宋 薇 李沉思 劉燕月 劉 瀟
(河南工學(xué)院理學(xué)部 河南 新鄉(xiāng) 453003)
習(xí)近平總書記曾在2016年全國高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào),“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,實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人.”[1]2019年《中共教育部黨組關(guān)于教育系統(tǒng)學(xué)習(xí)貫徹黨的十九屆四中全會(huì)精神的通知》對(duì)此再次做出了指示,“全面貫徹黨的教育方針,推動(dòng)習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想進(jìn)教材進(jìn)課堂進(jìn)學(xué)生頭腦,深化新時(shí)代學(xué)校思政課改革創(chuàng)新.”[2]2020年5月8日國家教育部發(fā)布了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》,綱要中明確提出將思想政治教育內(nèi)容始終貫穿于人才培養(yǎng)體系,從全方位推動(dòng)高校課程思政教育系統(tǒng)構(gòu)建,充分發(fā)揮好各門學(xué)科的思想教育功能,進(jìn)一步提升高校人才培養(yǎng)品質(zhì).
河南工學(xué)院是一所省屬全日制普通本科院校,以工科專業(yè)為主,被評(píng)為河南省示范性應(yīng)用技術(shù)類型本科高校.大學(xué)物理是一門面向我校理工科學(xué)生開設(shè)的公共必修課,通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)讓學(xué)生更加了解物理的基本知識(shí);鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力,并為后續(xù)課程奠定基礎(chǔ).大學(xué)的學(xué)習(xí)生活是青年學(xué)生成長的關(guān)鍵時(shí)期,是校園和社會(huì)連接的紐帶,因此大學(xué)物理作為非常重要的公共必修課,融入思政元素顯得及時(shí)且必要.
而物理學(xué)是一門自然科學(xué),通過科學(xué)研究、探討和分析自然界的基本規(guī)律,揭示物質(zhì)、能量、空間與時(shí)間彼此之間的相互作用關(guān)系,可為工程技術(shù)奠定基礎(chǔ),成為高新產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的動(dòng)力與源泉,并蘊(yùn)含著大量的思政元素.因此,大學(xué)物理課程中開展思政教育十分可行且具有特色優(yōu)勢(shì).
物理學(xué)的知識(shí)是長期的歷史積累,凝聚了眾多科學(xué)家的智慧.在現(xiàn)代物理學(xué)理論發(fā)展的過程中,蘊(yùn)涵著物理學(xué)家在探求、發(fā)現(xiàn)自然現(xiàn)象并形成認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的理念、方式與技能上的創(chuàng)新,同時(shí)還有哲學(xué)、方法論和美學(xué)等人文學(xué)科的豐富內(nèi)涵.因此,將大學(xué)物理和思政教育的有機(jī)結(jié)合可以使所有理工科專業(yè)學(xué)生全面受益.那么將大學(xué)物理的知識(shí)點(diǎn)深入挖掘出來并無痕地融入到課堂教學(xué)中去,引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的三觀,是我們當(dāng)下應(yīng)該深入研究并系統(tǒng)探討的重要問題.本文以靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體為例,設(shè)計(jì)教學(xué)過程將思政元素與知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合到一起.
2.1.1 課程引入
同學(xué)們有沒有去過科技館?科技館內(nèi)有各種科學(xué)實(shí)踐儀器和培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備,可以讓參觀者親身體驗(yàn)參與.其中有一個(gè)大球,當(dāng)你用手觸及時(shí),頭發(fā)就會(huì)飛起來,這是什么原理呢?另外還有一個(gè)用金屬絲織成的金屬籠,當(dāng)參觀者進(jìn)入籠內(nèi),工作人員接通高壓電源,籠體帶有高壓電,但是籠內(nèi)的參觀者卻毫發(fā)無傷,如果用手貼在籠壁上,還可以體驗(yàn)到清涼的電子風(fēng),那為什么加了高壓電在金屬籠上,人也不會(huì)觸電呢?
2.1.2 知識(shí)講解
有一導(dǎo)體使它處于電場(chǎng)中,導(dǎo)體中的電荷在電場(chǎng)的影響下出現(xiàn)了重新分配的現(xiàn)象就是靜電感應(yīng)現(xiàn)象[3].感應(yīng)出來的電荷稱為感應(yīng)電荷,感應(yīng)電荷可以激發(fā)出附加電場(chǎng),產(chǎn)生附加場(chǎng)強(qiáng),與外電場(chǎng)的方向相反.當(dāng)感應(yīng)電荷所激發(fā)出來的附加場(chǎng)強(qiáng)與外電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)相等時(shí),在導(dǎo)體內(nèi)就沒有感應(yīng)電荷做定向運(yùn)動(dòng)了,此時(shí)導(dǎo)體達(dá)到平衡狀態(tài),稱為靜電平衡.當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí),因?yàn)樵趯?dǎo)體內(nèi)部已經(jīng)沒有了凈電荷的存在,那么電荷就只能分布到導(dǎo)體的表面上.
2.2.1 課程導(dǎo)入
避雷針是美國物理學(xué)家富蘭克林于1752年在費(fèi)城利用電風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)發(fā)明的.但是最早的避雷裝置卻出現(xiàn)在中國,1688年,一個(gè)法國旅行家曾寫過一本《中國新事》的書,在書中就有這樣的一段描述,“在中國屋頂?shù)募沽荷?,有一昂起龍頭,口吐著金屬舌頭,伸入空中,舌根連一鐵絲直達(dá)地底.”這樣就避免了建筑物遭到雷電的損害.更早期的正吻,龍頭魚身,有許多的尖端凸起,在雷電天也可以起到避雷的作用.如果追溯避雷裝置的起源,史料記載最早出現(xiàn)在我國的漢朝.這些都是我國古代勞動(dòng)人民的智慧結(jié)晶,也充分體現(xiàn)了我國人民的創(chuàng)造精神!那么問題來了,避雷針為什么是尖的呢?它的避雷原理是什么呢?
2.2.2 知識(shí)講解與思政點(diǎn)融入
現(xiàn)有一導(dǎo)體正處于靜電平衡態(tài)狀態(tài),在導(dǎo)體表面取一個(gè)極小的面積元ΔS,如圖1所示,接下來作一個(gè)閉合扁圓柱面為高斯面,ΔS與圓柱的上底面S1和下底面S2都平行,并于側(cè)面S3相垂直,由高斯定理可知
∮SE·dS=∮S1E·dS+∮S2E·dS+
∮S3E·dS=∮S1E·dS=
∮S1E·dS=ES1=EΔS
聯(lián)立以上兩式,可得
則
圖1 在靜電平衡導(dǎo)體表面取高斯面
由此推導(dǎo)結(jié)論可以知道,電場(chǎng)強(qiáng)度和電荷表面的面密度成正比關(guān)系,即曲率愈大的區(qū)域,亦即愈尖銳的區(qū)域,電荷的面密度就愈大,電場(chǎng)也就越強(qiáng),從而產(chǎn)生尖端放電現(xiàn)象[3].理論知識(shí)介紹完畢后,我們開始通過演示實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步證明尖端放電現(xiàn)象.由此可融入思政元素“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”.本節(jié)課做的演示實(shí)驗(yàn)名稱是旋轉(zhuǎn)的閃電.這個(gè)實(shí)驗(yàn)是通過模擬雷雨天閃電的放電過程,在旋轉(zhuǎn)過程中尖端接觸可以看見明顯的電火花現(xiàn)象.
接下來完成學(xué)以致用環(huán)節(jié)——讓學(xué)生用尖端放電現(xiàn)象解釋高壓輸電過程中出現(xiàn)的電暈現(xiàn)象.所謂的電暈現(xiàn)象是指晚上或天色陰暗時(shí),可看到高壓輸電線周圍籠罩著一圈光圈,它是帶電導(dǎo)線微弱的尖端放電結(jié)果.產(chǎn)生的電暈現(xiàn)象會(huì)耗費(fèi)巨大的電能,尤其是長距離輸電.所以有必要采用高壓輸電技術(shù)來減少電能的損失.由此也可融入思政元素“特高壓輸電技術(shù)”,目前中國所掌握的特高壓輸電技術(shù)是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的技術(shù),且電壓級(jí)別也最高,最高電壓可達(dá)1 100 kV,且輸送量最大,輸送距離也最遠(yuǎn).這都是在黨中央的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下集中辦大事的成效,同時(shí)也彰顯了中國特色社會(huì)主義制度的優(yōu)越性.中國共產(chǎn)黨立足人民立場(chǎng),依靠集中力量、組織動(dòng)員群眾辦大事辦好事辦實(shí)事,才取得了一個(gè)又一個(gè)偉大成就.
2.3.1 課程導(dǎo)入
靜電現(xiàn)象在我們的日常生活中經(jīng)常發(fā)生.如果我們穿的是用化纖原料制成的內(nèi)衣或毛絨衣褲,當(dāng)入睡前脫去這些衣服時(shí),會(huì)聽到輕輕的“噼噼啪啪”響聲,若是熄燈后脫去這些衣服,還會(huì)看到閃爍的小火花.日常生活中的這些靜電現(xiàn)象也許無關(guān)重要,但是如果這些火花發(fā)生在易燃易爆的地方(如飛機(jī)、艦船或彈藥庫、油料庫等處),火災(zāi)及爆炸事故就極易發(fā)生[4].
2.3.2 知識(shí)講解與思政點(diǎn)融入
有一空腔導(dǎo)體如果保持在靜電平衡狀態(tài),則由于導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零,根據(jù)高斯定理推導(dǎo)可知電荷只能分布在空腔導(dǎo)體的外表面上.因?yàn)榭涨粚?dǎo)體內(nèi)部既沒有凈電荷也不受外界電荷的作用,就等于把空腔導(dǎo)體的外部“保護(hù)”起來了,所以這個(gè)現(xiàn)象叫做靜電屏蔽現(xiàn)象.靜電屏蔽的作用在于可以有效隔斷內(nèi)外電場(chǎng)間的影響,由此可融入思政元素引導(dǎo)學(xué)生理解隔離方法是控制新冠肺炎的最有效方法之一.面對(duì)突如其來的新冠肺炎,我國政府動(dòng)用舉國力量,全力診斷和治療感染者.這場(chǎng)抗疫阻擊戰(zhàn),體現(xiàn)了中國政府的科學(xué)治理能力,體現(xiàn)中國人民團(tuán)結(jié)奉獻(xiàn)精神.同時(shí)中西方疫情防控經(jīng)驗(yàn)表明,中國共產(chǎn)黨所擁有的無比強(qiáng)大的領(lǐng)導(dǎo)力以及我國特色社會(huì)主義體制所具備的顯著優(yōu)越性,是有效對(duì)抗國際風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)、提升我國政府管理效率的根本保證.
本教學(xué)環(huán)節(jié)中將采取教師授課法、自主學(xué)習(xí)法、問題導(dǎo)向法、案例教學(xué)法、實(shí)踐探索法、互動(dòng)法和演示實(shí)驗(yàn)法等多種教學(xué)方法結(jié)合并用,并在每一段教學(xué)過程中,精心挖掘育人素材,無痕融入思政元素.以尖端放電知識(shí)點(diǎn)為例詳細(xì)闡述一下本課程的教學(xué)方法.
課前在學(xué)習(xí)通上發(fā)布本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)和學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)單,學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)法預(yù)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容.預(yù)習(xí)可培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和獨(dú)立思考能力,提高課堂學(xué)習(xí)效率,開拓學(xué)生的學(xué)習(xí)思路,增強(qiáng)記憶效果.通過觀看富蘭克林發(fā)明避雷針的錄像,能夠啟發(fā)學(xué)生們勇敢思考和尋求真相的科學(xué)研究精髓,培養(yǎng)學(xué)生精益求精、一絲不茍的工匠精神.
課上通過互動(dòng)法進(jìn)行舊知梳理,以此來掌握學(xué)生對(duì)已有知識(shí)的掌握情況.接下來通過問題引導(dǎo)法提出問題,“避雷針為什么是尖的?”引發(fā)學(xué)生思考,并介紹我國古代建筑物上避雷裝置的起源,最早可追溯到漢朝,這是我國古代勞動(dòng)人民的智慧結(jié)晶,也充分體現(xiàn)了我國人民的偉大創(chuàng)新和創(chuàng)造精神.創(chuàng)造創(chuàng)新精神是一個(gè)國家和民族發(fā)展壯大的重要不竭力量,同時(shí)也是當(dāng)代大學(xué)生所應(yīng)該擁有的基本素質(zhì).由此可引導(dǎo)學(xué)生在未來的學(xué)習(xí)生活中要發(fā)揮主觀能動(dòng)性,用創(chuàng)新的思維和方法去分析和解決問題.接下來,通過講授法來闡述本節(jié)的基礎(chǔ)理論知識(shí)點(diǎn)(尖端放電)并結(jié)合視頻演示法(電風(fēng)實(shí)驗(yàn))來加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的了解與掌握情況.由于物理學(xué)是一門與實(shí)驗(yàn)強(qiáng)相關(guān)的學(xué)科,而物理學(xué)的大部分公式、定律、定理都是通過實(shí)驗(yàn)得到的,所以課堂上會(huì)采用演示實(shí)驗(yàn)法對(duì)尖端放電進(jìn)行模擬.一方面充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣和熱情,增強(qiáng)了師生之間的交流,活躍了教學(xué)氛圍,有利于提高學(xué)生的主觀積極性和參與度;另一方面也可以培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)持“實(shí)事求是”追求真理的科學(xué)精神.最后通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)法發(fā)布思考題,讓學(xué)生們學(xué)以致用解釋高壓輸電時(shí)的電暈現(xiàn)象.展示我國在高壓輸電技術(shù)的巨大成果——研發(fā)了全世界最先進(jìn)的特高壓發(fā)輸電技術(shù),其電壓等級(jí)最高,可達(dá)1 100 kV,輸出容量最大,輸出距離最遠(yuǎn).這些都是在中國共產(chǎn)黨的集中統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下,運(yùn)用凝聚力量辦大事的成果,同時(shí)也體現(xiàn)了社會(huì)主義制度的優(yōu)越性.最后采用小組討論法,通過學(xué)生講解和教師點(diǎn)評(píng)的方式讓學(xué)生們完全掌握本節(jié)課的重難點(diǎn)內(nèi)容.
大學(xué)物理是理工科專業(yè)學(xué)生在大學(xué)階段需要學(xué)習(xí)和掌握的一門通識(shí)必修課,通過本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生了解自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、特性、相互作用以及運(yùn)動(dòng)的規(guī)律;理解現(xiàn)代物理學(xué)常識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用;了解物理學(xué)史、相關(guān)科技前沿知識(shí).培養(yǎng)學(xué)生具備利用物理學(xué)方法分析和解決復(fù)雜問題的綜合能力以及自主探究、勇于創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力.并對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神、職業(yè)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任等價(jià)值觀的教育,激發(fā)學(xué)生的擔(dān)當(dāng)意識(shí)和愛國情懷,建立科學(xué)辯證唯物主義世界觀,樹立“科技報(bào)國、科技強(qiáng)國”的遠(yuǎn)大理想.