“大學(xué)物理”課程思政案例庫(kù)建設(shè)探索

周兆妍，趙增秀，胡升澤

(國(guó)防科技大學(xué) 1.理學(xué)院；2.系統(tǒng)工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410073)

2020年5月，教育部頒發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，以發(fā)揮好每門課的育人作用、提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量為核心目標(biāo)，部署了全面推進(jìn)高校思政建設(shè)的一系列戰(zhàn)略舉措。同時(shí)，提出要“結(jié)合不同課程特點(diǎn)、思維方法和價(jià)值理念，深入挖掘課程思政元素，有機(jī)融入課程教學(xué)，達(dá)到潤(rùn)物無(wú)聲的育人效果”。“大學(xué)物理”課程是理工科類學(xué)生的一門基礎(chǔ)課程，涉及力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、振動(dòng)與波、波動(dòng)光學(xué)、狹義相對(duì)論和量子物理基礎(chǔ)等內(nèi)容[1]。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運(yùn)動(dòng)形式、相互作用及其轉(zhuǎn)化規(guī)律；培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立提出和解決問(wèn)題的能力以及實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和辯證唯物主義世界觀。課程中蘊(yùn)含著豐富的基礎(chǔ)知識(shí)、底蘊(yùn)深厚的發(fā)展歷程、理性求真的科學(xué)精神、唯物辯證的科學(xué)思想以及積極和諧的人文價(jià)值，鑄造了該課程的鮮明特色與獨(dú)有魅力，也為課程提供了豐富多彩的思政教育元素與資源。為了發(fā)揮課程自身優(yōu)勢(shì)，突出價(jià)值觀的引導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)課程的育人功效，思政案例的選擇非常重要。本文我們以“大學(xué)物理”課程中力學(xué)模塊為例，以課程思政案例選擇三大方向?yàn)榛A(chǔ)，展示課程案例庫(kù)建設(shè)的相關(guān)探索，并對(duì)部分案例進(jìn)行描述。

一、提煉課程理論知識(shí)中蘊(yùn)含的思想方法

(一)科學(xué)家與哲學(xué)家對(duì)思想方法的研究與探索

當(dāng)人們?cè)谔綄の粗淖匀灰?guī)律時(shí)，總會(huì)用到各類研究思想方法。例如，伽利略創(chuàng)立了理想實(shí)驗(yàn)法、數(shù)學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的科學(xué)思想方法，被稱為“近代科學(xué)之父”；牛頓則是歸納法的積極倡導(dǎo)者和實(shí)踐者；愛因斯坦提出了產(chǎn)生物理理論的假說(shuō)-演繹法和原理-演繹法。這些偉大的物理學(xué)家在研究自然界客觀規(guī)律的同時(shí)，有意或無(wú)意地應(yīng)用著科學(xué)思想方法，并在實(shí)踐中發(fā)展科學(xué)思想方法，進(jìn)一步促進(jìn)了自然科學(xué)的發(fā)展。而一些自然科學(xué)家和哲學(xué)家為了尋求更有效的思想方法，往往對(duì)思想方法本身進(jìn)行研究，形成了哲學(xué)上的方法論。例如，著名的哲學(xué)家亞里士多德最早建立了演繹邏輯系統(tǒng)，培根則最早系統(tǒng)認(rèn)識(shí)了歸納法[2]。從此種意義上來(lái)說(shuō)，哲學(xué)為物理研究者提供了科學(xué)方法論的引導(dǎo)，物理則為其提供了具體的研究與實(shí)施對(duì)象，二者是普遍與特殊、一般和個(gè)別的關(guān)系。

馬克思、恩格斯十分重視科學(xué)方法論的研究，他們一方面批判繼承了黑格爾的辯證法；另一方面認(rèn)真研究了近代自然科學(xué)的成就。尤其是19世紀(jì)中葉的自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)，做出了正確的哲學(xué)概括，創(chuàng)立了唯物辯證法。恩格斯在他的著作《自然辯證法》[3]中更是系統(tǒng)闡述了觀察、實(shí)驗(yàn)、假說(shuō)、歸納與演繹、分析與綜合等科學(xué)方法，對(duì)自然科學(xué)的研究有非常積極的引導(dǎo)意義。科學(xué)思想方法的普適性與重要性普遍受到哲學(xué)家與科學(xué)家的重視。恩格斯說(shuō)過(guò)：“一個(gè)民族想要站在科學(xué)的最高峰，就一刻也不能沒(méi)有理論思維?！盵4]467愛因斯坦說(shuō)過(guò)：“如果把哲學(xué)理解為在最普遍最廣泛的形式中對(duì)知識(shí)的追求，那么顯然，哲學(xué)就可以被認(rèn)為是全部科學(xué)研究之母?！盵5]59由此可見，以思想方法為紐帶，探索課程理論知識(shí)中蘊(yùn)含的科學(xué)思想方法，與哲學(xué)尤其是馬克思主義哲學(xué)的共通之處是可行的。

(二)“大學(xué)物理”課程中蘊(yùn)含的科學(xué)思想方法

以“大學(xué)物理”第一堂課涉及的質(zhì)點(diǎn)模型為例，從力學(xué)角度研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，只需考慮質(zhì)量這一最重要的屬性，其他因素均可略去。我們假設(shè)其質(zhì)量集中在物體的質(zhì)量中心，便抽象出質(zhì)點(diǎn)模型。質(zhì)點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)中是不可能存在的，其模型的提出是使用抽象和理想化等方法而建立的。雖然離具體“物”遠(yuǎn)了一點(diǎn)，但它離“理”近了一些，其運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的研究過(guò)程更能充分發(fā)揮邏輯思維的作用，其結(jié)論更是構(gòu)成了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)。像質(zhì)點(diǎn)模型這樣，根據(jù)所研究的問(wèn)題，抓住最主要的起決定作用的因素，忽略次要的局部的非本質(zhì)的因素，而建立的一種高度抽象的理想客體，被稱之為理想模型[6-7]。

(三)進(jìn)一步探討物理中的思想方法與馬克思主義哲學(xué)之間的關(guān)系

抽象理想模型的建立過(guò)程也是馬克思主義矛盾觀的體現(xiàn)，在其關(guān)于主要矛盾與次要矛盾辯證關(guān)系的闡述中指出，首先要善于抓住重點(diǎn)，集中主要力量解決主要矛盾。物理上理想模型建立的關(guān)鍵在于能否把握住研究對(duì)象的本質(zhì)特征，作出正確的抽象。正如質(zhì)點(diǎn)模型的建立過(guò)程中，若只關(guān)心物體的位置變化，便可忽略其體積、形狀、材質(zhì)等次要矛盾，將其簡(jiǎn)化為有質(zhì)量的幾何點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)在空間的位置便能用一組數(shù)字來(lái)表示。其次，馬克思主義矛盾觀還指出要學(xué)會(huì)統(tǒng)籌兼顧，恰當(dāng)?shù)靥幚泶我躘4]459，主要矛盾與次要矛盾會(huì)隨著研究問(wèn)題的不同而發(fā)生轉(zhuǎn)化。例如，當(dāng)我們要研究的運(yùn)動(dòng)需要涉及它自身的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)模型就不適用了；而當(dāng)真實(shí)的物體在受到力的作用時(shí)，多少會(huì)發(fā)生形狀的變化，當(dāng)這種變化可以忽略不計(jì)時(shí)，便可以近似地看作是剛體，這是另外一種理想模型的建立。

除了質(zhì)點(diǎn)與剛體，學(xué)生將會(huì)在后期的學(xué)習(xí)中陸續(xù)接觸更多的理想模型，如彈簧振子、單擺、點(diǎn)電荷等。與質(zhì)點(diǎn)、剛體類似，它們都是將客觀實(shí)體近似理想化，抽象出足以表征其主要特征的理想物理模型。除此之外，還有將物理過(guò)程抽象為理想模型(完全彈性碰撞、簡(jiǎn)諧振動(dòng)、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程等)，將物理過(guò)程發(fā)生的條件抽象為理想模型(均勻電場(chǎng)、輕桿、均勻介質(zhì)等)等。雖然處理的問(wèn)題、研究對(duì)象、理想化的方法有所不同，然而“抓住主要矛盾”的特點(diǎn)卻是通用的，這也反映了哲學(xué)方法論形而上的特點(diǎn)及其普適性。

除了上述的理想模型方法，假說(shuō)方法、歸納和演繹、類比方法、實(shí)驗(yàn)方法等均在物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中起到了重要的作用，物理學(xué)家與哲學(xué)家均曾對(duì)這些思想方法進(jìn)行過(guò)深入研究與科學(xué)闡述，如圖1所示。

圖1 力學(xué)中部分思想方法示例注：思維導(dǎo)圖外是物理學(xué)家(細(xì)虛線框)與哲學(xué)家(粗實(shí)線框)對(duì)該物理方法的闡述。

將科學(xué)的思想方法視為課程內(nèi)容的升華，是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和透徹領(lǐng)悟與運(yùn)用物理規(guī)律與思維、實(shí)現(xiàn)課程高層次培養(yǎng)目標(biāo)的有效手段。以思想方法為紐帶，將物理課程中的思想方法與哲學(xué)思想相聯(lián)系，再進(jìn)一步尋找與馬克思主義哲學(xué)思想方法的關(guān)聯(lián)性，這樣不僅可以更加貼近課程思政的建設(shè)目標(biāo)，又使課程中的思想方法超越了具體問(wèn)題的束縛，是幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)領(lǐng)悟事物之間的聯(lián)系、開闊思路、培養(yǎng)創(chuàng)新思想的有益途徑。

二、以立德樹人為導(dǎo)向選擇應(yīng)用素材

物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，它通過(guò)種種科學(xué)方法來(lái)發(fā)現(xiàn)自然界中的確鑿事實(shí)與現(xiàn)象之間的關(guān)系，并建立理論將這些關(guān)系表述出來(lái)。這也是“大學(xué)物理”課程的基礎(chǔ)性內(nèi)容以及教學(xué)的重點(diǎn)。同時(shí)，物理學(xué)也是技術(shù)科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，其發(fā)展過(guò)程中所建立起來(lái)的規(guī)律與認(rèn)識(shí)推動(dòng)了技術(shù)革命的到來(lái)與發(fā)展，帶來(lái)了觀念上的變革，影響了人們認(rèn)識(shí)和改造世界的方法。在原課程內(nèi)容基礎(chǔ)上做一些適當(dāng)延伸與拓展，介紹其應(yīng)用與實(shí)踐，對(duì)于開闊眼界，啟迪思維，加深對(duì)本課程、本學(xué)科的理解也是很有意義的。

結(jié)合育人導(dǎo)向，案例庫(kù)在素材選擇上有意偏向了中國(guó)古代著作中的物理學(xué)知識(shí)、物理對(duì)科技進(jìn)步的影響、物理知識(shí)在國(guó)防建設(shè)中的應(yīng)用等幾個(gè)小方向。

(一)中國(guó)古代著作中的物理學(xué)知識(shí)

中國(guó)是一個(gè)歷史悠久的文明古國(guó)，有著很多令人驚嘆的科技成就，其中一些與物理密切相關(guān)。就力學(xué)部分而言，中國(guó)古代并沒(méi)有出現(xiàn)專門的力學(xué)著作，但是很多著作中記載了力學(xué)現(xiàn)象與知識(shí)，如《考工記》《墨經(jīng)》、漢代的《淮南王書》《論衡》、宋代的《夢(mèng)溪筆談》《武經(jīng)總要》《營(yíng)造法式》、元明時(shí)期的《武備志》《物理小識(shí)》等皆記載了較多的力學(xué)知識(shí)[8]。我們搜集了40余條中國(guó)古代著作中涉及到的力學(xué)知識(shí)，其中與“質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)”相關(guān)的案例示意如圖2所示。

圖2 中國(guó)古代著作中涉及的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)

雖然與同時(shí)期其他民族的物理知識(shí)相比，中國(guó)古代的物理學(xué)更多源于對(duì)自然現(xiàn)象的觀察和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，而非數(shù)學(xué)推理或理性的邏輯推導(dǎo)。然而，這些源于實(shí)踐又應(yīng)用于實(shí)踐的理論依舊抓住了事物的本質(zhì)特征，對(duì)近代物理學(xué)的興起與發(fā)展有很重要的先導(dǎo)作用。同時(shí)，由于其貼近生活的特征，將其引入課堂可幫助學(xué)生進(jìn)一步理解課本中的物理知識(shí)并主動(dòng)將其與生活相聯(lián)系。

凝結(jié)著中國(guó)古人智慧與寶貴經(jīng)驗(yàn)的物理知識(shí)介紹，可在潛移默化中增強(qiáng)民族自信心與自豪感，以更飽滿的學(xué)習(xí)熱情與愛國(guó)熱情為今日的科技、經(jīng)濟(jì)、文化服務(wù)。此外，我們還直接將文獻(xiàn)原文引入課堂，為理工課堂注入了活潑的人文氣息，引發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(二)物理對(duì)科技進(jìn)步的影響

物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中建立起來(lái)的概念、規(guī)律改變了人們的生活與認(rèn)知，拓展了人類探索大自然的方法與手段。歷史上三大技術(shù)革命都可以說(shuō)是在物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上展開的。第一次技術(shù)革命始于18世紀(jì)60年代，其主要標(biāo)志為蒸汽機(jī)的發(fā)明、改進(jìn)與廣泛使用，用機(jī)器代替人的勞動(dòng)，這是牛頓力學(xué)、熱學(xué)發(fā)展的結(jié)果。第二次技術(shù)革命則是電磁學(xué)發(fā)展進(jìn)步的光輝成果。第三次技術(shù)革命始于20世紀(jì)20年代，其特點(diǎn)是出現(xiàn)了一系列的高新技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)創(chuàng)造了一系列新產(chǎn)品，這也與20世紀(jì)一系列物理的新發(fā)現(xiàn)和相對(duì)論、量子理論相繼建立的貢獻(xiàn)是分不開的。這次技術(shù)革命尚未結(jié)束，還在向著更深入、更廣闊的方向發(fā)展，老師和學(xué)生都有幸參與其中。在課堂介紹物理與先進(jìn)技術(shù)發(fā)展之間的密切關(guān)系時(shí)，同時(shí)介紹物理的基礎(chǔ)知識(shí)在現(xiàn)代前沿科技中的應(yīng)用，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系、基礎(chǔ)與前沿的關(guān)系。這不僅是引導(dǎo)學(xué)生重視基礎(chǔ)知識(shí)、打牢學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、開闊眼界、了解最新科技進(jìn)展以及啟迪學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力的生動(dòng)素材，也是培養(yǎng)新世紀(jì)優(yōu)秀人才的必由之路。

(三)物理知識(shí)在國(guó)防建設(shè)中的應(yīng)用

物理學(xué)的進(jìn)步促進(jìn)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展，而新的科學(xué)技術(shù)成果又往往最先應(yīng)用于國(guó)防建設(shè)領(lǐng)域。在教學(xué)中介紹國(guó)防建設(shè)中涉及的物理知識(shí)，既能加深對(duì)物理知識(shí)的理解，又能增強(qiáng)學(xué)生的國(guó)防意識(shí)與觀念，也是提高學(xué)生素養(yǎng)、增強(qiáng)愛國(guó)情懷的重要思政建設(shè)內(nèi)容。

在“大學(xué)物理”力學(xué)模塊中可用于國(guó)防教育的素材比比皆是。例如，在講述動(dòng)量定理與火箭加速之間的關(guān)系時(shí)，便可從中國(guó)人發(fā)明火箭這一個(gè)被世界所公認(rèn)的事實(shí)出發(fā)，簡(jiǎn)單介紹我國(guó)火箭事業(yè)的發(fā)展，以及相應(yīng)的載人航天、探月計(jì)劃等，再以習(xí)主席“航天強(qiáng)國(guó)”的指示為本堂課畫上句點(diǎn)。除此之外，還有武器裝備發(fā)展、航天事業(yè)等也都涉及到豐富的物理知識(shí)，如圖3所示。國(guó)防建設(shè)是關(guān)系到國(guó)家存亡和民族興衰的大事，最能在青年學(xué)生中引起強(qiáng)烈的心理共鳴，進(jìn)而激發(fā)強(qiáng)烈的愛國(guó)熱情與學(xué)習(xí)熱情。

圖3 國(guó)防建設(shè)中與力學(xué)模塊知識(shí)相關(guān)的應(yīng)用

三、以物理故事為載體塑造科學(xué)精神

科學(xué)研究者偉大成就的取得，不僅需要扎實(shí)的理論功底、理性的思維能力等，更需要源于內(nèi)心激情的情感動(dòng)力，這可能出于社會(huì)責(zé)任、使命意識(shí)、對(duì)真理的熱誠(chéng)，其中蘊(yùn)含的“愛國(guó)、創(chuàng)新、奉獻(xiàn)、求實(shí)”等新時(shí)代的價(jià)值準(zhǔn)則，是科學(xué)家們?cè)陂L(zhǎng)期的科學(xué)實(shí)踐中積累的寶貴精神財(cái)富。

以力學(xué)部分為例，在質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)部分，牛頓三定律以及萬(wàn)有引力定律的提出應(yīng)用了實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)以及歸納演繹等科學(xué)方法，其哲學(xué)思想和方法論體系被愛因斯坦贊為“理論物理學(xué)領(lǐng)域中每一工作者的綱領(lǐng)”[5]364，這是思政建設(shè)思想方法部分涉及到的內(nèi)容，同時(shí)也是牛頓信奉和諧、統(tǒng)一的自然觀的體現(xiàn)。在牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》巨著中，整體思想統(tǒng)一和諧，邏輯結(jié)構(gòu)與表達(dá)方式嚴(yán)謹(jǐn)明了，數(shù)學(xué)公式與方法簡(jiǎn)潔優(yōu)美，正如他所說(shuō)的，“宇宙的設(shè)計(jì)是如此美麗，設(shè)計(jì)所依照的法則是如此和諧”[9]。可以說(shuō)，對(duì)自然界以及科學(xué)中和諧與美的追求，為他的偉大成就提供了方向。

值得指出的是，牛頓力學(xué)適用條件是宏觀物體、低速領(lǐng)域，牛頓當(dāng)年的表述是有所欠缺的。1883年，物理學(xué)革命的先行者馬赫在其著作《力學(xué)及其發(fā)展的批判歷史概論》中對(duì)牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)進(jìn)行了深入的考察和批判[10]，使人們認(rèn)識(shí)到牛頓力學(xué)建立之初的不足，愛因斯坦相對(duì)論的提出也深深受到馬赫物理學(xué)思想的影響。馬赫的懷疑精神、批判態(tài)度以及他對(duì)于建立嚴(yán)格理論體系的熱情追求，深刻影響了物理學(xué)的發(fā)展，同時(shí)該段歷史的介紹也可以為后期狹義相對(duì)論的學(xué)習(xí)埋下伏筆。

除此之外，在講述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)時(shí)，意大利的著名物理學(xué)家伽利略的工作及其卓越的實(shí)驗(yàn)思想，以及對(duì)亞里士多德關(guān)于“重的物體下落得更快”觀點(diǎn)的質(zhì)疑，也可以用來(lái)向?qū)W生傳遞勇于向權(quán)威挑戰(zhàn)、積極探索、勇于實(shí)踐的科學(xué)精神。在講述剛體角動(dòng)量守恒的應(yīng)用——陀螺的定向性時(shí)，向?qū)W生介紹“中國(guó)激光陀螺奠基人”高伯龍?jiān)菏拷Y(jié)合國(guó)家和軍隊(duì)迫切需求選擇了研究方向，自己搭建實(shí)驗(yàn)室，制作基本研究器材，從零開始艱難前行，完全自主研制出激光陀螺的過(guò)程，折射了我國(guó)科學(xué)家愛國(guó)、奉獻(xiàn)、求實(shí)、奮斗的偉大精神。

四、結(jié)語(yǔ)

按照思政建設(shè)的整體指導(dǎo)思想，結(jié)合課程特點(diǎn)，從思政庫(kù)建設(shè)入手開啟了“大學(xué)物理”課程的課程思政建設(shè)工作。在廣泛查閱資料的基礎(chǔ)上，凝結(jié)集體智慧，確立了思政案例庫(kù)素材的選擇方向。因篇幅所限，只列出了“大學(xué)物理”力學(xué)模塊的一部分案例。作為“大學(xué)物理”開篇學(xué)習(xí)內(nèi)容，力學(xué)是物理學(xué)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也為課程后續(xù)的學(xué)習(xí)提供了重要的理論背景、處理問(wèn)題的基本框架、思想方法和工具。因此，在選擇思政素材時(shí)，思想方法部分占了很大的比例。同時(shí)，力學(xué)的相關(guān)知識(shí)貼近生活、應(yīng)用面廣。在思政素材的選擇上，應(yīng)用素材部分尤其是中國(guó)古代科技也會(huì)有很多選項(xiàng)。隨著模塊的不同，思政案例選擇的側(cè)重點(diǎn)也會(huì)發(fā)生變化，如近代物理學(xué)中量子物理基礎(chǔ)部分涉及了量子力學(xué)初步誕生的歷史與知識(shí)，物理學(xué)史與科學(xué)家精神是該部分的重點(diǎn)思政建設(shè)內(nèi)容。

希望借助思政素材庫(kù)的建設(shè)，能夠提供大量與課本知識(shí)緊密聯(lián)系的思政案例。后期教師可根據(jù)不同的授課內(nèi)容與對(duì)象再對(duì)思政案例進(jìn)行精選、優(yōu)選，將其自然融入課堂，滋養(yǎng)學(xué)生的精神與心理，做好新時(shí)代的文化熏陶和價(jià)值引導(dǎo)，培養(yǎng)全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人。