大學物理德育教育的探索與研究

王鈺茹

（陸軍步兵學院基礎(chǔ)部 江西南昌 330000）

引言

大學物理，是高等教育四年制本科各專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的一門通識教育類的自然科學必修課程，是自然科學和工程技術(shù)的基礎(chǔ)，在培養(yǎng)學生科學的自然觀、宇宙觀和辯證唯物主義的世界觀以及良好的科學素養(yǎng)方面具有重要作用[1]。因此，大學物理課程在德育教育中發(fā)揮著重要且不可替代的作用。電磁學模塊是大學物理中較為重要且較難理解的一部分內(nèi)容。將德育教育融入這一模塊的教學中，可在實現(xiàn)提高學生對知識的掌握程度的同時，體現(xiàn)課程德育的功能。

一、大學物理教學德育教育教學設(shè)計

德育教育的內(nèi)在目的是“立德樹人”，如提升學生的愛國主義精神，家國情懷，樹立正確的價值觀念，有良好的人生追求等。而在此之前，接受高等教育的學生往往只能通過思想政治課程汲取相關(guān)理念。對于新時代大學生的培養(yǎng)目標來說，單純“育才”是不夠的，“育才”與“育人”的有機融合才是德育教育以及培育高素質(zhì)人才的基本思路。

1.深挖大學物理課程中的德育元素

要將德育元素融入大學物理課程教學之中，第一步則需要挖掘可以進入大學物理課堂元素。對于高等院校而言，德育元素包括人文類歷史、思想與精神等，對于課程特色而言，大學物理發(fā)展史，量變與質(zhì)變、對立與統(tǒng)一、普遍性與特殊性、現(xiàn)象與本質(zhì)等唯物辯證法思想，科學探索方式方法就是十分重要的“育人”元素。

2.如鹽入水將德育元素融入課堂

將德育元素融合到課程教學中是重要環(huán)節(jié)。德育教育不是簡單地將專業(yè)基礎(chǔ)知識和德育元素進行疊加，“硬塞”與“脫節(jié)式聯(lián)接”都是不可取的。對于教師而言，德育教育是教師個人師德師風，人格魅力與教學能力的綜合體現(xiàn)，是教師與學生建立起思想的鏈接，架構(gòu)起知識的橋梁，激蕩出意志品質(zhì)的交流，在思想的升華中，塑造學生科學的“三觀”，引領(lǐng)學生的價值取向。

現(xiàn)以電磁學模塊教學為例，深度寬泛地挖掘德育元素，通過教學設(shè)計將其融入課堂教學環(huán)節(jié)。教學設(shè)計理念堅持“學生為主體，教員為主導”的原則，貫徹落實素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育思想，不僅在教學中要突出大學物理的院校專業(yè)特色，同時將德育元素融合到課程教學中[2]。

按照課程教學大綱要求，大學物理的教學內(nèi)容主要包括力學、熱學、電磁學、光學和近代物理學五大專題模塊。這種“專題模塊結(jié)構(gòu)”需進行深入研究各專題模塊與其他部分之間的潛在聯(lián)系，通過這種聯(lián)系將教學內(nèi)容連接成一個有機的整體。以電磁學這部分為例，以電磁學知識為載體，通過馬克思主義世界觀和方法論、先進的科學技術(shù)、科學家探究歷程，以間接內(nèi)隱的方式培養(yǎng)學生的人生觀、價值觀和專業(yè)修養(yǎng)。通過深挖德育元素融入教學，以身垂范教育人，幫助學生樹立正確人生觀；科學知識熏陶人，幫助學生建立科學世界觀；楷模偉績感召人，幫助學生確立正確的價值觀。本專題模塊中的課程內(nèi)容要點與德育融合如下。

本模塊課程可增加新概念裝備——電磁炮相關(guān)知識。電磁炮是電磁學知識綜合應(yīng)用的，同時也是當下討論較為廣泛的熱點內(nèi)容，較易吸引學生注意力。

二、本模塊中主要知識點與德育元素的融合

1.庫侖定律、電場強度

電荷的量子化和電荷守恒定律：密立根通過著名的密立根油滴實驗，證明了電荷量子化，獲得了1923年的諾貝爾物理學獎。該實驗是利用了宏觀易測量不易測量的物理量，結(jié)合經(jīng)典牛頓力學和電場中的靜電力得到的結(jié)論，既讓學生了解實驗的巧妙性，同時告訴學生有機會實際動手操作此實驗，激發(fā)學生的好奇心與期待感。電荷守恒定律是物理學的基本定律之一，在此可拓展其他守恒定律，幫助學生聯(lián)系記憶，同時正負電荷的代數(shù)和在任何物理過程中都會保持不變的知識點可聯(lián)系哲學中的對立與統(tǒng)一的思想。

真空中庫侖定律：結(jié)合真空中兩個靜止的點電荷之間的作用力特點，提醒學生在計算大小的同時，注意靜電力的方向性，可引導學生思考個人與集體的關(guān)系。

電場強度：對該部分知識點進行講解的時候，可以拓展前人對電荷間作用力傳遞機制的討論。真理往往掌握在少數(shù)人手里。麥克斯韋通過數(shù)學方程描述了場，預言了電磁波的存在，赫茲在實驗室捕捉到了電磁波，這些物理學家通過理論和實驗都完全證實了場的觀點的正確性。這些內(nèi)容啟發(fā)學生，要敢于創(chuàng)新，勇于創(chuàng)新，具備創(chuàng)新的能力。電場強度是描述電場的物理量，是通過引入試驗電荷實驗進而進行定義的，這提醒學生們在處理問題時，要抓住主要矛盾，撇去次要因素，認識到事物的本質(zhì)。電場疊加原理中也可類似對庫侖定律進行拓展，電場力和電場強度疊加具有矢量性，告訴學生們只有人人苦練本領(lǐng)，凝聚力量才能獲得成功。

2.靜電場的高斯定理和環(huán)路定理

在講解這些定理時，需要強調(diào)定理的具體含義以及適用條件。比如，高斯定理中，表達式中的電場強度指的某處所有電荷在該位置處產(chǎn)生的總場強，表達式中的電荷則指的是高斯面內(nèi)所有電荷的代數(shù)和，強調(diào)已有規(guī)定或紀律的條件性和具體性，提醒學生在學習訓練中不要出現(xiàn)墨守成規(guī)、不善變通的現(xiàn)象，要善于學習思考才能增長才干。在講解恒定磁場中的高斯定理和環(huán)路定理時，與這部分知識進行對比，同樣可強調(diào)條件的適用性，讓學生注意學習與思考，避免出現(xiàn)照搬主義與將知識點的混淆。

3.電勢能、電勢與電勢差

電場力和重力以及彈性力都是保守力，在講解電勢能的概念時，可對比復習牛頓力學中的重力勢能或彈性勢能，引導學生說出電勢能的概念。在引出另一描述電場的物理量電勢時，可對比電場強度的概念，電場強度是利用電場力與電荷量的比值進行定義的，同樣，由于電勢能也是與試驗電荷帶電量有關(guān)的量，而電勢能與試驗電荷電量的比值在選定參考點時，電勢為一定值。因此，用類似的思維方式可得到電勢的定義，引導學生發(fā)現(xiàn)與已有知識的相似之處，注重知識遷移，培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的科學思維習慣，理性分析問題。雖然學生在平時生活訓練中模擬過多種場景，但實際環(huán)境千變?nèi)f化，提醒學生在可用類比的方式科學推理出解決方案。

4.靜電場中的導體

靜電感應(yīng)現(xiàn)象在學生的生活中十分常見，靜電平衡時電荷分布也是該部分重點內(nèi)容。可通過雷電引起火災的例子進行引入，介紹雷電的產(chǎn)生原理，引導學生思考為什么雷雨天氣高聳建筑物容易遭受雷擊，繼而講解靜電平衡時電荷的分布與尖端放電現(xiàn)象。尖端放電有效利用比如電火花點火裝置等，同時利用尖端放電進行有效防護的比如避雷針，工程上采用表面為球面形光滑的零部件等等。在介紹避雷針時可拓展發(fā)明該裝置的科學家富蘭克林。在1752年，富蘭克林曾做了一個十分危險的“風箏實驗”，在一個雷雨天，富蘭克林將一個系著長長金屬導線的風箏放飛進雷雨云中，并在金屬線末端拴著一串銀鑰匙，當雷電發(fā)生時，末端鑰匙上迸出一串火花，索性實驗中傳下來的閃電比較微弱，富蘭克林并未受傷。由此，他就設(shè)想，如果能在建筑物上安裝一種高于建筑的尖端裝置，并將該裝置與大地相連，就有可能將雷電引入地下，為建筑物起到避雷的作用，經(jīng)過試用后，果然能達到效果，這就是避雷針。這個實驗十分危險，但是富蘭克林在實驗時卻仍能不懼危險，勇敢而行。對于學生而言，逐夢的接力棒已經(jīng)傳遞到我們手中，道路絕非一番坦途，有無數(shù)的“雪山草地”橫亙在我們面前，要啃的個個是“硬骨頭”，不能避重就輕，避難求易，必須要有“明知山有虎，偏向虎山行”的無畏勇氣，盯住重點與難點問題能夠集中突擊，準確擊破。對于建筑物可安裝避雷針進行避雷防護，引導學生思考當進行戶外運動等情況下學生們在雷雨天如何防雷，比如可躲避在車內(nèi)，從而引出靜電屏蔽知識。在講解靜電屏蔽時可拓展高壓工人作業(yè)時著高壓靜電防護服，利用了導電材料制成的“鐵布衫”，這類工作也是十分危險的，為了讓大家能用上安全電，電力工人往往在輸電線上行走，穿梭在懸崖山谷搭建線路，檢修線路，默默地奉獻著自己的青春。關(guān)于靜電屏蔽相關(guān)內(nèi)容在教學實踐中發(fā)現(xiàn)學員通常會提問靜電屏蔽校園教室使用的考試信號屏蔽儀原理是否一致，關(guān)于這個在課堂也可作適當提及，信號屏蔽儀是通過發(fā)射與通信信道相同頻段的電磁波，對手機與基站聯(lián)系的信號進行干擾的原理，當然如果給教室“穿上”一件“金鐘罩”也是可以隔絕外界信號的影響的。提醒學生考試中的信號屏蔽儀只是一種輔助手段，真正要做到的是誠信應(yīng)考。

5.磁感應(yīng)強度

在春秋戰(zhàn)國時期，管子在《地數(shù)》數(shù)篇中就有關(guān)于磁現(xiàn)象的記錄。公元前250年，韓非子在《有度》中有“司南”記載。古時候的勞動人民就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并利用了磁現(xiàn)象，“司南”就是古時候人們航海等用以指示方向的器件[3]。而如今用以確定方位的是中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，也是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，可執(zhí)行指揮與管制及管理功能?？茖W技術(shù)發(fā)展迅猛，我國建立了自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，達到了世界先進水平，讓學生感受到中國科技成果斐然，體現(xiàn)了我國日益強大的科技實力和綜合國力，極大地增強了人民的民族自信心和自豪感，激發(fā)學生對科技化、現(xiàn)代化、智能化的未來無限的遐想。磁感應(yīng)強度的定義比電場強度定義稍復雜些，從實驗中發(fā)現(xiàn)，運動電荷所受到的最大磁作用力與其電荷量與速度的關(guān)系，或者載流小線圈受到的作用力特點，繼而定義了磁感應(yīng)強度。一方面，讓學生體會到實驗的魅力，注意實驗中的關(guān)鍵因素，抓住主要矛盾。另一方面，訓練學生對比電場強度與電勢的概念類比推理的思維方式。

6.畢奧-薩伐爾定律

畢奧-薩伐爾定律是通過實驗總結(jié)出來的微段電流產(chǎn)生磁場的基本規(guī)律，表達式的形式與庫侖定律類似，可提醒學生類比記憶。對于任意復雜形狀電流磁場的計算可對電流進行無限分割，選取其中某微段電流，利用畢奧-薩伐爾定律得到對應(yīng)的磁感應(yīng)強度，接著進行積分求解。對于學生而言，訓練學習中，難免遇到一些看似復雜難以解決的矛盾問題，要仔細分析，逐項剝離，攻克難關(guān)。

7.電磁感應(yīng)定律

電生磁的現(xiàn)象是奧斯特偶然發(fā)現(xiàn)的，而磁生電現(xiàn)象是法拉第花了10年才找到，他一直堅持不懈追求真理。楞次定律給出了閉合回路感應(yīng)電流的方向，總是使它所激發(fā)的磁場來阻止或補償引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，可引導學生思考科學中的平衡美，世界萬物是和諧統(tǒng)一的，因而要用辯證的眼光看待問題。

8.動生電動勢和感生電動勢

不管什么原因，只要穿過回路中的磁通量發(fā)生改變，宏觀上回路中都將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，而根據(jù)電動勢產(chǎn)生的機理不同可分為動生電動勢與感生電動勢，而動生電動勢的本質(zhì)是洛侖茲力產(chǎn)生，感生電動勢的本質(zhì)是感生電場驅(qū)使電子定向運動。引導學員透過現(xiàn)象看本質(zhì)，雖然表象可能一致，但核心影響因素卻完全不同。在此可拓展要從實際出發(fā)，用于實踐，與時俱進，學會各方面地、發(fā)展地看問題，透過現(xiàn)象揭示本質(zhì)。

9.自感和互感

根據(jù)自感與互感的定義，可拓展個人積極向上、敢于擔當?shù)木?，會給自身及他人，甚至社會均會帶來有益影響，從而共建良好的社會風氣。在2020年，突發(fā)公共衛(wèi)生事件肆虐武漢，蔓延全國。已經(jīng)84歲高齡的鐘南山院士第一時間坐上了南下的火車，奔赴一線；73歲的李蘭娟院士同樣在一線隔離醫(yī)院每天工作十幾個小時；越來越多醫(yī)療隊挺身而出，不畏艱險，沖鋒在前，他們都是最可敬的英雄。

三、德育元素在對教學評價的導向

大學物理課程是一門重要的基礎(chǔ)課，從教學質(zhì)量與教學評價中也應(yīng)突出德育教育。一方面，對于課程本身的知識內(nèi)容的考核中，注重對科學研究思維方式，創(chuàng)新能力的考核，如設(shè)置需要嚴密推導計算的題目，設(shè)置情境猶如科學家一樣需研究探討的題目，布置一些了解科學家事跡的心得體會等；另一方面，在課堂上與課堂外思想品德、意志品質(zhì)的評價也是重中之重，可通過記錄平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)、課后探究問題協(xié)同合作情況進行考核。總之，不論是課終考試，還是平時的學習過程，教學評價導向都應(yīng)融合德育元素。

結(jié)語

德育教育是高等教育的重要內(nèi)容。大學物理作為一門通識教育類的基礎(chǔ)課程，應(yīng)同時凸現(xiàn)“育才”與“育人”效果，實現(xiàn)課程教學的內(nèi)涵式提升。本文基于大學物理電磁學專題模塊內(nèi)容，從課程理念、教學內(nèi)容、教學方法與手段和課程評價四個維度與時俱進地提出了電磁學專題模塊德育教育的方法，通過將德育元素與軍事相關(guān)融合講解電磁學的知識內(nèi)容，將融入教學各個環(huán)節(jié)，為大學物理德育教育的實施提供了新思路，對提高德育教育教學效果具有一定的參考價值和指導意義。