大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開展課程思政的研究與實(shí)踐*

吳慶州 王 濤 李 雷

(南京理工大學(xué)紫金學(xué)院 江蘇 南京 210046)

1 引言

新時(shí)代國家對(duì)課程建設(shè)提出了新的要求，無論是習(xí)總書記的系列講話還是教育部的系列會(huì)議、文件都明確了課程思政的重要性.2020年6月1日教育部發(fā)布了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，指出全面推進(jìn)課程思政建設(shè)是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措，明確了課程思政建設(shè)的目標(biāo)要求和內(nèi)容重點(diǎn)[1].高等教育的根本目的是人才培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生通過自己動(dòng)手去驗(yàn)證和創(chuàng)新科學(xué)原理，能夠更好地激發(fā)學(xué)生去求真、求是，在實(shí)踐中形成科學(xué)思維悟得科學(xué)原理，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)品格.物理實(shí)驗(yàn)作為自然學(xué)科通識(shí)類知識(shí)課程，是工科學(xué)生進(jìn)入大學(xué)校園后的第一門系統(tǒng)的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方法、技能的實(shí)驗(yàn)課程.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何在開展課程思政的同時(shí)，更好地塑造學(xué)生科學(xué)品格是物理實(shí)驗(yàn)教師在教學(xué)中值得深思的一個(gè)問題.

2 實(shí)驗(yàn)課程育人的目標(biāo)要求和內(nèi)容重點(diǎn)

高等教育法第五條規(guī)定，高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才，發(fā)展科學(xué)技術(shù)文化，促進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè).高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才[2].物理實(shí)驗(yàn)課程育人的目標(biāo)與高等教育的育人目標(biāo)完全一致，就是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，將新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的每一個(gè)過程，提升學(xué)生的認(rèn)知能力、判斷能力、動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力.

物理實(shí)驗(yàn)課程育人的內(nèi)容要根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目特點(diǎn)而定，以愛黨、愛國、愛社會(huì)主義、愛人民、愛集體為主線，引導(dǎo)學(xué)生堅(jiān)定理想信念、確立科學(xué)的價(jià)值觀念、增強(qiáng)自身的綜合素養(yǎng)[3].在實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)操作等環(huán)節(jié)中，通過巧妙和科學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)將社會(huì)主義核心價(jià)值觀、愛國情懷、奮斗精神等思政元素以潛移默化的形式融入教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)思政教育的“潤物細(xì)無聲”，在提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、塑造學(xué)生科學(xué)品格的同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生的“四個(gè)自信”.

3 開展課程思政的方法與途徑

物理實(shí)驗(yàn)課程通過傳授給學(xué)生基礎(chǔ)的物理知識(shí)、基本的實(shí)驗(yàn)技能，使學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)踐實(shí)驗(yàn)知識(shí)的過程中掌握物理觀念，學(xué)會(huì)科學(xué)思維，通過科學(xué)探究解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，逐步形成受益終身的科學(xué)品格.

3.1 講好實(shí)驗(yàn)故事發(fā)揮榜樣的力量

物理實(shí)驗(yàn)在知識(shí)傳授前都要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)背景的介紹.挖掘?qū)嶒?yàn)背景中的思政元素，將科學(xué)精神、愛國主義和家國情懷通過真實(shí)生動(dòng)的科學(xué)家的故事講給學(xué)生，能更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自然科學(xué)知識(shí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)觀、人生觀和價(jià)值觀.

用思政的思維設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)背景，講好科學(xué)家故事能更好地實(shí)現(xiàn)育人效果.比如，幾乎每個(gè)學(xué)校都會(huì)開設(shè)的霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，在講述實(shí)驗(yàn)背景的時(shí)候就可以融入豐富的思政元素如圖1所示.

圖1 霍爾效應(yīng)發(fā)現(xiàn)過程中的育人設(shè)計(jì)

1879年24歲的霍爾還是一個(gè)研究生，在讀到英國物理學(xué)家麥克斯韋的《電和磁》和瑞典物理學(xué)家愛德朗的論文《單極感應(yīng)(Unipolar Induction)》時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中關(guān)于通電導(dǎo)體在磁場中受力的相關(guān)論斷是相互矛盾的[4].霍爾帶著疑問請(qǐng)教導(dǎo)師羅蘭教授，在導(dǎo)師的幫助下以此作為讀研的課題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證.在多次失敗后霍爾并沒有放棄而是改變實(shí)驗(yàn)思路最終利用窄條金箔得到了科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，成功地證實(shí)了霍爾效應(yīng)現(xiàn)象.通過對(duì)霍爾效應(yīng)發(fā)現(xiàn)的過程講解啟迪學(xué)生在科學(xué)研究的道路上形成良好的科學(xué)品格，抓住當(dāng)下勤奮好學(xué)，不僅要有敢于質(zhì)疑的勇氣，還要有創(chuàng)新的思維和堅(jiān)持不懈的努力.

實(shí)驗(yàn)進(jìn)展和應(yīng)用的介紹可以激勵(lì)學(xué)生勇于探索，關(guān)注科技前沿，樹立遠(yuǎn)大理想和抱負(fù).前沿領(lǐng)域的每個(gè)物理實(shí)驗(yàn)都包含了豐富的物理學(xué)知識(shí)，很多前沿的研究都是來自于基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn).人類對(duì)霍爾效應(yīng)的研究從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在一直持續(xù)不斷，很多偉大的科學(xué)家因相關(guān)研究獲得了諾貝爾獎(jiǎng).霍爾效應(yīng)的研究進(jìn)展和應(yīng)用如圖2所示，既有獲得諾貝爾獎(jiǎng)的美籍華裔科學(xué)家崔琦[5]，又有世界科研前沿的張首晟、薛其坤、修發(fā)賢等華人科學(xué)家[6～7]，他們的研究成果、愛國精神都可以很好地增強(qiáng)學(xué)生的愛國自信和愛國熱情，塑造學(xué)生的良好科學(xué)品格.

圖2 霍爾效應(yīng)的研究進(jìn)展和應(yīng)用

3.2 建好實(shí)驗(yàn)室環(huán)境發(fā)揮有形育人的作用

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境育人的作用非常明顯，能夠激發(fā)學(xué)生積極向上、嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)習(xí)精神[8].實(shí)驗(yàn)室是未來科學(xué)家的搖籃，是懷揣科學(xué)夢(mèng)想的大學(xué)生向往之地.良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境能夠營造一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)氛圍，讓參與實(shí)驗(yàn)的人心情愉悅，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)習(xí)慣的形成，利于培養(yǎng)其科學(xué)品格.

在實(shí)驗(yàn)室文化建設(shè)中我們做了如圖3所示的各種場景布置，突出了勇攀科學(xué)高峰和愛國情懷的引領(lǐng)，發(fā)揮了其顯性育人的積極作用.

圖3 實(shí)驗(yàn)室布置

在實(shí)驗(yàn)室外面走廊張貼了許多與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的畫報(bào)，既有經(jīng)典的諾貝爾獎(jiǎng)也有國內(nèi)科學(xué)家的愛國故事，還有最新的科學(xué)技術(shù).學(xué)生每次來到實(shí)驗(yàn)室都能看到、感受到科學(xué)精神和愛國情懷，有利于在其科學(xué)品格形成中堅(jiān)定科學(xué)理想和愛國信念.海報(bào)結(jié)合時(shí)事適時(shí)更換，可以給學(xué)生帶來新鮮感，也能激發(fā)他們的求知欲.2019年我們制作了解密5G毫米波的海報(bào),一上墻就吸引了許多同學(xué)駐足觀看，2020年疫情期間做了顯微鏡下的新冠病毒海報(bào)，介紹了顯微鏡的光學(xué)知識(shí)和各國疫情對(duì)比，彰顯了社會(huì)主義制度優(yōu)勢(shì).實(shí)驗(yàn)室內(nèi)裝飾簡潔明了，實(shí)驗(yàn)教學(xué)模板、各種規(guī)章制度、安全指引上墻，讓學(xué)生一進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室就感受到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)氛圍，從而規(guī)范自己的實(shí)驗(yàn)行為，使單一的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法在實(shí)際應(yīng)用中得到延伸.實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境是實(shí)驗(yàn)的同學(xué)所見所聞和親身經(jīng)歷，會(huì)給他們留下深刻的印象，啟迪他們形成良好的科學(xué)品格.

3.3 選好網(wǎng)絡(luò)資源加強(qiáng)信息引領(lǐng)

課程思政在大學(xué)教育中應(yīng)無處不在，尤其是在提倡信息化教學(xué)的今天，無論是線下教學(xué)，還是MOOC、直播課等線上教學(xué)都應(yīng)具有思政元素.2020年疫情的影響使得網(wǎng)絡(luò)教學(xué)得以普及，隨著國家大力推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)，實(shí)驗(yàn)課程借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)也從傳統(tǒng)的線下搬到了線上，實(shí)現(xiàn)了居家實(shí)驗(yàn).公眾號(hào)、QQ群、微信群、直播室等信息平臺(tái)被廣泛使用，讓老師和同學(xué)、同學(xué)和同學(xué)之間的交流更為方便.線上教學(xué)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的需求更是不言而喻，在浩瀚的信息資源中，教師信息引領(lǐng)作用就尤為重要.

圖4 實(shí)驗(yàn)中心公眾號(hào)推送文章

好的網(wǎng)絡(luò)資源不但可以使學(xué)生們獲得知識(shí)，更能培養(yǎng)其良好的科學(xué)品格.教師通過精選和自建網(wǎng)絡(luò)資源將優(yōu)良的信息推送給學(xué)生，可以起到良好的育人效果.如圖4所示，我國第一個(gè)量子計(jì)算云平臺(tái)發(fā)布后，實(shí)驗(yàn)中心公眾號(hào)第一時(shí)間向?qū)W生推送相關(guān)專題，介紹量子處理器的前言知識(shí)，凸顯中國科學(xué)家在量子技術(shù)研究中的優(yōu)勢(shì)地位.

3.4 編好教材和教學(xué)大綱明確育人方向

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)教材重新編寫，實(shí)現(xiàn)思政育人的有形融入.我們?cè)?019年啟動(dòng)了實(shí)驗(yàn)新教材的編寫，更加注重育人和科學(xué)品格的培養(yǎng).新教材為每個(gè)實(shí)驗(yàn)精選了實(shí)驗(yàn)背景，增加了前沿科技和相關(guān)應(yīng)用介紹. 在學(xué)生閱讀實(shí)驗(yàn)背景的時(shí)候能夠體會(huì)到科學(xué)家們巧妙的設(shè)計(jì)和研究思路，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和探究熱情.在學(xué)生閱讀前沿科技和相關(guān)應(yīng)用的時(shí)候引導(dǎo)學(xué)生了解國外、國內(nèi)科學(xué)發(fā)展情況，感受實(shí)證求真的科學(xué)精神，明確“四個(gè)正確認(rèn)識(shí)”，增強(qiáng)“四個(gè)意識(shí)”，樹立“四個(gè)自信”.

教學(xué)大綱明確立德樹人的育人內(nèi)涵，通過在不同實(shí)驗(yàn)中穿插育人理念加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科學(xué)品格的塑造.如表1所示，摘錄了部分實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的思政內(nèi)容和科學(xué)品格培養(yǎng)目標(biāo).通過實(shí)驗(yàn)大綱明確每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的思政內(nèi)容，能理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法；明確每個(gè)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)品格的基本要求，能運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識(shí)事物、解決問題、指導(dǎo)行為等.

表1 實(shí)驗(yàn)大綱的思政內(nèi)容和科學(xué)品格培養(yǎng)目標(biāo)節(jié)選

3.5 做好教學(xué)設(shè)計(jì)強(qiáng)化育人效果

好的教學(xué)設(shè)計(jì)更能促進(jìn)育人效果，是培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)品格的重要手段.近幾年來，我們實(shí)驗(yàn)中心在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式上進(jìn)行了一系列改革創(chuàng)新，在互聯(lián)網(wǎng)+、MOOC等技術(shù)背景下，教學(xué)上注重思政元素與信息化相結(jié)合.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的預(yù)習(xí)、講授、測量、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等環(huán)節(jié)中融入思政教育強(qiáng)化了學(xué)生科學(xué)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，提升了教學(xué)效果.

教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循學(xué)生認(rèn)知過程，科學(xué)育人.學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，先通過聆聽教師講解，然后再自己動(dòng)手去驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)原理還原事物真相，對(duì)原理的理解和認(rèn)知更加印象深刻.如全息照相實(shí)驗(yàn)中，從干涉光路搭設(shè)過程中理解干涉的原理和條件，到底片沖洗理解顯影、定影的原理，再到全息再現(xiàn)理解光的衍射原理，以及全息模壓技術(shù)在商標(biāo)、防偽中的應(yīng)用，每一個(gè)知識(shí)講述中都可以融入科學(xué)精神，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)創(chuàng)新能力.

在講授物理實(shí)驗(yàn)方法中的補(bǔ)償法的時(shí)候，穿插一些科學(xué)家利用補(bǔ)償法解決科學(xué)難題的故事，更能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶.如講述溫度補(bǔ)償法時(shí)給同學(xué)們介紹王澤山院士通過對(duì)一系列材料結(jié)構(gòu)和工藝的創(chuàng)新，利用燃料補(bǔ)償效應(yīng)發(fā)明了新型低溫感含能材料，實(shí)現(xiàn)了材料中的溫度補(bǔ)償，讓火炸藥的燃燒速率可以在不同溫度下保持不變，解決了常溫下武器能效不高的世界軍事領(lǐng)域難題，既讓同學(xué)們一下子就記住了溫度補(bǔ)償?shù)脑砗蛻?yīng)用，還激發(fā)了同學(xué)們的愛國熱情和民族自豪感.

4 結(jié)束語

新時(shí)代課程思政建設(shè)是全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要任務(wù).物理實(shí)驗(yàn)與其他學(xué)科的實(shí)驗(yàn)有相通的科學(xué)共性，是學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、養(yǎng)成科學(xué)品格的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).將思政融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的理想信念、家國情懷、勇于實(shí)踐、勤于探索、善于總結(jié)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)精神，對(duì)塑造學(xué)生科學(xué)品格有著十分重要的意義.