现本科创新人才培养，提高学生群体整体的科学素养. 在培养出一批优秀人才的同时也获得了相应的物化成果. 近几年我校CUPT参赛选手，多人获包括国家奖学金、校长奖学金、朱敬文奖学金在内的各级各类奖学金；已毕业参赛选手基本在北京大学、清华大学、南京大学等双一流高校继续深造. 同时，在前期研究工作基础上，学生完成相关本、硕毕业论文10余篇，公开发表论文近20篇，成果显著.

经过10年积淀，CUPT南京师范大学代表队的备赛模式已经基本成型，这种模式的诸多要点对于本科创新人才培养有独特的价值. 同时，这种模式也在逐步的发展过程中从最初的基于项目化学习理论到现在的延伸了项目化学习理论. 因而在CUPT 10年这个关键的时间节点，本文尝试对南师大队备赛模式及其所发挥的意义进行一个总结与反思，以期其在未来可以更好地推动本科人才培养.

1 项目化学习的理论基础

在20世纪50年代杜威提出 “Experience and Education”，此教育理念经历了时代的变迁与演化，衍生出了一个更为成熟与系统的学习模式——项目化学习. 这种学习模式目前已经被普遍接受为一种能够培养学生学术素养的良好模式.

图1 项目化学习流程图

项目化学习是让学生在一段时间内通过研究并应对一个真实的、有吸引力并且复杂的问题、课题或挑战，从而掌握重点知识和技能，在此过程中学生的综合技能、学术素养等会得到培养. 项目化学习的重点是学生的学习目标，包括基于标准的内容以及如批判性思维、问题解决、合作和自我管理等技能，其一般化的设计流程如图1所示.

南师大队在多年的备赛实践中，认识到CUPT这一竞赛有别于其他学科竞赛，从表面来看似乎仅需要学生探究一道赛题即可，但深入其中就会发现这项竞赛让学生较为完整地经历了科研过程，相当于完成了一个科研项目. 因而南师大队初期依据项目化学习理论构建自己的备赛模式，但后续也对项目化学习进行了一定的改进与发展,以适应竞赛与人才培养相结合的要求.

2 CUPT南师大队备赛模式探讨

2.1 总览

我校备赛过程主要包含两种模式、5个模块，如图2所示.其中模式一基于项目化学习理论，面向本科创新人才培养；模式二在模式一的基础上，遴选出参加国赛的选手进行集训. 一方面面向竞赛要求，另一方面也是对在此项目中拔尖学生的更高层次的培养. 两种模式呈递进关系，较好的处理了本科创新人才培养与金牌战略的双重要求.

图2 CUPT备赛流程

在国赛暑假集训前(即模式一)的分组研究、集中讨论、评价建议等过程一方面均面向全校有意愿的学生，充分保证了受众面的广泛. 另一方面，在年级的分配上，也更多的倾向于鼓励本科低年级学生(本科一年级与二年级)参赛，以此使得学生在本科阶段均有接受物理科研训练的机会. 虽然受制于竞赛本身较强的专业性要求，但从图3可以看出，近年来参加校赛的比例仍然在逐年上升，覆盖面也从初期的物理科学与技术学院逐渐辐射到教师院(学科物理)、强化院、能源院、电气院、地科院等院系，学生通常在本科一年级与二年级中任选一年参赛，但近年来也有学生连续两年参赛，所以参赛比例已经超过了50%.

计算校赛参赛比例采用的公式是：A/(B+C). A：当年物科院、教师院学科物理与强化院参赛人数；B：当年物科院、教师院学科物理与强化院招生人数；C：上一年物科院、教师院学科物理与强化院招生人数.采用这种计算方式的原因在于：参赛的主要为本科一年级与二年级，分别对应了当年与上一年的招生情况.

图3 近5年参加校赛比例

图4所示为本校应竞赛要求所进行的两轮选拔的入围人数，受竞赛选拔限制，我校选拔人数目前已在赛制允许范围内达到了最大的入围数，校赛选拔通过与否以及后续进入校队与否不影响学生继续进行相应课题研究，其目的在于选拔校内顶尖学生参加分片区赛与国赛，未入围的学生也能经历全部五个模块的训练.

图4 校赛选拔通过与校队人数

实践结果也表明，这样的一种基于项目化学习理论的双轨并行制备赛模式可以更好的针对不同层次的学生，提高学生的科学素养，对学生后续的学习与升学均有较好的影响.

2.2 模块1——赛题分析主导的引导性研究

赛题作为CUPT区别于其他形式物理竞赛的一大特点，在备赛过程中属于源头型资源，对应于项目化学习理论中的“从一个基本但足够重要的问题开始”. 学生需要根据赛题确立正确的研究切入点并建立研究框架. 然而对于刚步入大学的本科生，在不辅以外界科学指引的情况下，直接发挥学生自主意识进行前述的工作是比较困难的，不排除有部分较优秀的学生可以较好地完成，但这对广受众本科生的培养工作不利.

为了兼顾精英教育与普适性人才培养双重目标，我校在备赛过程的初期创新性地引入了“赛题分析”环节. 此环节以赛题为主体，以即将参赛的学生为客体，由前国赛队员的初步分析作为连接主体与客体之间的纽带，在不妨碍即将参赛学生对于赛题自主探究的前提下，辅以必要的外部科学性指导，从而达到快速上手、规范过程、加深理解等良好的推动性效果，使得项目在初期就能够引起学生足够的重视且激发起足够的热情.

经过数年的实践、反思进而再实践、再反思的历练，为达到前述的良好推动性效果，我校对赛题分析形成了如表1所示的几点要求.

表1 赛题分析基本要求

包含如上要素的赛题分析，其作用不局限于为学生提供赛题介绍、简单剖析以及引导性思路，往往还会起到激发学生研究兴趣、推动学生积极开展与自身水平相适应的研究活动的作用，这一作用在项目化学习理论中也被重点强调，其教育意义在于：一是使得原本面向精英的竞赛变得受众面更广，诚然学生层次有高低之分，但不同层次学生在这样的过程中均可以做一些力所能及的工作，均能够从相应的起点开始经历科研过程；二是激发学生研究兴趣，转变学生位置，使得被动的研究转变为学生主动的探究，真正意义上发挥CUPT对本科生的教育意义.

2.3 模块2——学生为主体的合作探究过程

第二模块为备赛的两个最为核心的过程之一，这一模块中的3个过程均以学生为主体，学生自由选题、组成研究组进而分组研究，经历相对完整的课题研究过程. 在这样的一个过程中，学生的知识层次、科研能力与社会化属性都会得到较好的提高.

常规教学模式中，学生的学习方式较为单一，缺少将物理知识融入实际物理情境中的能力.CUPT所提供的原始物理问题刚好给学生提供了一个思考的环境，学生需要自力更生，经历查阅文献、补足相关知识、交流与请教以及反复尝试等过程，学生的自主探索使得知识的获得与能力的提升效率大大提高. 此外，部分学生过分强调自我，团队合作意识薄弱，在拒绝分享自己成果的同时也不愿主动寻求帮助. 而CUPT传递的理念是学术与人际交往能力相结合、个人与团队合作相结合，学生在合作中增强了集体荣誉感，在探讨中学会了相互交流，在展示中学会展示自我的同时也能与他人进行良好的沟通，学生的社会化属性同样得到了良好的发展.

我校在多年的实践中，由单层次的学生合作逐渐形成了多层次交融的合作模式，模式结构如表2所示.在这种结构中，已经选题的参赛学生根据院系、年级的不同被划分成若干2～4人研究组. 此外在研究组之上还根据赛题编号分成了17个课题组，同一课题下会有多个研究组，课题组由原参赛队员担任负责人，负责前期组员研究的指导工作，指导主要包括研究初期的研究计划制定、研究中期的问题探讨以及研究后期的成果生成. 这样由新老参赛队员合作、大小组相辅相成的结构，使得参与竞赛的学生能从中体会到更深层次的合作，对于课题的研究也能在前人的指导下更快上手. 前参赛队员的介入不仅仅给新队员提供了针对性的问题解决途径，在前期工作中对于共性的问题也会专门予以解决，比如相关软件(MatLab、Tracker、COMSOL等)的操作介绍讲座.

表2 组织结构

2.4 模块3——外部评价为参考的评议过程

第三模块为另外一个核心模块.项目化学习中的一个关键环节为穿插于环节中的评价过程.课题项目的进行并非闭门造车，虽然学生已经组成相应的研究组进行研究，但仅仅组内的交流往往不能使得项目达到较高的层次，所谓的“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”. 为推动课题的进展，使得学生的研究更加深入，推动学生的认知层次更上一层楼，需要定期由教师、专家等进行评价与建议.

这样的集中讨论并评价的工作需要在整个研究过程中不断进行，从而可以及时发现研究过程中存在的问题以及可能的改进点. 此外，在我校的备赛实践中，一方面为充分发挥学生的主体价值，提高学生在过程中的收获，不同课题组之间会做出相互的评价；另一方面为使得评价的内容更为客观，在我校教师评价外，我校还会邀请外校教师、专家等进行交流评价，充分发挥评价在整个过程中的指导性作用. 在多年实践过程中，我校逐渐形成了如表3所示的评价体系.

对应于备赛的不同阶段，其中第一轮小组汇报至决赛对应于备赛模式中的模式一，面向全体参赛本科生，交流汇报组数较多，针对学生科学素养的培养；第三轮小组汇报至国赛对应于备赛模式中的模式二，面向经过前期的筛选而选拔出的拔尖选手，交流汇报兼顾科研能力的培养与竞赛目标的实现.

表3 评价进程及内容

2.5 模块4——课题目标所导向的成果意识

在项目化学习理论中，一个项目的结束并非是在项目主体完成之时，而是在已经有了相应的物化成果之后，这一特点体现的是项目化学习的最终目标，在其中培养的是学生的成果化意识.

同样的，我校CUPT备赛模式中最终一环也为成果物化，鼓励学生在已有研究基础上形成相应的研究报告、论文文章与实际产品等物化的成果. 同时在每年备赛的基础上，我校会形成相应的CUPT报告集作为一年工作的回顾与总结. 这样的一个过程，可以发挥以下两点作用：一是使学生形成成果化意识，在总结课题研究内容进而形成最终成果的基础上认识到课题研究的价值，以及知识运用所带来的产出；二是在认识到知识运用的价值的基础上，形成将知识与实际情境相结合的思维模式.

2.6 模块5——穿插于所有环节的反馈机制

反馈过程虽然并未构成模式中的某一要点，但是存在于模式中的每一个过程之中. 反馈过程涉及得最多的环节是在分组研究和评价与建议，也即学生会在分组研究和评价与建议两者间经历多次的循环，这样的以评价反馈给研究进而推动再研究的过程，使学生认识到课题的研究、问题的解决往往不是一蹴而就的，通常都需要经过反复的研究，方能逐渐接近问题本质，这是一个螺旋上升式的过程. 这种过程区别于常规的线形教学，学生在此过程中不再是直接使用知识解决习题，面对更为复杂的原始物理问题，学生往往不能直接将知识完整且正确的适用于待求解问题，因而所经历的包含反馈的过程是一种非线性的过程. 经历此种备赛模式的学生可以较好地被培养起这种非线性思维和解决问题的能力.

同时在备赛模式的其它过程中，也存在着诸多的反馈过程.例如在学生选题并进行一定研究后，给予了学生根据自己的需求重新选题或者重新确定研究方向的机会；又例如在学生参赛汇报后，仍然可以根据赛场上所感所想所获进行进一步的研究.

3 CUPT备赛实践的效果与成绩

我校备赛实践模式与其他参赛学校的模式差异主要在于：我校关注了两个方面，一方面是在赛场上取得较好成绩，另一方面是让所有参赛学生经历较完整的科研训练过程，这样的一个过程在本科阶段对于物理相关专业的学生而言是宝贵的.

就参赛成绩而言，在2011年至2019年，南京师范大学队获得了国赛一等奖两次、二等奖4次、三等奖3次，华东片区比赛中获得一等奖与二等奖各一次，成绩优异.

就对于所有参赛学生的培养而言，对该模式的实践已经显化出的成果首先是我校学生在经历备赛后所产出的相关研究论文，包括发表在期刊上的文章与本、硕毕业论文. 在中国知网上可以查到的已经见刊的论文以及硕士毕业设计共计17篇，研究内容涉及了赛题解决、PT教育价值开发、PT实验教育设计等多个方面，竞赛的研究成果居于全国前列.我校竞赛指导教师陆建隆教授在2019年中国大学生物理学术竞赛委员会召开的物理学术竞赛十周年暨学生素质教育新模式研讨会上获得了“中国大学生物理学术竞赛先进个人”与“物理学术竞赛教育教学改革先进个人”称号，竞赛备赛的创新性实践效果可见一斑.

其次是每年度形成的《南京师范大学CUPT报告集》，报告集涵盖对应年度的CUPT赛题分析报告以及参赛学生心得等，报告在形式与要求上均与本科毕业设计标准相同. 这些报告内容由所有参赛学生根据对应的选题共同完成，完成后由指导教师审阅并提出修改建议，再进行修改达到要求后汇编成集，报告集用于后续本校或与其他院校交流研究.

我校在组织学生进行前述两项工作的同时，也在2019正式启动了《南京师范大学CUPT备赛指导手册》的制作，这个手册将包含竞赛介绍、备赛指导、成果回顾等多项内容，着眼于将前期积累下的成果转化为更为系统而规范的指导手册.

4 备赛模式思考与展望

前述双轨并行制备赛模式的设计，融和了重点知识、驱动问题、深入研究、批判反思和公开展示等包含了项目化学习中所要求的主要要素，但也针对竞赛要求与不同学生层次的差异对项目化学习进行了深化. 模式整体呈现丰富的层次感，对于层次较高的学生，这样的模式可以使他们充分发挥自身潜力，研究课题可以得到较好的解决；对于一般层次学生，这样的模式也给他们提供了较低的上手高度，使得他们也能有所做、有所学、有所思，真正意义上实现了对更大覆盖面、更广层次学生的创新能力的培养，对学生未来产生有益影响.

备赛模式的特色在于前述赛题分析与成果物化.前者是实现广范围、多层次学生能力培养工作的良好手段；后者是推动竞赛资源进一步利用、学生能力进一步提高的必要途径.

依托CUPT培养本科创新人才的模式在未来仍需不断优化.在已经形成基本框架的基础上，未来还需要对其中的细节部分进行深入的考量，例如评价反馈过程中需要思考怎样进行更为科学的评价，是否可以形成量化的过程性评价指标；再例如围绕CUPT的研究性课程应怎样开发设计. 诸如此类的问题都需要在后续的实践中继续探索、解决.