原子物理學(xué)課程思政素材的挖掘

何 娟，李京潁，余功方，劉程程

（阜陽(yáng)師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院，安徽阜陽(yáng)236037）

2018年9 月，習(xí)近平總書記在全國(guó)教育大會(huì)上指出“培養(yǎng)什么人，是教育的首要問(wèn)題”。高等學(xué)校作為人才培養(yǎng)的重要基地，究竟培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰(shuí)培養(yǎng)人是新時(shí)代新形勢(shì)下教育的核心要義。如何培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人？習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)要在“堅(jiān)定理想信念、厚植愛(ài)國(guó)主義情懷、加強(qiáng)品德修養(yǎng)、增長(zhǎng)知識(shí)見(jiàn)識(shí)、培養(yǎng)奮斗精神、增強(qiáng)綜合素質(zhì)”這6個(gè)方面下功夫[1]。課堂是學(xué)生獲取知識(shí)的主要途徑，也是實(shí)現(xiàn)教育目標(biāo)的重要手段。長(zhǎng)期以來(lái)，黨和國(guó)家高度重視課程的育人作用。《國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確提出要全面落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程?？茖W(xué)制定不同年齡階段和各級(jí)各類教育的德育工作目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)全員育人、全過(guò)程育人、全方位育人，深入挖掘課程教材的育人作用[2]。在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，思想政治理論課要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力和針對(duì)性，滿足學(xué)生成長(zhǎng)發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”[3-4]。這是對(duì)“課程思政”的科學(xué)概括和集中闡述[5]。研究“課程思政”，是新時(shí)代下堅(jiān)持中國(guó)特色社會(huì)主義教育發(fā)展道路，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人的迫切需求，也是教育界在新形勢(shì)下面臨的新課題[6]。高校思想政治理論課是對(duì)大學(xué)生系統(tǒng)開(kāi)展中國(guó)特色社會(huì)主義理論教育的顯性課程，是學(xué)生樹(shù)立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，形成良好思想道德品質(zhì)的關(guān)鍵[7-8]。而其他各門隱性課程，可以通過(guò)其思想政治教育資源，使之能自然而然地實(shí)現(xiàn)思政教育的功能，共同致力于提高學(xué)生的思想水平、政治覺(jué)悟、道德品質(zhì)、文化素養(yǎng)?！罢n程思政”本質(zhì)上就是立足課程作為學(xué)科專業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)地位，從育人維度來(lái)關(guān)照課程價(jià)值，將學(xué)科資源、學(xué)術(shù)資源轉(zhuǎn)化為育人資源，實(shí)現(xiàn)“知識(shí)傳授”和“價(jià)值引領(lǐng)”有機(jī)統(tǒng)一[6,8]。由于專業(yè)課程具有內(nèi)容豐富、學(xué)科內(nèi)涵拓展性廣等特點(diǎn)，因此挖掘?qū)I(yè)課程中的思政元素，將思政教育融入到課程教學(xué)和改革的各環(huán)節(jié)、各方面，讓專業(yè)課程肩負(fù)起立德樹(shù)人的功能，讓專業(yè)教師承擔(dān)起立德樹(shù)人的責(zé)任，更能夠?qū)崿F(xiàn)“三全育人”這個(gè)目標(biāo)所蘊(yùn)含的深刻內(nèi)涵。本文以物理學(xué)類專業(yè)的必修課程“原子物理學(xué)”為例，研究該課程中開(kāi)展思政教育的工作思路，分析與挖掘課程中某些知識(shí)點(diǎn)所蘊(yùn)含的思政教育資源，并在此基礎(chǔ)上探索物理學(xué)類專業(yè)課程思政的實(shí)踐方法。

1 原子物理學(xué)課程簡(jiǎn)介

“原子物理學(xué)”是普通高等學(xué)校物理學(xué)類專業(yè)本科核心課程，是一門研究原子結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其相互作用并闡述其宏觀性質(zhì)的基礎(chǔ)課程。它上承力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)，下啟量子力學(xué)、固體物理，屬于近代物理的范疇，是聯(lián)系經(jīng)典物理和近代量子物理的重要橋梁。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生建立正確的微觀世界物理圖像，理解用量子物理的概念處理微觀世界的基本思想和方法。原子物理學(xué)是我校物理學(xué)（師范）和應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的必修課程之一，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生掌握物理學(xué)科知識(shí)體系、運(yùn)用學(xué)科知識(shí)解釋物理現(xiàn)象的能力起著重要作用，同時(shí)也是進(jìn)行正確世界觀、人生觀、價(jià)值觀教育以及培養(yǎng)卓越科學(xué)精神和堅(jiān)毅意志品質(zhì)的極佳載體，因此要充分發(fā)揮該課程的思政功能，以服務(wù)于立德樹(shù)人的根本任務(wù)。

2 原子物理學(xué)課程思政元素的挖掘

在物理學(xué)類專業(yè)課程的教學(xué)過(guò)程中，物理概念、物理規(guī)律以及相關(guān)計(jì)算公式始終作為授課內(nèi)容的重要部分，然而有關(guān)課程的思政教育功能在課堂上體現(xiàn)不多。為適應(yīng)新形勢(shì)下課程教學(xué)改革的需求，我們以原子物理學(xué)課程為例，挖掘了該課程中蘊(yùn)含的思政元素，將課程目標(biāo)與立德樹(shù)人目標(biāo)緊密結(jié)合、思政元素與課程知識(shí)點(diǎn)互相契合，使知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)與價(jià)值塑造融會(huì)貫通，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力、愛(ài)國(guó)情懷和社會(huì)責(zé)任。我們?cè)谠游锢韺W(xué)課程中的一些探索和實(shí)踐，希望能對(duì)物理學(xué)類的其他專業(yè)課程提供具體化的經(jīng)驗(yàn)。

2.1 培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神

原子物理學(xué)是研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的一門科學(xué)，從古代樸素原子概念的提出到建立在科學(xué)基礎(chǔ)上的原子物理學(xué)科，其發(fā)展經(jīng)歷了從不完善到逐步完善的過(guò)程，也是物理學(xué)家對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐、理論、再實(shí)踐的認(rèn)識(shí)過(guò)程。在課程教學(xué)中，我們適當(dāng)將一些背景材料和物理學(xué)史引入教學(xué)，比如在課程的緒論部分，圍繞著原子物理學(xué)的研究對(duì)象及定位、學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)史以及如何學(xué)好這門課程三個(gè)問(wèn)題展開(kāi)。在介紹原子物理學(xué)發(fā)展歷程中，以科學(xué)家們對(duì)原子研究的歷史主線來(lái)引導(dǎo)教學(xué)[9]，介紹物理問(wèn)題產(chǎn)生的歷史背景以及物理學(xué)家背后一些鮮為人知的原始想法、做法和獨(dú)特的人格魅力，讓學(xué)生了解科學(xué)家們?cè)谖锢韺W(xué)相關(guān)研究方向發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，迸發(fā)創(chuàng)新思維火花的過(guò)程，培養(yǎng)他們批判思考、實(shí)事求是、勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度，同時(shí)也讓他們理解原子物理學(xué)知識(shí)大廈的建成是無(wú)數(shù)科學(xué)家的研究成果和高尚人格的集中體現(xiàn)。比如，在原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)上，沿著科學(xué)家對(duì)原子研究的歷史脈絡(luò)，抓住學(xué)科發(fā)展的主線徐徐展開(kāi)。真正科學(xué)意義上揭開(kāi)近代物理序幕，是從1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象和1897年湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子之后。湯姆遜提出原子的“葡萄干—棗糕”模型，但α粒子散射實(shí)驗(yàn)徹底否定了湯氏模型，導(dǎo)致盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型的建立，然而盧氏模型不能很好地解釋原子的穩(wěn)定性、同一性和再生性，促使了玻爾理論一舉成名，并且玻爾理論得到了氫原子、類氫離子光譜以及獨(dú)立于光譜之外的弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。之后，索末菲推廣并修正了玻爾理論。隨著光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)、史特恩—蓋拉赫等實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子自旋假設(shè)后，人們對(duì)原子的認(rèn)識(shí)和理解也更加深刻和完善。通過(guò)物理學(xué)史的教育激發(fā)他們學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的熱情，可以籍此引導(dǎo)和感染他們樹(shù)立高遠(yuǎn)志向，歷練敢于擔(dān)當(dāng)、求真務(wù)實(shí)的精神，鼓勵(lì)他們養(yǎng)成積極向上、永不退縮的人生態(tài)度，激勵(lì)他們?cè)趯W(xué)習(xí)中要不懈奮斗、不畏艱險(xiǎn)。

2.2 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力

物理學(xué)是在實(shí)踐與理論相互推動(dòng)下向前發(fā)展的,是從生產(chǎn)實(shí)踐或科學(xué)實(shí)驗(yàn)到理論，再把理論用于生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)的反復(fù)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)是科學(xué)的實(shí)踐[10-11]。原子物理學(xué)是學(xué)生認(rèn)識(shí)和研究微觀領(lǐng)域的開(kāi)始[12]，其建立和發(fā)展與近一百多年的近代物理實(shí)驗(yàn)的發(fā)現(xiàn)密不可分，從1901年該領(lǐng)域第一個(gè)諾貝爾物理獎(jiǎng)授予X射線的發(fā)現(xiàn)者倫琴到2014年授予發(fā)明藍(lán)色發(fā)光二極管的三位日籍和日裔科學(xué)家，前后共111個(gè)諾貝爾物理獎(jiǎng)中至少有77項(xiàng)跟原子物理學(xué)的研究相關(guān)[13-14]。在課程教學(xué)中遵循著從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，由現(xiàn)象到本質(zhì)、從特殊到一般、由實(shí)驗(yàn)到理論的過(guò)程[15]。在教學(xué)實(shí)踐中，我們挖掘了很多可以用于思政教育的素材，在探究科學(xué)方法中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

比如在講授玻爾的氫原子理論建立的內(nèi)容時(shí)，通過(guò)介紹經(jīng)典理論在解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜是線狀光譜時(shí)遇到的困難，為解決這些困難，玻爾大膽探索、勇于出新，創(chuàng)造性地提出了定態(tài)假設(shè)、躍遷假設(shè)以及角動(dòng)量量子化假設(shè)，幫助學(xué)生建立起微觀粒子量子化的特性，使學(xué)生受到創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神的熏陶，提高他們分析和解決問(wèn)題的能力。在講解原子核式結(jié)構(gòu)建立這節(jié)內(nèi)容時(shí)，我們通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)出湯姆遜的原子結(jié)構(gòu)模型與盧瑟福的α 粒子散射實(shí)驗(yàn)事實(shí)不相符，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，進(jìn)而讓他們逐步理解如何由分析物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)建立物理模型，到最終建立物理理論體系的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、活躍、創(chuàng)新的思維方式和學(xué)習(xí)方法。在講授史特恩和蓋拉赫在1921年初次進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，用玻爾理論解釋銀原子在磁場(chǎng)中的取向，理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有出入。要完全解釋該實(shí)驗(yàn)，必須說(shuō)明在1925年電子自旋假設(shè)提出之后，我們對(duì)原子的總磁矩有了完整認(rèn)識(shí)，才可做出科學(xué)的闡釋。在知識(shí)傳授中讓他們體驗(yàn)理論成熟完善的過(guò)程正是科學(xué)實(shí)踐中感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)、理論再指導(dǎo)實(shí)踐的科學(xué)過(guò)程。此外，我們還介紹了電子自旋假設(shè)的提出者是兩位當(dāng)時(shí)年僅25歲的荷蘭大學(xué)生烏倫貝克和古德史密特，這無(wú)形中會(huì)極大地鼓舞學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和樹(shù)立積極樂(lè)觀的人生態(tài)度。在講授塞曼效應(yīng)時(shí)，我們沿著概念、理論、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用的思路層層展開(kāi)教學(xué)。在定性解釋塞曼效應(yīng)的物理機(jī)制和定量計(jì)算分裂后譜線與原譜線的波數(shù)差之后，向?qū)W生介紹本專業(yè)開(kāi)設(shè)近代物理實(shí)驗(yàn)課程中塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容，利用多媒體演示和實(shí)驗(yàn)視頻，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置以及實(shí)驗(yàn)步驟等方面理解磁場(chǎng)中原子光譜線的分裂，同時(shí)也適時(shí)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課的安全和責(zé)任教育。我們還補(bǔ)充了利用塞曼效應(yīng)可以測(cè)量電子的荷質(zhì)比和天體磁場(chǎng)等方面的應(yīng)用，這樣既優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容、改善了教學(xué)結(jié)構(gòu)，又培養(yǎng)了學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的科學(xué)思維。

2.3 培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和社會(huì)責(zé)任

我們都知道近代物理學(xué)起源于西方，在原子物理學(xué)課程教學(xué)中，傳授的知識(shí)幾乎都是西方杰出物理學(xué)家的優(yōu)秀成果，這自然會(huì)引發(fā)類似“李約瑟難題”和“錢學(xué)森之問(wèn)”的思考，勢(shì)必提醒專業(yè)課教師必須要承擔(dān)起思政教育的責(zé)任。我們客觀分析中國(guó)在近代科學(xué)上落后原因的同時(shí)，也激勵(lì)學(xué)生將愛(ài)國(guó)情、強(qiáng)國(guó)志、報(bào)國(guó)行自覺(jué)融入建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的奮斗之中。類似的實(shí)例還有，在講授原子核聚變和核能開(kāi)發(fā)和利用這節(jié)內(nèi)容時(shí)，我們?cè)谡n堂上重點(diǎn)提及由我國(guó)科學(xué)家獨(dú)立設(shè)計(jì)建造的世界首個(gè)全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置EAST；突出“熱愛(ài)祖國(guó)、無(wú)私奉獻(xiàn)、自力更生、艱苦奮斗、大力協(xié)同、勇于攀登”的“兩彈一星”精神，讓學(xué)生增強(qiáng)民族自豪感和自信心，始終銘記我國(guó)科學(xué)家鄧稼先等的杰出貢獻(xiàn)和不朽人格。引導(dǎo)他們將個(gè)人志向與國(guó)家重大需求相結(jié)合，從物理學(xué)科的新角度重新認(rèn)識(shí)當(dāng)下國(guó)情，增強(qiáng)愛(ài)國(guó)情懷，堅(jiān)定個(gè)人的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。值得一提的是，在作者所授課的物理學(xué)（師范）專業(yè)試點(diǎn)班級(jí)中，當(dāng)講授到索末菲的電子橢圓軌道與氫原子能量的相對(duì)論效應(yīng)這節(jié)時(shí)，我們告訴學(xué)生索末菲最重要的學(xué)術(shù)成就是在玻爾的圓形軌道模型基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地考慮了橢圓軌道以及電子運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論效應(yīng)事實(shí)，解釋了擁有多個(gè)電子的原子的行為。它結(jié)合了經(jīng)典物理學(xué)和普朗克量子理論的概念，是“舊量子理論”最重要的結(jié)果之一。然而鮮為人知的是，索末菲被稱為物理學(xué)史上最偉大的教師之一。他曾被這樣贊譽(yù)過(guò)“普朗克是權(quán)威，愛(ài)因斯坦是天才，索末菲是老師?！彼髂┓谱约阂渤姓J(rèn)，對(duì)自己教學(xué)活動(dòng)的認(rèn)可是他整個(gè)科學(xué)生涯中最快樂(lè)的事情之一[16]。他所指導(dǎo)的學(xué)生中，有七人獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。其中的一位，著名的物理學(xué)家泡利，曾說(shuō)過(guò)“您緊皺的眉頭總是讓我深感敬畏。自從1918年我第一次見(jiàn)到您以來(lái)，一個(gè)深藏的秘密無(wú)疑就是，為什么只有您能成功地讓我感到敬畏。這個(gè)秘密毫無(wú)疑問(wèn)是很多人都想從您那兒細(xì)細(xì)挖掘的，尤其是我后來(lái)的老板，包括玻爾先生。”在師范類專業(yè)課程中，融入類似的事例，無(wú)疑會(huì)春風(fēng)化雨、潤(rùn)物無(wú)聲，使學(xué)生受到潛移默化的熏陶和感染，實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)與德育目標(biāo)的融合統(tǒng)一。

3 結(jié) 語(yǔ)

新時(shí)代新形勢(shì)下高校的物理學(xué)類專業(yè)課程已經(jīng)不能僅僅定位于概念化、公式化的知識(shí)傳授，而應(yīng)要逐漸樹(shù)立起知識(shí)傳授與價(jià)值塑造緊密結(jié)合的教學(xué)理念，達(dá)到全面育人的目的。高校專業(yè)課教師要挖掘隱形課程的思政功能，通過(guò)適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)方法，以“潤(rùn)物無(wú)聲”的形式將正確的價(jià)值追求和理想信念有效傳遞給學(xué)生，讓他們?cè)谡J(rèn)識(shí)自然世界的同時(shí)，人生觀與價(jià)值觀也得到合理地培養(yǎng)與塑造，探索出一條適合物理學(xué)類專業(yè)課程教學(xué)特點(diǎn)的“課程思政”新途徑。