大學(xué)物理實驗課程思政元素挖掘與應(yīng)用*

陳 琳，尹芬芬，陳 艷，金 慧

(銅仁學(xué)院 大數(shù)據(jù)學(xué)院，貴州 銅仁 554300)

1 引言

習(xí)近平總書記在全國高校政治思想工作會議上強調(diào)，要充分用好課堂教學(xué)這個主渠道，各類課程要與思政課程同向同行，構(gòu)建全方位協(xié)同育人的思政教育體系。高等教育是為國家培養(yǎng)高素質(zhì)的社會主義事業(yè)接班人，要求學(xué)生在身心素質(zhì)、思想政治素質(zhì)、專業(yè)知識與能力等全面發(fā)展，為此，專業(yè)課程教學(xué)不能僅停留在具體知識和技能層面，而要上升到思想認識和哲學(xué)反思的層面，促進學(xué)生專業(yè)知識與思想認知融會貫通。物理學(xué)是研究物質(zhì)運動的基礎(chǔ)科學(xué)，在西方曾被稱為自然哲學(xué)，每一次物理學(xué)理論的重大創(chuàng)新都來源思想的革新，而物理學(xué)的發(fā)展又為人類思想進步提供了必要的科學(xué)基礎(chǔ)。經(jīng)典物理建立始于歐洲文藝復(fù)興時期人文主義，現(xiàn)代物理學(xué)的相對論和量子力學(xué)則源于康德、黑格爾、馬赫等哲學(xué)思想的啟迪，馬克思主義唯物辯證法直接運用了能量守恒等物理規(guī)律，物理與哲學(xué)關(guān)系緊密，因此，大學(xué)物理理論和實驗開展課程思政具不僅有必要而且有優(yōu)勢[1]。近年來，課程思政已然成為大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗教學(xué)研究的熱點問題[2-7]。本文分析了大學(xué)物理實驗課程元素中的教學(xué)目標，大學(xué)物理實驗課程思政教育的內(nèi)容分為7類，討論了教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等課程元素挖掘與應(yīng)用。

2 大學(xué)物理實驗課程思政目標

大學(xué)物理實驗是幾乎所有理工科專業(yè)的公共基礎(chǔ)課，不僅教學(xué)對象廣，而且是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，主要包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)及近代物理實驗，介紹物理量的基本測量方法，要求學(xué)生掌握時間、長度、質(zhì)量、電壓、電流強度、磁場強度等物理量測量，掌握數(shù)據(jù)處理和誤差分析，學(xué)會利用物理實驗方法解決實際的科學(xué)研究和工程技術(shù)問題，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣和嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。與其他文科類通識課程相比，大學(xué)物理實驗因為能夠提供關(guān)于自然界感性和理性認識，如果在其中滲透唯物辯證法教育，能夠起到事半功倍效果；與其他理工科專業(yè)課程相比，大學(xué)物理實驗因為涉及力、熱、光、電等各種自然現(xiàn)象及其規(guī)律，在本課程中開展思政教育，則更容易培養(yǎng)學(xué)生的大局觀和普遍聯(lián)系思維方法。大學(xué)物理實驗課程思政的目標是使學(xué)生初步樹立馬克思主義辯證唯物主義的世界觀和實踐檢驗真理認識論，培養(yǎng)愛國愛社會的家國情懷，學(xué)會運用物理學(xué)的科學(xué)思維方法分析實際問題，養(yǎng)成嚴謹治學(xué)態(tài)度和精益求精的工匠精神，深刻理解黨的理論、方針、政策。

3 大學(xué)物理學(xué)實驗課程思政內(nèi)容

大學(xué)物理實驗課程思政元素很豐富，可歸納為7 個方面的內(nèi)容：

3.1 培養(yǎng)馬克思主義的哲學(xué)思維

馬克思主義主義包括唯物辯證法、科學(xué)社會主義和政治經(jīng)濟學(xué)，唯物辯證法是總結(jié)前輩哲學(xué)思想并吸收物理學(xué)能量守恒定律等自然規(guī)律形成的優(yōu)秀哲學(xué)思想，和物理學(xué)有著密不可分的天然聯(lián)系，因此在大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗中滲透唯物辯證法，可以使思政教育達到事半功倍的效果。另外從學(xué)科和專業(yè)教學(xué)角度看，大學(xué)物理實驗不能只停留在具體的知識和技能層面，而應(yīng)該升華到思想和哲學(xué)認識層面。大學(xué)物理實驗通過讓學(xué)生親手進行大量實驗，觀察宏觀與微觀物質(zhì)現(xiàn)象，總結(jié)物理運動規(guī)律，每次課堂都充分體現(xiàn)了“物質(zhì)是第一性的、意識是第二性的”這樣的哲學(xué)認識；通過測量物理量之間的相互關(guān)系，比如測量線脹系數(shù)、溫度電阻特性等，揭示世界普遍聯(lián)系觀點；通過測量多變量之間變化關(guān)系，分析引起實驗誤差的各種因素，或者物質(zhì)運動的波動性和粒子性，都可以揭示事物的主要矛盾和次要矛盾。于是通過仔細梳理物理知識和唯物辯證法的有機結(jié)合點，將物理思想適當(dāng)驗收和拓展，能夠引導(dǎo)學(xué)生從更深層次理解從黨的哲學(xué)思想。

反過來，物理實驗教學(xué)中融入唯物辯證法的哲學(xué)教育，不僅激發(fā)學(xué)生探索未知世界的好奇性，而且可以引導(dǎo)學(xué)生用更全面的眼光看待科學(xué)問題，避免“只見樹木，不見森林”，清晰認識科學(xué)的作用和局限性?？茖W(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，比如核能和基因技術(shù)等，它可能極大地促進人類進步，也可能使人類毀滅。

3.2 愛國主義教育

教育學(xué)生愛國愛社會。人們常說，“科學(xué)無國界，科學(xué)家都有自己的祖國”，科學(xué)家中愛國故事很多，通過科學(xué)家的故事，以及科學(xué)家所做的科學(xué)研究對保家衛(wèi)國和國家繁榮的實際價值，激發(fā)培養(yǎng)學(xué)生愛國熱情，引導(dǎo)學(xué)生理性愛國；例如居里夫人將她發(fā)現(xiàn)的新元素命名為“釙”表達對祖國的思念，而后回國建立研究所，為波蘭的核物理發(fā)展做出貢獻；錢學(xué)森冒險回國建立中國導(dǎo)彈研究事業(yè)；楊振寧、李政道等科學(xué)家雖身處他鄉(xiāng)卻心系祖國，回國建立研究所，為國家科學(xué)發(fā)展做出重大貢獻；也可以介紹中國科學(xué)家在實驗物理方面所做的貢獻激發(fā)學(xué)生愛國情懷，同時我們可以指出中國在科學(xué)研究和先進武器研究方面不足，鼓勵學(xué)生為國奮斗。

3.3 培養(yǎng)求真務(wù)實、敢于創(chuàng)新的科學(xué)精神

科學(xué)教育的目的，是教育學(xué)生崇尚科學(xué)，反對迷信，勇于探索和堅持科學(xué)真理。自然和社會是極其復(fù)雜的，人類對科學(xué)真理的認識從來不是一蹴而就的，而是階梯式曲線上升的，在探索自然規(guī)律，追求真理的過程中，需要求真務(wù)實的態(tài)度和敢于創(chuàng)新的勇氣，甚至是奮不顧身的犧牲精神。物理實驗發(fā)展史上，哥白尼、伽利略、牛頓、湯姆生、盧瑟福等科學(xué)家獻身科學(xué)研究的事跡，都是對學(xué)生進行科學(xué)精神教育的好素材。

3.4 培養(yǎng)學(xué)科思維方法

大學(xué)教育不只是傳授知識和技能，重要的是培養(yǎng)學(xué)生的思維方法，思維方法往往比具體的知識更重要，一個受過高等教育的人工作幾十年后，很多具體的都忘記了，大學(xué)期間學(xué)到的思維方法卻會影響人的一生。物理實驗課程指導(dǎo)學(xué)生觀察物理現(xiàn)象，測量實驗數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析，尋找科學(xué)規(guī)律，運用物理規(guī)律解決生活生產(chǎn)問題，充分體現(xiàn)物理學(xué)的透過現(xiàn)象看本質(zhì)的思維特征。建立物理模型，就是教育學(xué)生如何抓住事物的主要矛盾忽略次要矛盾；測量物理量的變化關(guān)系就是尋找事物的普遍聯(lián)系等。物理實驗中注重學(xué)科思維培養(yǎng)，就是在潛移默化地引導(dǎo)學(xué)生如何做人、怎樣做事。

3.5 培養(yǎng)精益求精的工匠精神

物理實驗研究往往是單調(diào)乏味的，只有熱愛，具有精益求精的科學(xué)品質(zhì)，在前人基礎(chǔ)上將實驗做到極致，才能發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象和規(guī)律。物理實驗通過嚴格實驗要求，規(guī)范實驗操作培養(yǎng)嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。還可以利用科學(xué)史進行精神激勵，比如法拉第10 年如1 日的反復(fù)實驗發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，以及居里夫人從幾噸的礦渣中分離出幾毫克鐳的故事，都是思政教育最佳素材，激勵學(xué)生以科學(xué)家為榜樣，在實驗課中精益求精，把每個實驗做到最好。

3.6 培養(yǎng)重觀察、善思考、勤動手的工作方法

觀察和分析能力是理工專業(yè)最重要的能力，大學(xué)物理實驗從最簡單的物理實驗入手，培養(yǎng)學(xué)生仔細觀察實驗現(xiàn)象，通過多組對比實驗尋找物理規(guī)律，久而久之，學(xué)生慢慢養(yǎng)成透過現(xiàn)象看本質(zhì)的思維習(xí)慣。

3.7 培養(yǎng)團結(jié)協(xié)作精神

課程是培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)協(xié)作精神的最好載體，大學(xué)物理實驗通常采用2 人一組或多人一組形式進行，實驗中需要大家分工合作，實驗考核如果采用小組考核方式，則能促進組內(nèi)成員更加精密合作，共同完成實驗設(shè)計、操作和數(shù)據(jù)測量。利用分組合作完成教學(xué)任務(wù)的形式，要重點培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)協(xié)作精神，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心他人、樹立與集體和社會共同成長的發(fā)展理念。

4 大學(xué)物理實驗融入課程思政方法

大學(xué)物理實驗課程思政要充分運用好原理講解和學(xué)生實踐兩個環(huán)節(jié)，恰當(dāng)采用講解法和行為引導(dǎo)法對學(xué)生進行思想品德培養(yǎng)：

4.1 講解法

講解法就是在講解實驗原理時，畫龍點睛似的點明思想主題教育，例如在長度測量實驗中，講解了千分尺和游標卡尺原理時提醒學(xué)生從細微處開展科學(xué)研究、要有精益求精的工匠精神；講解建立單擺的簡諧振子模型時，點明分析事物要抓住主要矛盾；講解光電效應(yīng)原理時介紹勒納的研究成果，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的科學(xué)史觀等等。

4.2 行為引導(dǎo)法

教師示范引領(lǐng)是課程思政的最有效的方式，在實驗課程中教師務(wù)必要細致、嚴謹，要以精湛的實驗技能和嚴謹?shù)难芯繎B(tài)度影響學(xué)生，每次實驗課前對儀器進行精心調(diào)試，掌握準確的儀器參數(shù)。在實驗過程中嚴格要求學(xué)生規(guī)范操作實驗儀器，細心觀察實驗現(xiàn)象，認真讀取實驗數(shù)據(jù)，科學(xué)處理數(shù)據(jù)，總結(jié)實驗規(guī)律，同樣也是在言傳身教培養(yǎng)學(xué)生良好品質(zhì)。

4.3 問題驅(qū)動學(xué)生自主探究法

問題驅(qū)動學(xué)生自主探究，即教師向?qū)W生提出問題，學(xué)生自己查閱資料，或開展實驗和實踐，在自我學(xué)習(xí)基礎(chǔ)獲得心靈感受，促進心智成長。

5 大學(xué)物理實驗課程思政案例

前面分析了大學(xué)物理實驗課程思政的目標、內(nèi)容和實施方法，要想課程思政和課程教學(xué)內(nèi)容有機融合，達到潤物細無聲的效果，還需仔細設(shè)計課程思政的最佳切入點，下面光電效應(yīng)實驗為例，說明大學(xué)物理實驗如何開展課程思政：

案例1：光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)教學(xué)設(shè)計

實驗項目分析：光電效應(yīng)量子理論解釋是量子力學(xué)建立的重要創(chuàng)新，1921 年愛因斯坦因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎，分析其理論建立過程可以作為經(jīng)典的課程思政素材。我們做了下面的教學(xué)設(shè)計：

5.1 教學(xué)目標：

測定光電效應(yīng)的規(guī)律，加深對光的量子性的理解。

學(xué)習(xí)驗證愛因斯坦光電方程的實驗方法，并測定普朗克常數(shù)。

了解關(guān)于光電效應(yīng)科學(xué)史，樹立正確的科學(xué)史觀，理解光電方程的物理含義，加深對唯物辯證法的理解；通過仔細測量截止頻率和不同條件的光電流，培養(yǎng)細致嚴謹、精益求精的科學(xué)精神；通過小組形式，培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作精神。

5.2 教學(xué)方法

講授、討論和學(xué)生實踐。

5.3 教學(xué)過程

5.3.1 課程引入

問題導(dǎo)入：今天我們通過實驗方法研究光電效應(yīng)規(guī)律，有誰知道光電效應(yīng)理論怎樣建立起來的？

學(xué)生討論回答，教師補充赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，以及勒納對光電效應(yīng)的研究。

教師總結(jié)：勒納在物理學(xué)研究尤其是陰極射線研究方面做出了突出貢獻，曾獲得諾貝爾物理學(xué)獎，但是他是一個激進的民族主義者。同學(xué)要辯證認識科學(xué)家歷史作用，正確利用科學(xué)知識為人類和發(fā)展做貢獻。

5.3.2 課程講解

學(xué)生討論回答光電效應(yīng)的宏觀規(guī)律，檢驗預(yù)習(xí)效果：具體內(nèi)容略

問題討論：光電效應(yīng)有哪些現(xiàn)象經(jīng)典理論無法解釋的，應(yīng)該如何改進？

學(xué)生生回憶愛因斯坦對光電效應(yīng)理論解釋，教師進行補充講解。

實驗內(nèi)容：此處略。

實驗方法和步驟：此處略。

5.3.3 操作指導(dǎo)

學(xué)生鏈接實驗裝置圖，預(yù)熱，調(diào)零，進行相關(guān)量測量，教師分別指導(dǎo)，檢查實驗操作是否規(guī)范，數(shù)據(jù)是否正確和充分。

5.3.4 課堂總結(jié)

愛因斯坦光電效應(yīng)理論的核心是光由大量的光子構(gòu)成，說明光具有粒子性，由光的干涉、衍射現(xiàn)象顯示光同時具有波動性，說明光具有波粒二象性，再次證明辯證唯物主義哲學(xué)的正確性；光電效應(yīng)理論的建立啟發(fā)我們，科學(xué)研究要敢于突破傳統(tǒng)思維的束縛，孜孜不倦追求科學(xué)真理，不迷信權(quán)威。

本次課通過實驗方法驗證了光電效應(yīng)規(guī)律，測量了普朗克常數(shù)，了解到如何利用飽和電流隨光強的變化，請同學(xué)思考2 個問題：

A 除光電效應(yīng)，還有沒有其他方法測量普朗克常數(shù)？

B 怎樣利用光電效應(yīng)測量光強度，測量裝置應(yīng)包括哪幾個主要部分？：

6 結(jié)論

大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗是所有理工科專業(yè)的工程課程，教學(xué)對象比較廣，一般在一年級或者二年級開出，這段時間正是學(xué)生進入大學(xué)后思想發(fā)展和形成的關(guān)鍵時期，因此大學(xué)物理實驗應(yīng)與大學(xué)物理理論課程密切配合，共同實施好思政教育，幫助學(xué)生正確理解和運用黨的基本思想、方針政策，培養(yǎng)嚴謹細致的科學(xué)精神，養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣，解決好為誰學(xué)、怎樣學(xué)的思想問題，為后續(xù)的學(xué)習(xí)和工作奠定扎實的思想方法和知識技能基礎(chǔ)。大學(xué)物理實驗是一門實踐性很強的課程，蘊含豐富的思政教育元素，每一臺儀器、每一張圖表都可以作為思政教育的素材，老師需要做的，就是精心梳理物理知識與思想教育的內(nèi)涵聯(lián)系，在恰當(dāng)時間選擇恰當(dāng)方式對學(xué)生進行思想啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生在實踐塑造良好的思想品質(zhì)和思維品質(zhì)，努力成為德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者。