“計算電子物理學(xué)”課程思政的教學(xué)探索

楊蘭蘭 屠 彥 仲雪飛

(東南大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院， 南京 210096)

“計算電子物理學(xué)”是一門將電子物理的基礎(chǔ)知識和數(shù)值計算相結(jié)合的課程，使學(xué)生在學(xué)習(xí)有關(guān)電子物理知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握計算電子物理的基本原理和方法，了解計算機(jī)輔助設(shè)計在電子物理學(xué)中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生在計算機(jī)輔助設(shè)計方面的能力，為今后的科研打下必要的基礎(chǔ)[1]。

課程思政的本質(zhì)是立德樹人，而依托專業(yè)課程，可以將思想政治教育的價值理念和精神追求融入到專業(yè)知識的學(xué)習(xí)上去，潛移默化地對學(xué)生的思想意識、行為舉止產(chǎn)生影響，避免傳統(tǒng)的思政課程的說教[2]。目前學(xué)校開展的思想政治理論課學(xué)習(xí)主要集中在第一第二學(xué)年，進(jìn)入大四之后，學(xué)生的思維更為活躍，更易受社會上的言論影響，讓專業(yè)課充滿人文和社會關(guān)懷，體現(xiàn)一定的思想政治教育的延續(xù)和映射，為學(xué)生繼續(xù)深造或邁向社會打下堅實穩(wěn)固的思想根基[3]。

與其它專業(yè)課程相比，“計算電子物理學(xué)”的特點表現(xiàn)在將電子物理的基礎(chǔ)理論和數(shù)值計算、計算機(jī)編程能力結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生計算機(jī)輔助設(shè)計的能力。而2020年6月6日，哈工大、哈工程兩校師生被禁用Matlab，充分說明了在計算機(jī)輔助軟件上我國被牢牢遏制住了咽喉。而計算機(jī)輔助軟件的設(shè)計既需要開發(fā)者具有編程能力，又需要他們在各個專業(yè)領(lǐng)域深厚的專業(yè)背景。工業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜到一定程度，就需要以計算機(jī)輔助的工業(yè)軟件來替代人腦計算。而“計算電子物理學(xué)”這門課程實際上就是在培養(yǎng)具備深厚電子專業(yè)知識背景的計算機(jī)輔助設(shè)計人才，該門課程的建設(shè)與目前的國際大環(huán)境密切相關(guān)，開展相關(guān)的思政教學(xué)具有重要意義。

針對“計算電子物理學(xué)”的課程特點和時代背景，該課程思政教學(xué)的設(shè)計理念是結(jié)合案例研討和思政小元素，充分打通課前、課中和課后的教學(xué)環(huán)節(jié)，緊扣時代脈搏和傳統(tǒng)中華文化的傳承，將思政因素潤物細(xì)無聲地融入到專業(yè)課教學(xué)中去。

1 “計算電子物理學(xué)”思政教學(xué)關(guān)鍵點

1.1 思政與專業(yè)絲絲入扣

數(shù)值計算是開展科學(xué)研究的一個重要手段，各個學(xué)科都離不開數(shù)值計算?！坝嬎汶娮游锢韺W(xué)”課程使學(xué)生在學(xué)習(xí)有關(guān)電磁場的基本特性以及帶電粒子在場中的運(yùn)動情況和相關(guān)電子器件的工作原理等電子物理知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握計算電子物理的基本原理和方法，了解計算機(jī)輔助設(shè)計在電子物理學(xué)中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生在計算機(jī)輔助設(shè)計方面的能力，為今后的科研打下必要的理論基礎(chǔ)，同時引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，為國家的科技發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

課程將結(jié)合案例研討，打通課前課中課后環(huán)節(jié)，課程思政內(nèi)容和專業(yè)內(nèi)容充分交融，做到潤物細(xì)無聲，將思政因素合理融入教學(xué)內(nèi)容。圖1所示為思政融入專業(yè)教學(xué)的技術(shù)路線圖，在教學(xué)實踐工作之前，先要進(jìn)行思政環(huán)節(jié)資料的搜集，形成思政案例庫和思政小元素，前者需要學(xué)生進(jìn)行研討和教學(xué)，后者僅需要課堂上對應(yīng)相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容插入即可。利用課前調(diào)研，課堂研討和課后思考評價反饋打通教學(xué)環(huán)節(jié)，做到專業(yè)與思政絲絲入扣，時代發(fā)展與傳統(tǒng)傳承水乳交融，實現(xiàn)將思政因素潤物細(xì)無聲地融入到專業(yè)教學(xué)中去。典型案例如下：

圖1 思政融入專業(yè)教學(xué)技術(shù)路線圖

(1)“計算電子物理學(xué)”和計算數(shù)學(xué)密切相關(guān)，如圖2所示，在第一堂課緒論引入勵志數(shù)學(xué)公式談學(xué)習(xí)，告訴學(xué)生勤學(xué)如初起之苗，不見其增，日有所長；輟學(xué)如磨刀之石，不見其損，日有所虧。學(xué)習(xí)上是一步一個腳印，積少成多，聚沙成塔，激勵學(xué)生在求學(xué)的道路上不斷努力向前，不懈怠。

圖2 思政小元素示例-數(shù)學(xué)小公式

(2)在第二章電子物理基礎(chǔ)中，在介紹完靜電磁場的基本方程與電子在場中的運(yùn)動特性之后，介紹電子透鏡的基礎(chǔ)知識，有了這些基礎(chǔ)之后，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)研更進(jìn)一步的電子物理器件-電子顯微鏡。讓學(xué)生從電子顯微鏡的分類、技術(shù)特點、發(fā)展趨勢、國內(nèi)外發(fā)展對比等方面分析電子顯微鏡，進(jìn)行總結(jié)和深入思考，如圖3所示。在這個過程中，學(xué)生應(yīng)該可以自然體會到國內(nèi)外高精尖精密儀器的差距，而作為當(dāng)代大學(xué)生又需要有怎么樣的使命與擔(dān)當(dāng)。

圖3 思政案例示例-電子顯微鏡

勵志數(shù)學(xué)小公式屬于思政小元素范疇，在第一堂緒論課上，可以以略帶輕松的氣氛再配以網(wǎng)上的段子詼諧地激勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)，但點到即止，不展開不說教。而電子顯微鏡則屬于案例研討范疇，需要學(xué)生在了解電子透鏡的基礎(chǔ)知識之后，更深一步地了解前沿技術(shù)，在此意識到國內(nèi)外高精尖儀器的差距，并自己思考總結(jié)。這個案例研討既是課堂知識的延伸與拓展，又引導(dǎo)學(xué)生跟蹤前沿技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展，需要課前、課堂和課后一起使力，達(dá)到對學(xué)生專業(yè)技能的錘煉、小組協(xié)調(diào)分工的訓(xùn)練以及潤物細(xì)無聲的思政教育的目的。

1.2 緊扣時代發(fā)展脈搏

“計算電子物理學(xué)”是一門傳統(tǒng)學(xué)科，如何將傳統(tǒng)學(xué)科講出新意，不光在專業(yè)上要跟進(jìn)，在思政課堂上也要緊扣時代脈搏。

講到數(shù)值計算的時候，可以從2018年的中興芯片事件談到計算機(jī)輔助設(shè)計(Computer Aided Design, CAD)軟件，這是我國工業(yè)和科技發(fā)展除芯片和光刻機(jī)外的另一大軟肋。如果電子設(shè)計軟件被停用，那上百億的芯片都不過是硅土，這才是中國制造業(yè)最大的短板。這里從Cadence公司對中興放冷箭，卻受到美國政府2400萬美元的資助，這樣一則故事出發(fā)，引入計算機(jī)輔助設(shè)計軟件的發(fā)展困境與機(jī)遇的探討如圖4所示。在講到計算機(jī)輔助設(shè)計的時候，以這個小故事引入，再輔以專業(yè)領(lǐng)域其它常用軟件的情況介紹，讓學(xué)生發(fā)表自己的感言，讓學(xué)生意識到發(fā)展國產(chǎn)自主可控CAD軟件的勢在必行且需要新一代青年學(xué)生的探索和努力[4-5]。

圖4 思政案例示例-CAD軟件的發(fā)展困境與機(jī)遇

講到軌跡計算的時候，可以從電子的軌跡談到社會發(fā)展的軌跡，電子運(yùn)動有跡可循，社會發(fā)展亦一樣。在“平語”近人小環(huán)節(jié)中，將社會發(fā)展對青少年的期待和社會大環(huán)境密切聯(lián)系起來，引導(dǎo)青年學(xué)生關(guān)心政治，冷靜、客觀、睿智地看待各種社會現(xiàn)象和問題，不要做鍵盤俠，而是有全局觀、大局觀，并且學(xué)會從歷史發(fā)展的角度辯證地看待問題。

1.3 優(yōu)秀傳承不可忘

時代在發(fā)展，但屬于中華兒女的優(yōu)秀傳承不可忘。講到有限元的時候，就不得不提到馮康院士。馮康院士可以說是中國有限元之父，是我國著名的數(shù)學(xué)家，計算數(shù)學(xué)研究的奠基人和開拓者。馮康院士的身上有著老一代科學(xué)家對科學(xué)研究鍥而不舍的上下求索，“春蠶到死絲方盡”的獻(xiàn)身精神。讓學(xué)生去了解馮康院士的一生，讓他們?nèi)チ私饽莻€雖然沒有被家喻戶曉，卻實實在在是一個和華羅庚、陳省身一樣偉大的數(shù)學(xué)家[6]。讓學(xué)生們從老一輩科學(xué)家的身上體會學(xué)習(xí)在科學(xué)研究上，把握事物的本質(zhì)，辯證分析問題，發(fā)現(xiàn)和抓住在理論上和應(yīng)用上都有廣闊發(fā)展前景的課題，提出獨(dú)到的思想見解，并應(yīng)用過硬的基本功去解決具體困難，成功地開創(chuàng)新方向、新道路，開辟具有重要實際意義的新領(lǐng)域的事跡。

1.4 掌好課程思政的“度”

課程思政不是思政課程，絕不能脫離專業(yè)談思政，學(xué)生看到的課堂應(yīng)該是教師恰好講到這個專業(yè)知識點，從這里引申了出去，但很快又回到了專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。而引申出去的就是課程思政的內(nèi)容，但這里忌說教，最好只是擺事實，道理教師自己清楚，但最好讓學(xué)生自己領(lǐng)悟，只有自己領(lǐng)悟的道理，才記得請記得牢。所以課程思政一定要牢牢把握好思政的“度”，不能因為“課程思政”而去專業(yè)化、去知識化，不要引起學(xué)生的排斥心理，否則會事倍功半。

同時，一門課的思政點不要太多，不能喧賓奪主，也不需要每一節(jié)課都必須進(jìn)行思政教育，根據(jù)專業(yè)特點，根據(jù)授課內(nèi)容，在恰當(dāng)?shù)臅r機(jī)引入思政內(nèi)容，然后又自然地切換到專業(yè)課教學(xué)中，把握好課程思政的“度”，才能更好地達(dá)到教育的目的。

2 教學(xué)成效及反饋

圖5和圖6給出了學(xué)生思政研討的PPT節(jié)選和案例研討情形。從PPT的準(zhǔn)備和案例研討情形來看，學(xué)生對課程思政點感興趣，課堂研討有自己的想法，比如在電子顯微鏡的研討中，學(xué)生會關(guān)注新的研究點比如冷凍電子顯微技術(shù)，懂得在課堂基本知識點的基礎(chǔ)上去擴(kuò)展思考。

圖5 學(xué)生研討PPT節(jié)選

圖6 學(xué)生思政案例研討情形

圖7所示為2018-2020學(xué)年學(xué)生的成績分布圖，2019和2020年為課程思政改革試行學(xué)年。從圖中可以看出學(xué)生成績?yōu)閮?yōu)的比例由2018年的36%增加到2020年的57%，中和及格的比例也在下降，這說明學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣增加，學(xué)習(xí)效果提升。同時通過對學(xué)生的調(diào)研反饋來看，學(xué)生對計算機(jī)輔助設(shè)計軟件的困境和機(jī)遇、從電子軌跡到社會發(fā)展軌跡等緊扣時代發(fā)展脈搏的議題表現(xiàn)出了濃厚的參與興趣。而對于中國有限元之父——馮康院士，他們表示以前都不曾聽說過他的名字，沒有想到他是這么偉大的一個科學(xué)家，社會媒體應(yīng)該多宣傳這樣的科學(xué)家榜樣。

圖7 2018-2020學(xué)年學(xué)生成績分布圖

3 結(jié)語

“計算電子物理學(xué)”課程思政改革結(jié)合案例研討和思政小元素，打通課前、課中和課后環(huán)節(jié)，做到既緊扣時代脈搏又傳承優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，使固有的課程體系煥發(fā)出新的生機(jī)，使學(xué)生在專業(yè)知識學(xué)習(xí)的同時，自然而然地接受以愛國主義為核心的民族精神和以改革創(chuàng)新為核心的時代精神的教育，有利于培養(yǎng)具有家國情懷的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)領(lǐng)軍人才。