科技前沿在大學物理思想政治中的育人作用探究

陳靖　代海洋　劉德偉

[摘 要] 課堂中及時推送相關重大科技成果，可在潛移默化中獲得學生的情感認同，起到價值引領和提升學生創(chuàng)新能力的作用。在科技發(fā)展過程中，科學普及與科技創(chuàng)新具有同等重要的地位，把科技前沿引入大學物理課堂是推進科學普及的有效途徑。文中列舉了部分實踐案例，并探討了科技前沿進課堂過程中對教師提出的要求。教師堅持深度學習、團隊協(xié)作可以使科技前沿有機滲透于課程體系，最終與思想政治育人相得益彰，實現(xiàn)大學物理課程與思想政治兩者同向而行，同頻共振。

[關鍵詞] 課程思政;大學物理;科技前沿;價值引領

[基金項目] 2021年度鄭州輕工業(yè)大學第十三批教學改革與研究項目“諾貝爾物理學獎融入大學物理的探究式教學研究”（鄭輕大〔2021〕1號）;2021年度教育部大學物理教學指導委員會高等學校教學研究項目“工科類院?！髮W物理’一流課程建設探索與實踐”（DWJZW202131zn）;2021年度河南省研究生教育改革與質量提升工程項目“2021年河南省專業(yè)學位研究生精品教學案例”（HNYJS2021AL027）

[作者簡介] 陳 靖（1980—），女，河南商丘人，碩士，鄭州輕工業(yè)大學物理與電子工程學院副教授，主要從事大學物理教學和凝聚態(tài)物理研究;代海洋（1982—），男，河南睢縣人，博士，鄭州輕工業(yè)大學物理與電子工程學院副教授，主要從事功能材料教學和材料電磁性能研究;劉德偉（1979—），男，河南濮陽人，博士，鄭州輕工業(yè)大學物理與電子工程學院副教授，副院長，主要從事光電材料教學和材料物理研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）11-0181-04 [收稿日期] 2021-07-30

物理學于19世紀建立了系統(tǒng)的經典物理框架，于20世紀上半葉建立起相對論、量子力學、量子場論等現(xiàn)代物理理論。近現(xiàn)代的100年間，物理學依然顯示出勃勃生機，在理論和工程技術領域均有重大發(fā)現(xiàn)和突破，引力波、鈣鈦礦電池、石墨烯、拓撲絕緣體、量子通信等研究成果在全球范圍內掀起了巨大波瀾。物理學科因科技發(fā)展而細分，又與其他學科大規(guī)模地融合產生了眾多新生分支學科、交叉學科和技術學科，所以物理學科作為一門基礎學科，是其他相關學科發(fā)展的基石，更是高新技術開發(fā)和創(chuàng)新的土壤。

2016年6月，習近平總書記在“科技三會”上的講話中指出“科技創(chuàng)新、科學普及是實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的兩翼，要把科學普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置?！?018年3月在學校思想政治理論課教師座談會上習近平總書記強調：“要堅持顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一，挖掘其他課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源，實現(xiàn)全員全程全方位育人[1]?！苯Y合上述講話精神，將科技前沿引入大學物理課堂，既可以推進科學普及，又可以提升學生對所學知識的認同感，把大學物理課堂打造的更有溫度、深度和廣度，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才打下了基礎。

一、科技前沿引入物理思想政治課堂的意義和現(xiàn)狀

根據高等學校課程思政建設指導綱要中對公共基礎課程的要求，“大學物理”課程作為理工科院校一門重要的通識性必修課程，肩負著提高大學生的科學精神和認知能力，并在潛移默化中堅定學生的理想信念，厚植愛國主義情懷。其中科學精神的培養(yǎng)是“大學物理”課程思政的主要目的之一[2]。首先，物理學作為自然科學的基礎，概括了更多的科學思維方式和科學研究方法，對實事求是的科學精神的傳播及科技引領有著重要的基礎性貢獻，為科學素養(yǎng)的培養(yǎng)提供了豐富的教育資源，這是大學物理開展思想政治教育的優(yōu)勢。其次，物理學有深邃厚重的歷史底蘊，物理規(guī)律背后隱藏著深厚的人文情懷和豐富的人文價值，人文元素的引入有助于學生情感目標的培養(yǎng)[3]。最后，物理學對物質世界的探索遵循“觀察—提出假設—邏輯推導—實驗驗證—反復驗證”的規(guī)律，符合馬克思主義世界觀和辯證唯物主義價值觀，有利于學生哲學思想的培養(yǎng)[4]。

為了杜絕課程教學與思想政治教育、教書與育人“兩張皮”的現(xiàn)象，讓課程思政在育人方面達到潤物無聲的效果，必須有好的課堂設計。強制性的灌輸、毫無熱情地被動式求學過程難以使學生獲得受益終生的知識，調動學生對所學課程的興趣，進而激發(fā)學習內動力，這正是探究式教學方法的核心。在介紹教材相關理論發(fā)展線索時，引導學生了解物理科學發(fā)展現(xiàn)狀，適當地引入某些物理定律相關的最新科研成果，這是進行探究式教學的較為有效的手段。

二、科技前沿引入物理課程思政的效果

（一）引入科技前沿以實現(xiàn)情感認同

大部分非物理專業(yè)的學生對物理缺乏專業(yè)認同感。大學物理學本身具有理論性強、內容抽象、公式繁多等特點，對學生的高等數學和基礎物理知識有一定的要求;物理基礎薄弱，考研和就業(yè)壓力使學生把更多的精力放在相關專業(yè)課的學習上，這些因素都嚴重影響了學習大學物理的積極性。同時，大學物理教材內容更新速度落后于科學技術的飛速發(fā)展，內容與時代發(fā)展的脫節(jié)讓學生難以對其科學精神產生情感共鳴，不利于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和科學研究能力。

我們從本校工科類專業(yè)兩個班抽樣共200名本科生進行調查，如圖1所示，絕大部分學生傾向于在“大學物理”課程思政中引入科技前沿成果，其中一個班級中持有此觀點的學生達到93%，表明學生對于大學物理中引入科技前沿知識的認同和渴望。前沿物理站在社會發(fā)展的前端，用發(fā)展的眼光和新的高度去審視基礎的東西。前沿物理不僅可以開闊學生的眼界，提高學習興趣，而且能為學生進一步學習前沿知識作鋪墊。

為了獲得更多的情感認同，可以選擇與社會熱點相關的科技前沿，用講故事的方式，把課本中枯燥的定理定律和煩瑣的物理公式，用貼近生活的實例引入，以增加知識的帶入感。比如，在講到光學儀器分辨本領時，以阿雷西博射電望遠鏡崩塌的事件為切入點。2020年12月2日，由于缺乏美國國家科學基金會的持續(xù)經濟資助，阿雷西博射電望遠鏡上方900噸的接收器墜落，以悲壯的方式緊緊擁抱了在其下方的球形鏡面。直徑350米的阿雷西博曾經是地球上最大的“天眼”，它在57年的光輝歲月中，為人類天文學做出了卓越的貢獻。通過它的觀測數據，科學家計算出水星的自轉周期是59天，證實了中子星的存在，檢測到第一個毫秒脈沖星。失去阿雷西博，人類就缺失了觀察宇宙的眼睛，所以我國的“天眼”擔當起了此重任?，F(xiàn)在，我國擁有了直徑500米的世界最大射電望遠鏡“中國天眼”（FAST），更大的直徑使它擁有更高的分辨本領，它將在尋找暗物質、暗能量方面為人類做出更大的貢獻。在測試和早期科學運行期間，F(xiàn)AST已開始進行天文發(fā)現(xiàn)，尤其是各種脈沖星，包括毫秒脈沖星、雙星等?，F(xiàn)今多個國家的頂尖科研團隊正在開展FAST有關的天文學研究?？梢宰院赖卣f，這一技術在未來20多年的時間里將一直處于世界領先水平，這體現(xiàn)了中國在基礎科研領域的突破，大國需要重器，只有國力強大，才可以為人類發(fā)展做出更長遠的貢獻，以此樹立學生的民族自豪感，以及對物理的情感認同。

在講解電磁學內容時，可以從現(xiàn)在流行的跑步軟件作為切入點，測量運動軌跡的精確度非常高，這取決于衛(wèi)星定位系統(tǒng)的精確度，世界上現(xiàn)有的三個成熟的衛(wèi)星定位系統(tǒng)包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS和中國的北斗。為了避免受制于人，介紹我國北斗導航系統(tǒng)建設的必要性，讓學生明白科技興國的重要性，增強學生的責任感和使命感。對于某些我國處于領先地位的科技，定會讓學生深感自豪，國家榮譽感油然而生，而對于某些我國處于劣勢的科技，比如芯片、光刻機等技術的落后，通過剖析科技層面的差距和不足，鼓勵學生努力學習、奮起直追、迎頭趕上，讓“科技強國、創(chuàng)新興邦”的理念在這種春風化雨的科技氛圍中根植于學生心中。

（二）引入科技前沿以實現(xiàn)價值引領

價值引領是教育的一個重要培養(yǎng)目標，也是思想政治教育效果評價的重要標準。教師應肩負育人職責，注重在價值傳播中凝聚知識底蘊，在知識傳播中強調價值引領。價值觀決定學生的自我認識，它直接影響和決定學生的理想、信念、生活目標和職業(yè)追求。隨著現(xiàn)代信息渠道的多元化，學生價值觀念也出現(xiàn)了多元化，其獨立意識、民主意識、自我意識不斷增強，這些都給思想政治教育帶來了挑戰(zhàn)。課程思政可以從學生關心的問題出發(fā)，使得知識傳授和價值引領產生同頻共振。例如，以諾貝爾物理學獎為例，2017年諾貝爾物理學獎授予引力波探測計劃的三位關鍵科學家，獎勵他們在“LIGO探測器、引力波探測方面的決定性貢獻”。通過數代物理學家堅持不懈的努力，在廣義相對論發(fā)表百年后，人類終于直接驗證了愛因斯坦的廣義相對論的正確性，也為了解雙黑洞系統(tǒng)的成因提供了線索，結果有助于對宇宙起源的理解。其中，引力波探測儀L1GO的核心部分正是大學物理中介紹的邁克爾遜干涉儀。邁克爾遜干涉儀是光學領域里最常見的干涉儀，是近代物理學的重要實驗儀器之一。不但可以用來測定微小長度、折射率和光波波長，還是傅立葉光譜儀等現(xiàn)代光學儀器的重要組成部分。歷史上，邁克爾遜以及隨后多人利用該干涉儀測試條紋移動，用以尋找絕對參考系以太的存在，歷時50年之久，最終實驗的零結果暴露了以太理論的缺陷，愛因斯坦在邁克爾遜和莫雷實驗的基礎上建立了著名的狹義相對論。邁克爾遜雖然因此獲得1907年諾貝爾物理學獎，但他始終保持謹慎、勤奮的態(tài)度，在1926年又精確地測出了光的速度。與邁克爾遜干涉儀相關的每一項重大發(fā)現(xiàn)，都是科學精神的集中表現(xiàn)：以定性分析和定量分析作為科學認識的方法，用實踐來檢驗科學認識的真理性，并作為認識發(fā)展的動力;主張科學的自由探索，科學是不斷發(fā)展的開放體系，不承認終極真理;提倡懷疑、批判、不斷創(chuàng)新進取的精神。對比部分學術造假事件產生的不良影響和后果，使學生領悟到“心有所信，方能行遠”的含義，在未來的職業(yè)道路和學術道路上更加堅定自己的政治方向，更加積極致力于中國的社會主義建設事業(yè)，踐行愛國、敬業(yè)、誠信、友善的社會主義核心價值觀。

（三）引入科技前沿以提升創(chuàng)新能力

以學生關注的科技前沿問題為主線，通過向學生介紹科技前沿成果獲得的物理邏輯，引導學生按照科學家的思維方式開發(fā)自己的創(chuàng)新思維，總結傳承與創(chuàng)新探索相統(tǒng)一，為培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力奠定基礎。例如在能源和環(huán)境問題日益嚴重的背景下，現(xiàn)階段哪些綠色能源有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源、哪些新型材料有望實現(xiàn)節(jié)能減排呢？以2020年12月中國環(huán)流器二號M裝置（HL-2M）正式建成并實現(xiàn)首次放電為例，這是繼中科院核聚變裝置EAST之后，我國自主研發(fā)的第二個全超導托卡馬克裝置，這是中國的驕傲！為什么要建造這樣的實驗裝置呢？目的是模仿太陽上所發(fā)生的氫核聚變，通過制造“人造太陽”獲得源源不斷的清潔能源。產生輕核聚變的條件是什么呢？又怎么實現(xiàn)的呢？通過這些問題的深入探究，逐漸清晰了托卡馬克裝置的基本原理是利用電磁場實現(xiàn)對等離子體的約束和加速，最終在超高溫條件下實現(xiàn)短暫核聚變。但是要達到工業(yè)化生產的標準，還有哪些困難要逐步解決呢？通過一系列問題的提出，既加深了學生對物理課程的理解，又鍛煉了學生的創(chuàng)新意識。講到熱機效率時，發(fā)現(xiàn)熱機效率大多低于50%，剩余的沒有轉化為功的熱量怎樣利用才可以更有效地保護環(huán)境呢？由此提到熱電材料的發(fā)展，它可將熱量直接轉換為電能而不產生碳排放，如外太空環(huán)境下的放射性同位素熱電發(fā)電器（RTG）等。柔性可穿戴熱電器件（WTEG）也是當下的研究熱點，《Nature Communications》在2020年刊登了東華大學江莞教授的成果，其巧妙利用彎曲纖維彈性力關系實現(xiàn)了熱電模塊自支撐，構筑了三維可拉伸熱電織物。通過了解以上清潔能源的開發(fā)過程，能夠有效地激勵學生的學習內動力，培養(yǎng)學生探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感，激發(fā)他們科學研究的激情，鍛煉學生的創(chuàng)新、協(xié)作、動手和研究能力。

三、科技前沿的引入對教師的要求

做好大學物理課程思政，利用探究式教學模式把科技前沿引入課堂，教師首先要做到科研與教學并重、個人與團隊結合，建設多學科交叉的創(chuàng)新型教學團隊，充分了解物理學科的發(fā)展前沿和最新研究進展。教師要做到理論與調查相結合、線上與線下相結合，深度挖掘蘊含于課程內容中的顯性和隱性思政點，使思想政治映射點有機滲透于課程體系且兩者相得益彰，最終實現(xiàn)“大學物理”課程與思想政治兩者同向而行、同頻共振。思想政治教育的評價體系相對復雜，不可急功近利，通過一門課甚至一節(jié)課很難立竿見影地達到價值塑造的目的，長期的正確引導才能實現(xiàn)厚積薄發(fā)。只要用心設計課程思政教學環(huán)節(jié)，就會收到良好的育人效果。

參考文獻

[1]習近平.把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[N].人民日報，2016-12-09（1）.

[2]教育部關于印發(fā)《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知：教高〔2020〕3號[A/OL].（2020-05-28）[2021-07-21].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[3]倪涌舟，郭中富.大學物理課程融入人文思政教育的探索[J].教育教學論壇，2020（35）：2.

[4]王小力.大學物理課程思政研究與實踐[J].中國大學教學，2020（10）：54-57.

Exploration on the Education Role of the Frontiers of Science and Technology in the Ideological and Political Education in College Physics

CHEN Jing， DAI Hai-yang， LIU De-wei

（College of Physics and Electronic Engineering， Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou， Henan 450002， China）

Abstract： Timely delivery of relevant major scientific and technological achievements in the classroom can imperceptibly obtain students’ emotional recognition and play the role of value guidance and improving students’ innovation ability. In the process of scientific and technological development， scientific popularization and scientific and technological innovation have the same important position. Introducing the frontier of science and technology into the course of College Physics is an effective way to promote scientific popularization. This paper lists some practical cases and discusses the requirements for teachers to introduce science and technology into the classroom. Teachers’ insistence on deep learning and teamwork can make the cutting-edge of science and technology organically penetrate into the curriculum system， and finally complement ideological and political education， so as to realize the same direction and frequency resonance between College Physics and ideological and political education.

Key words： curriculum ideological and political education; College Physics; frontiers of science and technology; value guidance