O-AMAS助力大學物理實驗課程思政
——以碰撞實驗為例

張春玲，劉玉斌，文小青，劉麗颯，錢 鈞，李飛飛，孔勇發(fā)

(南開大學 a.物理科學學院；b.有效教學團隊，天津 300071)

“立德樹人”是教育的根本任務. 高校大學生的思想政治認知和學習環(huán)節(jié)不能僅限于傳統(tǒng)的、顯性的思想政治理論課，專業(yè)課程同樣具有思政教育的功能，成為踐行立德樹人根本任務的重要育人途徑. 但是，如何避免課程內(nèi)容與思政工作“兩張皮”，避免生拉硬套，努力讓思政內(nèi)容被學生自然地接受，實現(xiàn)入腦入心，是急需解決的問題. 本文以碰撞實驗教學為例，借助O-AMAS有效教學方法，將思想政治教育元素恰當?shù)厝谌胛锢韺嶒灥恼n堂教學中，在教書的同時達到育人的效果.

1 課程思政的現(xiàn)狀

中國古語云：有德無才，才不足以助其成；有才無德，德必助其奸. 如何對學生進行“德”的教育，使學生徳才兼?zhèn)?，是教育的根本任務之? 2020年5月，教育部發(fā)布的《高等學校課程思政建設指導綱要》明確指出：把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，發(fā)揮好每門課程的育人作用. 近年來各高校圍繞課程思政開展了一系列的探索和實踐，具有代表性的觀點和模式主要有3類：

1)楊祥等提出的以課程思政為核心的課程建設路徑，課程思政是方法而不是加法[1]；

2)上海市教委提出的突出高校黨委主體責任的頂層設計路徑，聚焦人才培養(yǎng)方案的課程思政設計和激勵機制的建設[2]；

3)教育部在《新時代高等學校思想政治理論課教師隊伍建設規(guī)定》提出的隊伍建設路徑，要從課程設計、教師思想政治素養(yǎng)和教育能力、課程思政評價、專業(yè)課程思政與思想政治理論課的關系等加強師資隊伍建設[3].

自然科學課程是所有課程中意識形態(tài)最不明顯的課程，在這類課程中尤其要注意不能生搬硬套、強硬嫁接，應該注重將思想政治教育與科學精神、創(chuàng)新意識、邏輯思維等相互融合，通過潤物無聲的方式潛移默化地影響學生[4]. 目前多數(shù)思政工作聚焦于思政的內(nèi)容，努力挖掘課程中的思政元素，而忽略了思政工作的“形式”. 這里所說的“形式”并非形式主義，而是以何種學生喜聞樂見的形式將思政工作呈現(xiàn)出來. 例如對大學物理課程中的思政元素進行梳理，對應“四個自信”“構(gòu)建人類命運共同體”“五大發(fā)展概念”“一帶一路戰(zhàn)略”和“總體國家安全觀”，分別分析了知識點和融入點. 例如在講卡諾循環(huán)知識點時，希望通過卡諾循環(huán)講事物的普遍聯(lián)系，進而引出“一帶一路戰(zhàn)略”的方式，但是，并未將“一帶一路戰(zhàn)略”的引入方式作為重點. 在講卡諾循環(huán)時，如何引入事物的普遍聯(lián)系？如何引出“一帶一路戰(zhàn)略”？是單純的教師講解，還是通過其他方式？會不會引起學生的反感“老師又開始思政了”？

在課程思政中，要注意思政的教學方法，絕不是在講完專業(yè)課程的內(nèi)容之后用幾分鐘的時間加點思政內(nèi)容，學生會覺得生拉硬扯、強硬嫁接，有米中摻沙的感覺. 在網(wǎng)絡發(fā)達信息便捷的情況下，知識本身的獲得不是問題，課程思政的呈現(xiàn)方式以及知識的接受和掌握顯得比以往更為重要.

2 大學物理實驗課程思政的優(yōu)勢與目標

大學物理實驗是面向理工科各專業(yè)開設的公共基礎實驗課. 相對于一般理論課程的大班授課，物理實驗教師每次面對的學生一般為10～20人，因此在教學模式、考核方式及上課細節(jié)等方面有較大的自由度. 實驗教學過程可以包含師生互動教學過程、公共活動情境和考核評價系統(tǒng)，具備提升道德認知、培養(yǎng)道德情感和強化道德行為的實踐條件[5-6].

大學物理實驗課程的教學內(nèi)容涵蓋力學、熱學、聲學、電磁學、光學、近代物理學等諸多分支學科的知識和技術(shù)，學科內(nèi)涵拓展性廣，其中許多成就本身即是人類實現(xiàn)價值理想的成果，體現(xiàn)了人類追求真理、不斷超越的精神品質(zhì)內(nèi)涵. 中國古代在物理學上有輝煌的成就，《考工記》《墨經(jīng)》《水經(jīng)注》《淮南子》等中國古代著作記錄的火藥、指南針、地動儀、渾天儀等都是中國古人對物理學的具體應用，可以體現(xiàn)中國古代先賢的智慧，增強學生的民族自信心和自豪感. 中華人民共和國成立后，尤其是改革開放40年來，中國物理學家犧牲個人利益投身祖國的科研事業(yè)，“兩彈一星”、載人航天、月球探測等顯著成績，可以激發(fā)學生的愛國情懷，培養(yǎng)學生為中國崛起努力學習的熱情[7]，同時提高了學生對于物理實驗重要性的認識.

此外，物理學是一門講究唯物主義的科學，在教學過程中可以很自然地滲透馬克思主義哲學思想，培養(yǎng)學生的哲學思維，幫助其樹立科學的世界觀和方法論，培養(yǎng)批判和質(zhì)疑、創(chuàng)新和探索、實踐與求真、平權(quán)與團隊、奉獻與人文的科學精神[8]. 因此，大學物理實驗在融入課程思政教育方面具有獨特的優(yōu)勢.

要進行有效的大學物理實驗課程思政，必須明確大學物理實驗的教學目標、思政融入的路徑與方法、育人效果的考核與評價方法，只有考慮了這些方面才能真正在大學物理實驗課程中為課程樹魂，實現(xiàn)思政教育與專業(yè)教育的有機融合，真正實現(xiàn)育人為本的教育理念. 大學物理實驗課程思政的目標是讓學生在掌握大學物理實驗的基本知識、方法和技能的同時，充分挖掘物理實驗相關的思政元素，充分利用物理實驗課程的優(yōu)勢，對學生進行思政教育.

3 O-AMAS有效教學方法

南開大學有效教學團隊(Nankai effective teaching， NKET)堅持以學生學習結(jié)果為導向，以師生互動為核心的課堂設計，追求“教有道，學有效”，于2017年自主研發(fā)互動教學模型O-AMAS. 該模型濃縮涵蓋高效課堂的5個環(huán)節(jié)，包括以教學目標為導向(Objective)的教學設計和以AMAS有效互動為核心的課堂實施環(huán)節(jié)，即課堂激活(Activation)、多元學習(Multi-learning)、有效測評(Assessment)和簡要總結(jié)(Summary)4個環(huán)節(jié)[9]. 其中，教學目標是課堂教學的起點，設計教學目標時必須注意滿足SMART原則. 課堂激活應該是全體學生參與、手段生動有趣、激活工具與學習內(nèi)容緊密相關，能夠激活學生的身體、情感和認知. 多元學習方式容易激發(fā)學生的學習熱情，教師應根據(jù)學生差異，采用接受式學習、自主式學習、合作式學習、探究式學習、體驗式學習等方式. 有效測評不僅是1張試卷，而是包括測評的設計、測評的實施和評后反饋三要素，“反饋三明治模型”易于上手. 簡要總結(jié)不只是重述，有效的簡要總結(jié)活動可以實現(xiàn)鞏固知識和反思深化的雙重效果.

4 O-AMAS助力碰撞實驗課程思政實例

文獻[9]介紹了O-AMAS有效教學方法在大學物理實驗課上的一些具體實施，本文將以碰撞實驗為例，介紹O-AMAS如何助力提高課程思政的效果.

4.1 以目標為導向的教學設計

按照目標為導向的教學設計，需要首先明確碰撞實驗課程思政希望達到的目標. 因為不同實驗涉及的原理和儀器不同，必須聯(lián)系每個實驗的實際情況挖掘思政元素，該思政元素不應該是很多實驗都會涉及的，最好是某個實驗獨有的思政元素. 例如，日心說可以在理論課的緒論課上講，可以在講開普勒三定律時講，甚至在所有想講科學精神時都可以講，那么這個思政元素就不是某節(jié)課所獨有的. 對于碰撞實驗，實驗的原理主要為動量守恒，這在理論課上有涉及，實驗儀器方面主要有氣墊導軌、數(shù)字毫秒計和游標卡尺，游標卡尺在其他的力學、熱學、電磁學和光學實驗中也都會用到，那么就需要在氣墊導軌和數(shù)字毫秒計上深挖掘思政元素.

針對數(shù)字毫秒計是本科學生在普物實驗中用到的最高級的直接計時器，可以從計時的角度進行擴展，比如：介紹古代的計時器、現(xiàn)代計時器和最精密的計時器. 中國最高級的計時器在世界處于領先地位，針對這一線索，可以通過在課程中引入日晷和原子鐘、北斗三號，增進學生對中國科學史的了解，增強民族自豪感. 同時，還可以通過實驗設計、活動設計培養(yǎng)學生的冒險精神、批判精神和團隊精神. 在確定目標之后，需要對AMAS進行教學設計，以確保取得預期的思政效果.

4.2 課堂激活

要想上好一堂課，課程開始的激活很重要. 因為多數(shù)學校的實驗課排課方式是每位教師在固定的時間段在某個實驗室只帶某個實驗，學生輪換教室，這就導致學生每次做實驗面對的都是新教師，師生之間不夠熟悉，激活的難度更大，重要性也更高. 但是，激活絕不是通過講段子笑話或者“這個實驗很重要”開場，而是要使用與本實驗相關的手段. 對于碰撞實驗，可以采用“猜詞”或者“back to the board”的活動形式. 如果1個實驗小組15人左右，可以在上課開始時將學生分為2組，每個組排成1排站在實驗室的白板前，然后請每組出1位學生面對同學坐在凳子上，教師站在2位同學的身后，先介紹活動規(guī)則，即教師使用筆記本電腦或者在白板上展示1個詞語或者1張與詞語對應的圖片，其他學生針對該詞對本組坐在凳子上的同學進行解釋，但是在解釋中不能涉及該詞中的任何字，可以使用肢體語言，2位坐在凳子上的學生中最先猜出該詞的獲勝，然后換本組的下一位同學，共猜10個詞，猜對詞多的小組獲勝.

在本活動中，詞語的選擇和詞語的排序至關重要，教師可以選擇如圖1(a)的詞語順序：首先從學生熟悉的“一箭雙雕”成語開始，讓學生熟悉活動的規(guī)則，然后通過“抵償法”和“環(huán)差法”使學生回顧前面所學的楊氏模量和冰的熔解熱實驗中使用的實驗方法，接下來“動量守恒”詞語的解釋能考察學生是否掌握本節(jié)碰撞實驗的基本實驗原理，而從“日晷”這一詞語開始，后面都是與計時相關的詞語，其中選擇日晷是為了提升學生對我國古代發(fā)明的認可，機械表和石英表是為了引出計時精度的由來，擴大學生的知識面，數(shù)字毫秒計的詞語解釋幫助學生理解本實驗所用儀器的工作原理. 隨著時間測量精度的逐步提高，最后來到“原子鐘”，在學生猜詞之后教師介紹或者請了解原子鐘的學生介紹原子鐘的分類和工作原理、我國北斗三號上原子鐘的種類和精度，介紹北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)研制過程中的困難，提高學生的民族自豪感，同時提高科技興國的緊迫感，最后介紹北斗三號工程副總指揮謝軍，為學生樹立起積極正向的愛國榜樣，而通過恩斯·特葉格的技術(shù)服務美國，引入科學無國界，科學家有祖國. 經(jīng)過這樣的活動學生活躍起來，積極發(fā)言，臉上有笑，眼里有光，如圖1(b)所示. 該活動不僅激活了身體，回憶了舊知識，考查了新知識的預習情況，而且激活了情感，為后面具體實驗的學習開了好頭.

(a)

(b)圖1 激活環(huán)節(jié)的猜詞部分內(nèi)容及猜詞環(huán)節(jié)現(xiàn)場照片

4.3 多元學習

在激活之后的授課中，可以采用多元化的學習方式，而其中同伴學習是一種非常適合的實驗教學方式，可以多方面鍛煉和培養(yǎng)學生. 在應用同伴教學方法進行實驗步驟講解時，一般不建議在黑板上寫出詳細的實驗步驟，而是僅僅給出實驗要求，介紹儀器的基本使用方法，因為這才是學生在未來的科研和工作中實際面臨的狀態(tài). 教師不要低估學生的能力，也不要剝奪學生犯錯誤的機會，要引導學生勇于試錯從而培養(yǎng)冒險精神. 可以將學生2～3人分為1個小組，教師在簡單介紹儀器的使用方法和注意事項后，布置一系列思考題，例如：計時1和計時2應該選擇哪個？有效擋光范圍的測量方法？完全彈性碰撞和完全非彈性碰撞中滑塊的擺放位置？并且給每個小組安排單獨的思考任務，然后給學生20～30 min，讓學生預實驗以及小組內(nèi)討論分配的題目. 中國學生不喜于表達自己的觀點，為了解決學生不開口的問題，可以給學生布置2個任務：一是在預實驗小組討論后每個小組派1位代表介紹對應題目；二是其他小組的學生要向做分享的組“砸磚”，也就是要對做分享的組關于沒有講對或者講得不夠清楚之處提問和反駁，進而互相討論.

圖2(a)為多元學習環(huán)節(jié)中學生用于介紹游標卡尺使用方法制作的海報，圖2(b)為相互“砸磚”環(huán)節(jié)學生討論滑塊擺放位置的現(xiàn)場照片. 同伴學習過程需要小組內(nèi)部團結(jié)合作，因而增強了師生之間、生生之間的互動，引導學生主動實驗，給學生提供展示的機會，鼓勵學生勇于并善于提出問題，培養(yǎng)學生的思辨能力和理論聯(lián)系實際能力，形成正確的價值觀、人生觀和世界觀，為課程注入精神力量和思想靈魂，提高學生的綜合素質(zhì).

(a)

(b)圖2 多元學習環(huán)節(jié)中學生制作的海報以及討論交流的現(xiàn)場照片

4.4 有效測評

物理實驗課程中的測評與反饋包括2部分：

1)第1部分(也是最重要的部分)是在實驗課進行過程中通過各種測評形式考查學生對該實驗中儀器、原理、操作等的掌握程度. 這種測評屬于過程測評，測評的結(jié)果可以幫助教師了解學生對知識的掌握情況，提醒教師及時調(diào)整教學內(nèi)容與教學節(jié)奏.

2)第2部分是實驗課后學生書寫實驗報告以及教師對實驗報告的批改，這一部分屬于結(jié)果性測評與反饋. 對于這一部分，有的教師只是在報告上給分數(shù)或者寫“閱”字. 但是，如果反饋中只有分數(shù)，那么學生無收獲；反饋中如果是分數(shù)+評語，那么分數(shù)會抵消掉評語的作用，學生也無收獲；如果反饋只有評語，學生下次會進步30%[10]. 反饋并不等于簡單的評價，也不等于建議. 好的反饋評語應該包括對學生的評價，同時也應該包括對學生學習方向的指導，也就是說學生改進的空間.

三明治模型是反饋的有效方法，要先對學生做得好的地方進行表揚，然后提出改進建議，最后提出期待. 教師采用好的反饋方法，學生會感受到學習是一件快樂的事情. 雖然大學生已經(jīng)有比較強的心理承受能力，但是教師的評語還是會對學生的心情和后續(xù)學習有很大的影響. 曾有學生在做網(wǎng)上的預習題時，10道題目錯了8道，該生通過學習微信群加筆者微信好友，抱怨題目太難. 我跟他說：“你沒有全錯，還對了2個. 如過說這是波谷，多看幾遍教材和網(wǎng)站上的視頻資料，你就是在往波峰上攀登，一定能夠預習得更好. 你覺得你能夠比這次對的題目再增加1個嗎？”學生肯定地回答：“老師，比這錯的再多也幾乎不可能了，我再多花些時間預習，應該可以做得比目前好. ”如果教師能夠在書寫評語或者對學生的表現(xiàn)進行口頭評價、書面反饋時注意這些，學生既能夠感受到教師對本職工作的認真負責，同時能夠獲得努力的動力與方向，這本身就是思政.

4.5 簡要總結(jié)

在AMAS課堂環(huán)節(jié)的最后一步是簡要總結(jié). 因為實驗課時的時長有限，而且學生動手能力不同，完成實驗所需的時間不同，并不適合組織統(tǒng)一的總結(jié)或者反思環(huán)節(jié).

出門票的總結(jié)活動對于實驗課是好的選擇. 教師提前設計好出門票，里面可以包含簡單的問題：今天我學到了……我認為重要的地方……在本課中，我做的不夠理想的地方/我今后需要加強的地方……在即將結(jié)束實驗時發(fā)放給學生，學生做完實驗填寫好出門票(圖3)交給教師后可以離開實驗室. 出門票活動既可以幫助學生回顧本堂實驗課學到的知識，反思自己做得不夠好之處，同時也為教師提供了信息，即如果某一部分很多學生反映自己做得不夠理想，教師就要思考這一部分是否需要在后面的教學中加強指導或者進行教學方法的改革等. 此外，這種教學活動告訴學生“學而不思則罔,思而不學則殆”，做學問和做科研必須多思考.

圖3 簡要總結(jié)所使用的出門票

5 結(jié)束語

習近平總書記指出:“培養(yǎng)什么人，是教育的首要問題.”物理學的發(fā)展史為“培養(yǎng)什么人”提供了大量的思政教育素材，O-AMAS有效教學模型能夠幫助大學物理實驗課程教學與思想政治教育同向同行，形成協(xié)同效應. 根據(jù)O-AMAS有效教學模型，教師在進行課程思政的教學設計時，注意選擇適合的教學方法，選擇有趣的教學活動，不僅能實現(xiàn)“鹽溶于水”“如春在花”的教學效果，而且能使教師教得開心，學生學得開心，實現(xiàn)“過程有趣，結(jié)果有效，臉上有笑，眼里有光”的四有課堂.