融合思政元素的“固體物理學(xué)”課程教學(xué)改革探索

孫 敏，李子炯，陳 鵬，謝羅剛，尚 翠

（鄭州輕工業(yè)大學(xué)，河南 鄭州 450002）

0 引言

2016年，習(xí)近平總書記全國高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)了高校思政工作、教師立德樹人的重要性，要把思政工作貫穿于整個(gè)教學(xué)過程中，實(shí)現(xiàn)全方位育人、全程育人，使得我國高等教育事業(yè)打開一個(gè)新局面。[1]在新的形勢(shì)下，思政教育強(qiáng)調(diào)教師首先要加強(qiáng)自身的理論修養(yǎng)，深入挖掘與專業(yè)課程相關(guān)的思政元素，每門課程都要與思政元素有機(jī)結(jié)合統(tǒng)一，并且思政元素要貫穿整個(gè)課程而不單單是某節(jié)課。習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，思政課本質(zhì)就是講道理，這道理不同于一般的道理，而是馬克思主義的道理，教師要盡力將道理講得更加透徹、更加深入、更加生動(dòng)吸引人。當(dāng)然，如何挖掘與設(shè)計(jì)好思政元素，將思政元素與課堂內(nèi)容更完美地結(jié)合起來，將是所有專業(yè)課教師都需要面臨的一大挑戰(zhàn)。思政元素與課堂教學(xué)的完美融合，不但可以提高青年學(xué)生的積極性和接受程度，起到潛移默化的效果，而且能夠拉近教育者和受教育者之間的距離，更能發(fā)揮課程的親和力與針對(duì)性，甚至能夠起到“無心插柳柳成蔭”的良好效果。

《固體物理學(xué)》是物理學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)中最大的分支。該課程研究對(duì)象主要為固體材料，主要研究晶體結(jié)構(gòu)，當(dāng)然涉及一些準(zhǔn)晶與非晶結(jié)構(gòu)。其基本任務(wù)是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子之間相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在理論物理和應(yīng)用物理學(xué)之間起到了紐帶和橋梁作用。固體物理中的能帶結(jié)構(gòu)，對(duì)晶體管與集成電路的發(fā)現(xiàn)起到了十分重要的作用，對(duì)整個(gè)人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展均產(chǎn)生了革命性的影響。該課程具有典型的理工科特點(diǎn)，公式、推導(dǎo)過程較多，理論性較強(qiáng)，課程思政被提出以前，很難想象固體物理學(xué)與課程思政有什么關(guān)聯(lián)。最近，本課程團(tuán)隊(duì)將深入挖掘固體物理學(xué)相關(guān)課程思政元素，將課程思政與本課程緊密聯(lián)系起來。本課程堅(jiān)持立德樹人，注重學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展。注重課程思政，根據(jù)課程內(nèi)容，通過深入挖掘和精心設(shè)計(jì)思政元素，在知識(shí)傳授中融入價(jià)值引領(lǐng)、傳播正能量，加強(qiáng)學(xué)生愛國主義教育[2]。在課堂教學(xué)實(shí)施過程中，將思政元素以無聲、自然、潛移默化地融入課堂教學(xué)中，并且更加注重學(xué)生愛國主義精神、社會(huì)責(zé)任感和使命感、科學(xué)主義精神的培養(yǎng)。

1 課程思政融入課堂

課堂思政作為一種新型的教學(xué)教育理念，指的是思政不再單單是思想政治類課堂的基本任務(wù)，而是所有課堂都要具備這種傳授專業(yè)知識(shí)和思政教育的雙重功能，教師作為課堂知識(shí)的傳播者，如何設(shè)計(jì)課堂、將課堂思政與課堂知識(shí)完美地融合并傳遞給學(xué)生顯得十分重要。課堂思政承載著培養(yǎng)學(xué)生的世界觀、人生觀、價(jià)值觀的作用[3]。當(dāng)然，設(shè)計(jì)課堂思政時(shí)，不能盲目地為了思政而思政，思政元素也不單單指的是愛國、民族責(zé)任感等元素，團(tuán)結(jié)協(xié)作、科學(xué)地分析、解決問題的能力等都可以作為思政元素融入課堂中，我們不能每堂課都機(jī)械、教條地安排思政教育內(nèi)容，而是需要結(jié)合課程本身特點(diǎn)，尋找好合適的思政元素，不著痕跡地將思政融入課堂中來。課程思政元素包含的內(nèi)容十分廣泛，不僅包含傳統(tǒng)認(rèn)知上的加強(qiáng)愛國教育、提高民族自豪感和認(rèn)同感、增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感、樹立正確價(jià)值理念等，而且合作意識(shí)與溝通能力、正確分析解決問題的能力、競(jìng)爭(zhēng)協(xié)作的意識(shí)的培養(yǎng)都屬于課堂思政的范疇，也就是說，凡是培養(yǎng)學(xué)生價(jià)值理念、社會(huì)責(zé)任、理想信念、政治信仰、正確學(xué)習(xí)方法、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)等積極的教育都屬于課堂思政元素。

《固體物理學(xué)》主要研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成微觀粒子之間相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律以闡明其性能與用途的學(xué)科。本論文針對(duì)該課程特點(diǎn)，深入挖掘相關(guān)課堂思政元素，將最新科研成果融入教學(xué)中來，采用翻轉(zhuǎn)課堂、增加課堂討論及提問環(huán)節(jié)、增加小視頻教學(xué)等多元化的教學(xué)方式，從內(nèi)容到教學(xué)方式全面調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提升學(xué)生自我管理和思考問題的意識(shí)，將思政元素?zé)o形地融入課堂中來。

1.1 提升教師的示范作用和引領(lǐng)作用

教師作為課堂教學(xué)的引路人，要及時(shí)、準(zhǔn)確且全面地把握黨中央的重大決策部署，不斷學(xué)習(xí)黨的最新創(chuàng)新理論，挖掘一切可以挖掘的課堂思政元素，無聲地融入課堂中來；另外，教師要時(shí)刻牢記為國育才、為黨育人的使命，不能忘記立德樹人的初心，以高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求來要求自己，不斷提升自我修養(yǎng)和創(chuàng)新理論意識(shí)，做到以德治學(xué)、以德修身、以德施教，自覺堅(jiān)持教書、育人的有機(jī)統(tǒng)一結(jié)合。立德樹人、思政教育不再是一句空話，也不單單是某一門課程的任務(wù)，所有專業(yè)教師都要有意識(shí)地將課堂思政與課堂內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，在傳道、授業(yè)、解惑的同時(shí)，將立德樹人的根本任務(wù)落到實(shí)處，將愛國主義、民族主義，責(zé)任感以及團(tuán)結(jié)協(xié)作、分析問題解決問題等方法融入課堂中[4]。比如：在第一節(jié)課，我們可以講述下固體物理學(xué)的發(fā)展史以及固體物理學(xué)的重要性，以引起學(xué)生的興趣；在講述元素和化合物晶體結(jié)合的規(guī)律性時(shí)，可以讓學(xué)生對(duì)其進(jìn)行總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生分析、總結(jié)、歸納的科學(xué)研究方法；在講述黃昆方程時(shí)，可以分享一下黃昆先生的事跡，以培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情懷，樹立正確的人生觀和價(jià)值觀。

1.2 教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)，融入最新科研進(jìn)展

隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，固體物理學(xué)科不斷涌現(xiàn)新成果、新概念和新理論。因此，我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容中，適當(dāng)增加固體物理的前沿研究成果和熱點(diǎn)知識(shí)，體現(xiàn)固體物理教學(xué)的與時(shí)俱進(jìn)，開拓了學(xué)生的視野，強(qiáng)化對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。比如：在講述第二章“固體的結(jié)合”時(shí)，可以引入具有代表性且應(yīng)用十分廣泛的二維材料——石墨烯，石墨烯屬于二維層狀材料，層內(nèi)包含三個(gè)較強(qiáng)的共價(jià)鍵和一個(gè)金屬鍵，層間為較弱的范德瓦爾斯結(jié)合，我們可以通過MaterialsStudio軟件將石墨烯原子結(jié)構(gòu)畫出來，多角度全方位地對(duì)石墨烯原子結(jié)構(gòu)有更清晰地認(rèn)識(shí)。正是由于石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，石墨烯基復(fù)合材料在催化、儲(chǔ)能、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境污染、航空航天等諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。2022年，蔣麗麗等人報(bào)道了缺陷調(diào)控石墨烯復(fù)合催化劑在氧化還原反應(yīng)中的作用，以化學(xué)修飾石墨烯為原料，通過調(diào)控其表面缺陷并與銀-對(duì)苯二琨二甲烷（Ag-TCNQ）納米點(diǎn)復(fù)合，合成了不同缺陷程度的復(fù)合催化劑,在此基礎(chǔ)上比較了Ag-TCNQ/高缺陷石墨烯和Ag-TCNQ/低缺陷石墨烯的氧還原反應(yīng)性能[5]；在講述準(zhǔn)晶時(shí)，我們可以介紹一下準(zhǔn)晶相關(guān)的科學(xué)家──2011年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者謝赫特曼，在一次準(zhǔn)晶國際學(xué)術(shù)會(huì)議上，用自己的研究成果力爭(zhēng)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主鮑林批駁“準(zhǔn)晶”一詞為廢話的不實(shí)觀點(diǎn)，郭可信院士堅(jiān)持真理、不畏權(quán)威的科學(xué)態(tài)度值得我們每一個(gè)人學(xué)習(xí)，以樹立正確的人生觀和價(jià)值觀；在講述第四章能帶相關(guān)知識(shí)時(shí)，可以引入時(shí)事熱點(diǎn)，美國對(duì)我國企業(yè)的芯片制裁，面對(duì)該“卡脖子”技術(shù)問題，國內(nèi)部分高新技術(shù)企業(yè)的發(fā)展受到了很大的限制，我們也逐漸認(rèn)識(shí)到半導(dǎo)體行業(yè)的重要性，而通過調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)，可以有效地改善半導(dǎo)體的性質(zhì)，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和學(xué)習(xí)科研興趣，比如：李夢(mèng)軻等人通過對(duì)本征及摻雜的SnO、Sb/SnO和In/SnO體系的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，晶體摻雜是調(diào)節(jié)電子能帶結(jié)構(gòu)并改善材料導(dǎo)電特性的有效方法。研究發(fā)現(xiàn)，在SnO晶格中替位摻雜不同比例的Sb和In均能顯著改善SnO體系的態(tài)密度和電導(dǎo)率；In原子的替位摻雜能使SnO體系的禁帶寬度減小，并且摻雜形成的空穴受體能級(jí)將占據(jù)價(jià)帶的空能級(jí)，導(dǎo)致系統(tǒng)的費(fèi)米能級(jí)非?？拷鼉r(jià)帶。該研究結(jié)果對(duì)二維SnO半導(dǎo)體材料未來器件在新型器件的研究與應(yīng)用都具有一定的參考價(jià)值[6]。

1.3 多元化小課堂，變傳統(tǒng)“一言堂”教學(xué)為“學(xué)生中心，教師主導(dǎo)”

改變傳統(tǒng)“一言堂”教學(xué)為“學(xué)生中心，教師主導(dǎo)”的教學(xué)方法，變學(xué)生的被動(dòng)接受為主動(dòng)探索，突出了課堂教學(xué)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)環(huán)節(jié)。課程依托智慧教室，積極運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代信息技術(shù)，充分利用課程思政小視頻、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等手段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段和考核方式多元化[7]。

啟發(fā)式教學(xué)：可以在課堂結(jié)束時(shí)，對(duì)本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，并提出與下節(jié)課教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的帶有啟發(fā)性的問題，這樣可以有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行高效地預(yù)習(xí)，不僅可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和分析解決問題的能力。比如：在講解第一章倒格子時(shí)，可以給學(xué)生留下思考題：什么是倒格子？為什么要引入倒格子？怎么引入倒格子？倒格子和正空間晶體結(jié)構(gòu)之間存在什么對(duì)應(yīng)關(guān)系？學(xué)生面對(duì)倒格子這樣一個(gè)之前沒有接觸過的概念，可以更有針對(duì)性地進(jìn)行預(yù)習(xí)，達(dá)到事半功倍的效果，大大地改善預(yù)習(xí)效果。

參與式教學(xué)：教師主要起到有效引導(dǎo)作用，傳統(tǒng)教學(xué)就是課堂上以教師“教”為主，學(xué)生坐在下面被動(dòng)接受新知識(shí)，課堂參與度不高，不利于提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。而參與式教學(xué)則鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)地、積極地參與到學(xué)習(xí)和教學(xué)環(huán)節(jié)中來，該教學(xué)模式充分發(fā)揮了教師“教”和學(xué)生“學(xué)”兩個(gè)主體的作用，在輕松、愉快的互動(dòng)過程中完成課堂學(xué)習(xí)，使得教學(xué)目標(biāo)得以順利實(shí)現(xiàn)。該課堂教學(xué)模式充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的積極性，體現(xiàn)了學(xué)術(shù)自由、教學(xué)民主、師生平等的課堂教學(xué)特點(diǎn)，營造了和諧愉快、輕松平等、健康的學(xué)習(xí)氛圍，是教師教學(xué)方法和學(xué)生學(xué)習(xí)方法的融合和統(tǒng)一。該教學(xué)模式尤其強(qiáng)調(diào)了學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中的主體作用和積極參與性，而不再是傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和增加學(xué)習(xí)的樂趣。比如：在講述第二章固體的結(jié)合時(shí)，可以將本章節(jié)分為共價(jià)鍵結(jié)合、離子鍵結(jié)合、金屬鍵結(jié)合、分子晶體四個(gè)部分，讓學(xué)生提前調(diào)研、學(xué)習(xí)，然后在課堂上對(duì)各部分內(nèi)容進(jìn)行講解，教師隨后進(jìn)行總結(jié)和補(bǔ)充，可以使得學(xué)生的參與度大大提高，真正地變被動(dòng)接受為主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

微課堂教學(xué)：微課堂教學(xué)是一種新型的教學(xué)模式，指的是運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，將課程知識(shí)點(diǎn)碎片化、系統(tǒng)化。比如，我們可以將課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)錄制一個(gè)10分鐘以內(nèi)的小視頻，課堂上講解到該知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以采用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)和視頻教學(xué)兩種方式相互補(bǔ)充，也可以當(dāng)作學(xué)生預(yù)習(xí)或者課堂自主學(xué)習(xí)的資料，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和參與度；除了知識(shí)點(diǎn)講解，我們也可以提前下載一些與課堂教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的前沿知識(shí)，給學(xué)生科普，以激發(fā)學(xué)生對(duì)科研的興趣。微課堂教學(xué)具有內(nèi)容精煉，時(shí)間短，資源構(gòu)成“情景化”，傳播途徑多樣化，主題突出，針對(duì)性強(qiáng)。比如：我們可以將固體物理學(xué)這門課程分解成三十多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行視頻錄制，時(shí)間十分鐘以內(nèi)，配套以對(duì)應(yīng)的作業(yè)題，同學(xué)們可以在課前對(duì)新知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，課后對(duì)已講解過的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)，并且每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都可以無限次的觀看、回放、學(xué)習(xí)。微課堂學(xué)習(xí)不僅時(shí)間上比較自由，學(xué)生學(xué)習(xí)效率也可以得到大大提高。

討論式教學(xué)：在知識(shí)點(diǎn)講解之前，可以留出幾分鐘時(shí)間，將學(xué)生進(jìn)行分組，對(duì)上節(jié)課布置的問題進(jìn)行討論，對(duì)新知識(shí)點(diǎn)的預(yù)習(xí)情況以及上節(jié)課知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，預(yù)習(xí)時(shí)有沒有新的難點(diǎn)？帶著問題進(jìn)行復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)，可以更好地增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，并且能夠更好地理解老師課堂講解的內(nèi)容。比如：在講解倒格子時(shí)，課堂上可以推演一下面心立方的倒格子是體心立方結(jié)構(gòu)，布置思考題：那體心立方的倒格子是什么結(jié)構(gòu)？簡(jiǎn)單立方的倒格子是什么？在講述完第三章一維單原子鏈的振動(dòng)之后，可以讓同學(xué)們自己思考一下，如果是一維雙原子鏈，與一維單原子鏈又有什么區(qū)別呢？同學(xué)們課下可以通過自己計(jì)算對(duì)課堂知識(shí)進(jìn)一步鞏固，或者帶著問題進(jìn)行預(yù)習(xí)，下節(jié)課課前對(duì)該問題進(jìn)行討論，同時(shí)可以對(duì)上節(jié)課重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單回顧、歸納、總結(jié)，不但可以激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也可以大大提高學(xué)習(xí)效率。

2 結(jié)語

本論文結(jié)合固體物理學(xué)課程的特點(diǎn)，通過深入挖掘課程思政元素，將課程思政潤(rùn)物無聲地融入課堂中來，有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、激發(fā)了學(xué)生的科研興趣，并且能夠積極主動(dòng)地參與到課堂中來。課程思政元素的融入，使得學(xué)生的愛國熱情、民族責(zé)任感等都得到了增強(qiáng)，并且具備了分析解決問題的能力，團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)也有了明顯提升。目前，固體物理學(xué)課程思政還處于探索階段，在課程思政元素的設(shè)計(jì)、教學(xué)手段多元化、科研前沿元素的融入等方面還有很大的潛在空間，值得廣大專業(yè)教師繼續(xù)探索和完善，才能真正地將課程思政和課堂進(jìn)行有機(jī)地融合。