大學(xué)物理融入課程思政的探索*
——以恒定磁場為例

吳 杰 蔣逢春 馮學(xué)超

(鄭州輕工業(yè)大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 河南 鄭州 450001)

1 引言

課程思政是以“立德樹人”作為根本任務(wù)，以構(gòu)建全員、全程、全課程育人格局作為基本形式，將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng) 的一種綜合教育理念.習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出，要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，因事而化、因時而進(jìn)、因勢而新，實(shí)現(xiàn)“知識傳授”和“價值引領(lǐng)”的統(tǒng)一[1].

2020年6月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，對全國所有高校、所有學(xué)科和專業(yè)全面推進(jìn)課程思政建設(shè)擘畫了施工藍(lán)圖.目前全國很多高校都在積極開展課程思政教育教學(xué)改革，深入挖掘基礎(chǔ)課、專業(yè)課中蘊(yùn)藏的思政元素，提升課程思政育人實(shí)效，從而培養(yǎng)出具有歷史責(zé)任感和社會責(zé)任心，具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的全面發(fā)展的現(xiàn)代化建設(shè)人才.

物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)運(yùn)動最基本最普遍的形式及其相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的科學(xué).以物理學(xué)基礎(chǔ)為主要內(nèi)容的大學(xué)物理課程，是許多本科院校理工科學(xué)生一門重要的公共必修基礎(chǔ)課，由力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等模塊組成.每個模塊都展現(xiàn)了一系列科學(xué)的世界觀和方法論，深刻影響著人類對物質(zhì)世界的認(rèn)識，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和科學(xué)素養(yǎng)，正確認(rèn)識客觀事物，形成辯證唯物主義世界觀有著重要的作用[2].因此，在大學(xué)物理教學(xué)中進(jìn)行思政教育不僅可行且具有明顯優(yōu)勢.本文以馬文蔚改編的《物理學(xué)》(第五版)第七章恒定磁場內(nèi)容為例[3]，深入探討課程中的思政元素及其融入方法.

2 恒定磁場章節(jié)中蘊(yùn)藏的思政元素及課程融入方法

2.1 利用物理學(xué)史及現(xiàn)代科技引導(dǎo)學(xué)生樹立民族自豪感和自信心

電磁學(xué)是物理學(xué)的一個重要分支，一直伴隨著人類文明進(jìn)步的歷程而發(fā)展.我國在春秋時期已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了磁現(xiàn)象，在公元前4世紀(jì)左右的《管子·地數(shù)篇》中就記載著：“上有慈石者，下有銅金.”隨著對磁現(xiàn)象的認(rèn)識，古人又發(fā)明了指南針(古時稱羅盤).最早記載在北宋時期沈括所著的《夢溪筆談》：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常偏東，不全南也.”我國關(guān)于指南針的記載比西方早了100多年記錄，屬于中國的四大發(fā)明之一.另外沈括在實(shí)踐中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了地磁偏角，比1492年哥倫布橫渡大西洋航行中觀測到的地磁偏角現(xiàn)象早400多年[4].然而由于我國古代科學(xué)家過多關(guān)注應(yīng)用而忽略其中的原因，缺乏對現(xiàn)象本質(zhì)的深刻探究和理論說明， 18世紀(jì)中國的技術(shù)已經(jīng)落后于世界的先進(jìn)水平.這些題材不僅彰顯了我國先輩觀察敏銳細(xì)致、勇于實(shí)踐創(chuàng)新的中華優(yōu)秀精神，讓學(xué)生充分認(rèn)識到我國古代在科學(xué)領(lǐng)域的不朽成就,從而對學(xué)生進(jìn)行愛國主義教育，促其樹立強(qiáng)烈的民族自豪感和自信心，還能讓學(xué)生意識到落后就要挨打，進(jìn)而激發(fā)起學(xué)生心中的愛國情懷，從而提升其思想覺悟和學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)腳踏實(shí)地的學(xué)習(xí)態(tài)度.

除了古代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來我國在高新技術(shù)方面也取得了卓越成就.在講到霍爾效應(yīng)時，可以引入清華大學(xué)薛其坤院士帶頭組成的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng).這項(xiàng)研究成果將推動低能耗晶體管和電子學(xué)器件的發(fā)展，使超低能耗的高速電子器件的大規(guī)模使用成為可能.美國《科學(xué)》雜志的評審也給予其高度評價：“這篇文章結(jié)束了對量子反?；魻栃?yīng)多年的探尋，這是一項(xiàng)里程碑式的工作.我祝賀文章作者們在拓?fù)浣^緣體研究中作出的重大突破.”再比如，講到磁介質(zhì)或高溫超導(dǎo)時，可以引入我國從20世紀(jì)80年代對磁懸浮技術(shù)展開研究，到2019年自主研發(fā)、處于國際領(lǐng)先水平的磁懸浮試驗(yàn)樣車線上成功試跑，該樣車時速可達(dá)620 km/h,最高時速可達(dá)800 km/h.

總之，通過將中國古代成就和近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展引入教學(xué)，讓學(xué)生了解中國古代科技、接觸科技前沿的同時，還可以激發(fā)他們奮發(fā)圖強(qiáng)的精神狀態(tài)和強(qiáng)烈的愛國情懷，增強(qiáng)民族文化自信心和自豪感、時代責(zé)任感和歷史使命感，樹立社會主義核心價值觀，為成為德才兼?zhèn)涞纳鐣髁x建設(shè)者和接班人打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).

2.2 通過物理定理定律培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度

科學(xué)精神是科學(xué)文化的主要內(nèi)容之一，是實(shí)事求是、求真務(wù)實(shí)、開拓創(chuàng)新的理性精神，包含理性、實(shí)證、求實(shí)、求真、探索、創(chuàng)新、協(xié)作等精神.物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動及其規(guī)律的一門學(xué)科，其包含的每個知識點(diǎn)都是研究某種特定的運(yùn)動形式，比如機(jī)械運(yùn)動，電磁運(yùn)動、分子熱運(yùn)動等不同的運(yùn)動形式.而每一種運(yùn)動形式都由滿足其自身規(guī)律的物理定律所約束.在定律的推導(dǎo)過程中，含有眾多的科學(xué)思想與探究方法，通過定理定律的推導(dǎo)學(xué)習(xí)能夠培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、追求真理的科學(xué)精神與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度.

比如，畢奧-薩伐爾定律是電磁學(xué)中的一條重要基本規(guī)律，對電磁學(xué)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響和意義，也是學(xué)生定量求磁場用到的最基本方法.但是由于定律本身涉及矢量表達(dá)和三維表示，而教材一般只給出定律的文字和公式表達(dá)，學(xué)生在理解上有一定的難度.因此，引入之前可以先回顧定律的提出過程：電流能產(chǎn)生磁效應(yīng)這個消息傳到法國之后，畢奧和薩伐爾決心尋找電流對磁極作用所遵循的普遍規(guī)律,他們設(shè)計出巧妙的實(shí)驗(yàn)，通過測量振蕩周期間接測量載流導(dǎo)線對小磁針的作用力,將難以測量的力轉(zhuǎn)化為易測量的周期，并用補(bǔ)償法消除地磁場的影響,從而提高了實(shí)驗(yàn)的精確度.經(jīng)過一番不懈的努力，終于發(fā)現(xiàn)了電流對磁針作用正比于電流強(qiáng)度,反比于它們之間的距離, 并且作用力垂直于磁針到導(dǎo)線的連線方向.緊接著拉普拉斯幫助他們把實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示成微分形式,從而得出了畢奧-薩伐爾定律.從實(shí)驗(yàn)到結(jié)果僅僅用了短短兩個多月的時間，實(shí)現(xiàn)了在人類歷史上第一次獲得了電流磁效應(yīng)的定量研究成果[5].畢奧-薩伐爾定律的建立過程中涉及實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理、理論分析等物理學(xué)研究的幾乎所有重要環(huán)節(jié),蘊(yùn)涵著許多重要的物理思想和研究方法.通過講解定律建立的背景和過程，讓學(xué)生體會到科學(xué)需要探索新事物的熱情，并且學(xué)會提出問題和解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和探究精神以及協(xié)作理念.

再比如，推導(dǎo)恒定電流產(chǎn)生磁場中的安培環(huán)路定理時，以無限長載流直導(dǎo)線激發(fā)的磁場為例，分4種情況討論，第一種為圓形環(huán)路包圍電流，第二種為任意環(huán)路包圍電流，第三種為電流在環(huán)路之外，第四種為環(huán)路包圍多根載流導(dǎo)線，整個推導(dǎo)從易到難，從特殊到一般，進(jìn)行不斷地變化，最終得出恒定磁場中安培環(huán)路定理的一般表達(dá)式，然后討論環(huán)路繞行方向和電流正負(fù)的關(guān)系并舉例說明其應(yīng)用，讓學(xué)生親身經(jīng)歷安培環(huán)路定理的發(fā)現(xiàn)和使用過程，引導(dǎo)學(xué)生理解在科學(xué)探索中要實(shí)證、求實(shí)、求真，從而培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)態(tài)度.

2.3 在知識講解中培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義世界觀

辯證唯物主義世界觀是馬克思、恩格斯科學(xué)地總結(jié)了自然科學(xué)發(fā)展和社會歷史而創(chuàng)立的，是關(guān)于自然界、人類社會和思維發(fā)展的最一般規(guī)律的科學(xué)，同時也是人們研究自然科學(xué)、社會科學(xué)和思維方法的指導(dǎo)思想.對大學(xué)生而言，樹立辯證唯物主義世界觀有助于自我定位，正確認(rèn)識與他人、與社會的關(guān)系，樹立崇高的理想與信仰，從而實(shí)現(xiàn)最大個人價值.物理學(xué)有很多內(nèi)容體現(xiàn)由量變到質(zhì)變、對立與統(tǒng)一等辨證關(guān)系，在教學(xué)過程中可以有針對性地融入課堂.

比如引入磁場時，可以提到人們對電和磁的認(rèn)識：在最初認(rèn)識電和磁現(xiàn)象的2 000多年里，人們一直認(rèn)為電和磁之間不存在關(guān)系，后來在康德的批判哲學(xué)思想影響下，丹麥物理學(xué)家奧斯特提出自然界中的力、熱、電(磁)、聲和光等能夠相互聯(lián)系并在一定條件下相互轉(zhuǎn)化，在此思想啟發(fā)下做了系列研究，在一次實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，第一次把電和磁聯(lián)系起來.由此，在自然統(tǒng)一性哲學(xué)思想的引領(lǐng)下，人類對電磁現(xiàn)象的認(rèn)識從量變到質(zhì)變，開辟了人類對電磁現(xiàn)象探索和研究的新紀(jì)元[6].許多科學(xué)發(fā)現(xiàn)看似偶然，其實(shí)往往有其必然性，奧斯特正是自覺而有目的地進(jìn)行長期探索,才“偶然”發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)現(xiàn)象.

量變引起質(zhì)變是唯物主義辯證法的重要觀點(diǎn).事物的發(fā)展一般從量變開始，通過量的積累引發(fā)質(zhì)的變化.在電流磁效應(yīng)的啟發(fā)下，安培通過不斷地實(shí)驗(yàn)和探究，他大膽的提出分子電流假設(shè)及“右手定則”，推出電流元相互作用公式，正是有了安培“分子電流”等假說這些量的積累，才激發(fā)科學(xué)家從微觀層面去思考電與磁的關(guān)系，使電磁學(xué)理論往前邁進(jìn)了一大步，為實(shí)現(xiàn)揭示磁性微觀機(jī)制這一質(zhì)變夯實(shí)基礎(chǔ).

在講到鐵磁材料溫度對磁性的影響時，會提到當(dāng)溫度升高到某一范圍時，磁性隨溫度急劇變化，當(dāng)溫度升高到居里溫度時，磁性消失，鐵磁變?yōu)轫槾?，這一過程是由量變到質(zhì)變的過程.升溫初始會引起金屬點(diǎn)陣熱運(yùn)動的加劇，影響磁疇磁矩的有序排列，當(dāng)溫度升高到居里溫度時，磁疇被瓦解，平均磁矩變?yōu)榱?，鐵磁變?yōu)轫槾?這也說明量變是質(zhì)變的基礎(chǔ)，而質(zhì)變是量變的必然結(jié)果.

3 目前開展課程思政存在的問題和解決方法

在大學(xué)物理課程中雖然存在很多思政元素，但是由于課程本身知識點(diǎn)多，難度系數(shù)較大，開設(shè)學(xué)時又不斷被壓縮，所以在該課程中開展課程思政教育時應(yīng)注意以下方面：

(1)組建課程思政團(tuán)隊(duì)，提高教師思政意識和思政授課能力

教師作為教育教學(xué)的主要實(shí)施者,在推進(jìn)“課程思政”建設(shè)中起著至關(guān)重要的作用.首先任課教師不僅應(yīng)具備扎實(shí)的專業(yè)知識，還需要提升人文素養(yǎng)和政治意識.這就需要教師平時要多了解當(dāng)前的最新思想動態(tài)和科技動態(tài)，及時將最新的精神和熱點(diǎn)科技問題傳遞給學(xué)生.其次通過培訓(xùn)學(xué)習(xí)、邀請思政課程老師定期指導(dǎo)以及教研室活動等，開展思政課程融入大學(xué)物理課程的教學(xué)技能的培養(yǎng)，使教師們深刻認(rèn)識到課程思政的重要性，結(jié)合物理知識挖掘思政元素，進(jìn)而把能力培養(yǎng)、價值引領(lǐng)融入教學(xué)過程中.

(2)修改教學(xué)大綱、制定統(tǒng)一的教學(xué)方案

教學(xué)大綱是教師進(jìn)行教學(xué)的主要依據(jù)，包含了教學(xué)目的，授課內(nèi)容，所用學(xué)時和教學(xué)重難點(diǎn)等，在開展課程思政教育時，必須以獲得科學(xué)知識為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)理性、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神、民族自豪感和文化自信及辯證唯物主義世界觀為目標(biāo)，修訂課程教學(xué)大綱，并依據(jù)大綱制定完整詳盡的課程教學(xué)方案.在設(shè)計教學(xué)方案時，案例的挑選一定要和知識點(diǎn)密切相關(guān)，思政內(nèi)容也不能生搬硬套的插入其中，也不是每節(jié)課都要有思政的融入，需要將思政元素自然地融入講解之中，實(shí)現(xiàn)立德樹人、潤物細(xì)無聲的教學(xué)目標(biāo).

(3)采用線上線下混合式教學(xué)模式

大學(xué)物理內(nèi)含很多的思政元素，但是由于課時有限，很多老師都遇到知識系統(tǒng)難以展開的問題.隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，在線學(xué)習(xí)成為了一種比較受歡迎的學(xué)習(xí)方式，特別是經(jīng)過2020年的新冠肺炎疫情，很多學(xué)校都推進(jìn)了在線教學(xué).因此，可以利用線上平臺及時推送有價值的、與課程有關(guān)的視頻或者閱讀資料，讓學(xué)生利用碎片化時間對這些知識進(jìn)行了解，然后通過課堂引入，再進(jìn)行分析討論，這樣既節(jié)省課堂時間，又通過課堂分析讓學(xué)生加深對知識的印象和理解，同時對學(xué)生的思想也有更深層次的觸動.

4 結(jié)束語

課程思政是一種立德在先、樹人為本，促進(jìn)學(xué)生全面可持續(xù)發(fā)展的教育理念，而大學(xué)物理作為高校理工科學(xué)生開設(shè)的公共基礎(chǔ)課程，蘊(yùn)含著大量的思政元素，因此，課程中開展思政教育十分可行且具有特色優(yōu)勢.

本文以恒定磁場為例，介紹了在課堂中有效地融入愛國情懷、科學(xué)精神以及辯證唯物主義世界觀3方面的培養(yǎng)教育，最后指出開設(shè)思政教育所注意的問題：建好課程團(tuán)隊(duì)，優(yōu)化教學(xué)方案，采取多元化的教學(xué)模式.在傳授知識的同時，傳達(dá)給學(xué)生做人、做事、做學(xué)問的道理，實(shí)現(xiàn)知識傳授與價值引領(lǐng)有效統(tǒng)一，培養(yǎng)出德才兼?zhèn)涞纳鐣髁x建設(shè)者和接班人.

課程思政是全體高校教師一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)，事關(guān)我國高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的百年大計，必須足夠重視，并在教學(xué)實(shí)踐中認(rèn)真貫徹和實(shí)施，不斷完善和提高.可能開始有些不太適應(yīng)或比較生疏，但只要堅(jiān)持不懈，勇于探索，勤于實(shí)踐，一定會取得越來越好的成效.相信在廣大教師和學(xué)生的共同努力下，課程思政將在教學(xué)改革和創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面發(fā)揮重要作用.