大學(xué)物理教學(xué)中課程思政資源挖掘研究*

伊厚會(huì)

(濰坊科技學(xué)院智能制造學(xué)院 山東 濰坊 262700)

朱子亮

(濰坊科技學(xué)院通識(shí)學(xué)院 山東 濰坊 262700)

尹 波

(濰坊科技學(xué)院智能制造學(xué)院 山東 濰坊 262700)

劉 慧

(濱州學(xué)院理學(xué)院 山東 濱州 256603)

全面推進(jìn)課程思政建設(shè)是落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措,也是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要任務(wù).教學(xué)中對(duì)學(xué)生開(kāi)展相應(yīng)的思想政治教育工作,實(shí)現(xiàn)學(xué)生在愛(ài)國(guó)情懷、個(gè)人品質(zhì)以及科學(xué)觀等方面的共同進(jìn)步和發(fā)展.大學(xué)物理是理工科學(xué)生的基礎(chǔ)必修課,在高校人才培養(yǎng)體系中具有十分獨(dú)特的地位.大學(xué)物理課程中思政素材豐富多樣,適合開(kāi)展多種主題的思政教育[1-7],因此在教學(xué)中教師需要充分地挖掘課程知識(shí)內(nèi)部所包含的思政元素,并且將其有機(jī)地與課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行融合.文章從科學(xué)世界觀和方法論的培養(yǎng)、科技前沿、大國(guó)工程和科學(xué)家精神等方面融入教學(xué)內(nèi)容并進(jìn)行細(xì)致的分析和探討,確保大學(xué)物理教學(xué)立德樹(shù)人的根本任務(wù).

1 科學(xué)世界觀和方法論

大學(xué)物理蘊(yùn)含著豐富的哲學(xué)思想和思維方法,這是物理學(xué)與其他自然科學(xué)的不同之處, 也是物理學(xué)所特有的一些學(xué)科性質(zhì).在教學(xué)中應(yīng)特別注重挖掘物理學(xué)所蘊(yùn)含的哲學(xué)思想和思維方法,增強(qiáng)學(xué)生處理問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育的目標(biāo);同時(shí)結(jié)合辯證思維、探索思維來(lái)對(duì)世界上各項(xiàng)問(wèn)題進(jìn)行合理的分析和探討,養(yǎng)成學(xué)生基本的世界觀和科學(xué)觀.

在講授宏觀與微觀、運(yùn)動(dòng)與靜止、電與磁、時(shí)間與空間、光的粒子性與波動(dòng)性等內(nèi)容時(shí),融入事物對(duì)立統(tǒng)一辯證關(guān)系.例如直線運(yùn)動(dòng)與曲線運(yùn)動(dòng)的對(duì)立統(tǒng)一,直線運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng),曲線運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng),是對(duì)立的,但是曲線運(yùn)動(dòng)可以分解成直線運(yùn)動(dòng)(如平拋、斜拋),也可以把曲線運(yùn)動(dòng)看成是每一小段直線運(yùn)動(dòng)組成.變量與恒量的對(duì)立統(tǒng)一,變量是變量,恒量是恒量,是對(duì)立的,但是變量在足夠短的時(shí)間內(nèi)可看成恒量.安培力和洛倫茲力的對(duì)立統(tǒng)一,安培力和洛倫茲力表面上雖不相同,但安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),本質(zhì)上都是電荷的定向移動(dòng)受到的磁場(chǎng)力.溫度和分子平均動(dòng)能的對(duì)立統(tǒng)一,溫度宏觀上表示物體的冷熱程度,微觀上表示分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度.教學(xué)中融入辯證分析和綜合實(shí)例,可以找出表面看來(lái)不同但本質(zhì)相同的概念規(guī)律等.

在講授力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系、原子結(jié)構(gòu)、光的本性、熱的本質(zhì)時(shí),揭示正確認(rèn)識(shí)事物發(fā)展的曲折性和前進(jìn)性之規(guī)律.例如人們對(duì)光的本質(zhì)的認(rèn)識(shí),從牛頓的微粒說(shuō)和惠更斯的波動(dòng)說(shuō)之爭(zhēng)到19世紀(jì)初的波動(dòng)說(shuō)和19世紀(jì)60年代麥克斯韋的電磁波,以及21世紀(jì)初愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)到光的波粒二象性.熱的本質(zhì)從英國(guó)著名物理學(xué)家玻意耳提出的“熱素說(shuō)”到俄國(guó)科學(xué)家羅蒙諾索夫?qū)Α盁崴卣f(shuō)”的質(zhì)疑,湯普生實(shí)驗(yàn)對(duì)“熱素說(shuō)”的否定,分子動(dòng)理論的建立這一曲折前進(jìn)過(guò)程.人類(lèi)對(duì)宇宙的探索經(jīng)歷了托勒密的地心說(shuō),哥白尼的日心說(shuō),第谷、伽利略、開(kāi)普勒的初識(shí)宇宙(觀測(cè)宇宙),牛頓、哈雷、愛(ài)因斯坦的認(rèn)知宇宙(形成理論)到現(xiàn)代宇宙大爆炸論等.人類(lèi)對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了道爾頓的“實(shí)心球式”原子結(jié)構(gòu)模型,湯姆生的“葡萄干面包式”原子結(jié)構(gòu)模型,盧瑟福的“行星繞太陽(yáng)式的”原子核式結(jié)構(gòu)模型,玻爾的電子運(yùn)動(dòng)分層結(jié)構(gòu)模型和原子的電子云模型等.

物理中很多內(nèi)容都體現(xiàn)了從量變到質(zhì)變的發(fā)展規(guī)律,如原子結(jié)構(gòu)、光的本性、熱的本質(zhì)等,均體現(xiàn)出在思想認(rèn)識(shí)上從量變到質(zhì)變和從質(zhì)變到量變的過(guò)程.物理中的臨界狀態(tài)是發(fā)生量變和質(zhì)變的轉(zhuǎn)折點(diǎn),也是物理現(xiàn)象由一種狀態(tài)過(guò)渡到另一種狀態(tài)的連接狀態(tài),如最靜摩擦力,天體運(yùn)動(dòng)的環(huán)繞速度、脫離速度、逃逸速度、收尾速度,彈性限度,臨界角,布儒斯特角等,這也是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn).

大學(xué)物理中包含著豐富的哲學(xué)思想,教學(xué)中合理的融入滲透能夠幫助學(xué)生形成正確的辯證思維和世界觀.在具體的大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中,教師應(yīng)盡量把這些哲學(xué)思想體現(xiàn)出來(lái).讓學(xué)生知道在科學(xué)的探索過(guò)程中,這些哲學(xué)思想直接或間接地影響著科學(xué)家的思維,對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)起到了非常重要的作用.引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用辯證思維去分析和解決問(wèn)題,從而培養(yǎng)學(xué)生辯證思維的高水平發(fā)展.

2 科技前沿和大國(guó)工程

近年來(lái)我國(guó)取得了重大科技成就,在物理教學(xué)中融入這些科技成果,有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣,加深學(xué)生對(duì)基本概念和原理的理解,同時(shí)還能啟迪學(xué)生的思維,開(kāi)闊學(xué)生的眼界.在教學(xué)中融入科技前沿、大國(guó)工程、國(guó)之重器等還有助于堅(jiān)定學(xué)生的理想信念,激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷.表1結(jié)合了我國(guó)的科研成果挖掘的課程思政元素.

表1 教學(xué)內(nèi)容與思政元素挖掘?qū)嵗?/p>

實(shí)例1:大學(xué)物理教學(xué)中從“嫦娥”探月、“祝融”探火、“羲和”逐日、“胖五”沖天、“奮斗者”潛海等引入空間的概念.從太空到地球,從海洋到陸地,新中國(guó)早已實(shí)現(xiàn)“上九天攬?jiān)?下五洋捉鱉”,根據(jù)我們達(dá)到的空間位置引入中國(guó)科技的發(fā)展和進(jìn)步.在講授位置時(shí)引入我國(guó)向全球提供服務(wù)且日定位量突破千億次的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),這是中國(guó)自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),是為全球用戶(hù)提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的國(guó)家重要空間基礎(chǔ)設(shè)施.特別是我國(guó)自主研制的星載高精度原子鐘,300萬(wàn)年誤差只差1 s.

實(shí)例2:在講授運(yùn)動(dòng)軌跡、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)量定理、角動(dòng)量定理時(shí)融入我國(guó)空間站首個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙“問(wèn)天”的發(fā)射以及與“天和”的對(duì)接.這是我國(guó)迄今為止近地軌道運(yùn)載能力最大的運(yùn)載火箭(長(zhǎng)征五號(hào)B)發(fā)射的最重載荷(問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙).教學(xué)中融入的思政內(nèi)容分別有:長(zhǎng)征五號(hào)B“最強(qiáng)”把問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙“最重”送至預(yù)定軌道;長(zhǎng)征五號(hào)B火箭的整流罩分離技術(shù)、艙箭連接分離技術(shù)、入軌精度控制技術(shù)和零窗口發(fā)射任務(wù)等關(guān)鍵技術(shù);問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙的成功對(duì)接技術(shù);以及首次在問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙開(kāi)展的“天宮課堂”第三課等.

實(shí)例3:在講授機(jī)械振動(dòng)時(shí)融入中國(guó)的振動(dòng)控制技術(shù)的現(xiàn)狀與進(jìn)展.港珠澳大橋是中國(guó)橋梁建設(shè)史上設(shè)計(jì)施工難度最大的跨海橋梁,“減震”和“減振”是橋梁設(shè)計(jì)建造過(guò)程的技術(shù)難題.引入調(diào)諧質(zhì)量減振器的結(jié)構(gòu)和工作原理,它是由彈簧、阻尼器和質(zhì)量塊組成的振動(dòng)控制系統(tǒng),支撐或懸掛在需要振動(dòng)控制的主結(jié)構(gòu)上.當(dāng)主結(jié)構(gòu)在外界激勵(lì)力的作用下產(chǎn)生振動(dòng)時(shí),會(huì)帶動(dòng)TMD系統(tǒng)一起振動(dòng),通過(guò)頻率調(diào)諧,使TMD系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)力再反作用到主結(jié)構(gòu)上,使其與外來(lái)激勵(lì)力的方向相反,抵消一部分激勵(lì)力,使主結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)反應(yīng)值(振動(dòng)位移、速度和加速度)大大減小,從而達(dá)到控制主結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的.中國(guó)振動(dòng)控制技術(shù)現(xiàn)在已躋身世界先進(jìn)水平,并且實(shí)現(xiàn)向歐美國(guó)家技術(shù)輸出.

實(shí)例4:在講授制冷機(jī)和熱力學(xué)第三定律時(shí)融入獲得低溫的方法,如氣體絕熱膨脹制冷、相變制冷、渦流制冷、絕熱放氣制冷、溫差熱電制冷、絕熱退磁制冷、3He和4He稀釋制冷等.在2015年,我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)了-253 ℃的超低溫,但這是歐洲20多年前的技術(shù).而2021年7月我國(guó)自主研發(fā)的無(wú)液氦稀釋制冷機(jī),達(dá)到了-273.139 1 ℃低溫,僅僅比絕對(duì)零度高出0.01 ℃,打破了美國(guó)保持的世界紀(jì)錄,創(chuàng)下了世界之最.這一技術(shù)可以為量子計(jì)算機(jī)芯片提供用于維持量子態(tài)必需的極低溫環(huán)境,標(biāo)志著我國(guó)具備了為量子計(jì)算等前沿研究提供極低溫條件保障的能力.

實(shí)例5:在講授導(dǎo)體、絕緣體和交流電時(shí),融入我國(guó)的特高壓輸電技術(shù),我國(guó)是全球唯一掌握特高壓技術(shù)的國(guó)家,我國(guó)的特高壓技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也是全球唯一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)有提高傳輸容量和傳輸距離、減少線路的功率損耗、提高電能傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性等.教學(xué)中重點(diǎn)融入我國(guó)攻克的特高電壓和特大電流下的絕緣特性、電磁環(huán)境、設(shè)備研制、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等世界級(jí)難題和研制晶閘管、換流閥、變壓器等國(guó)際領(lǐng)先的電工裝備等.

實(shí)例6:在講授圓孔衍射時(shí)融入被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500 m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST).并介紹“中國(guó)天眼”的超高靈敏度以及其帶來(lái)的前所未有的極端暗弱天體探測(cè)能力.“中國(guó)天眼”是目前世界上最大、最靈敏的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡,能捕捉137億光年以外的宇宙信號(hào).“中國(guó)天眼”說(shuō)明在射電天文領(lǐng)域我國(guó)已從落后發(fā)展為領(lǐng)先世界20年.

在大學(xué)物理教學(xué)中將大國(guó)工程、國(guó)之重器、科技前沿等巧妙融入課堂,有助于提升學(xué)生的國(guó)家認(rèn)知,民族認(rèn)同和科技自信,同時(shí)還能充分展示出我國(guó)的民族精神和中國(guó)特色社會(huì)主義的優(yōu)越性.

3 我國(guó)科學(xué)家的成果和精神

物理學(xué)發(fā)展離不開(kāi)科學(xué)家的貢獻(xiàn),他們的積極樂(lè)觀的科學(xué)精神和認(rèn)真鉆研的工作作風(fēng)值得新時(shí)代學(xué)子認(rèn)真學(xué)習(xí),如牛頓、法拉第、愛(ài)迪生、愛(ài)因斯坦等.在實(shí)際教學(xué)中我們也不斷借用科學(xué)家的格言和精神鼓勵(lì)同學(xué)們胸懷壯志、創(chuàng)新包容、努力做擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時(shí)代新人.而物理教材內(nèi)容多數(shù)是物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),涉及到我國(guó)科學(xué)家的成果比較少,如僅涉及吳有訓(xùn)對(duì)康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)和葛正權(quán)測(cè)定鉍(Bi)蒸氣分子速率實(shí)驗(yàn)等這些成果.但近些年,我國(guó)科學(xué)家在物理學(xué)領(lǐng)域的研究成果呈爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),這是我們教學(xué)中需要大力挖掘的思政資源.用我國(guó)科學(xué)家成果和精神影響學(xué)生、感召學(xué)生、引領(lǐng)學(xué)生,從而激發(fā)當(dāng)代大學(xué)生投身科研事業(yè)的激情和自信,鼓勵(lì)當(dāng)代大學(xué)生勇攀世界科技高峰.同時(shí)用我國(guó)科學(xué)家精神涵養(yǎng)新時(shí)代大學(xué)生,為我國(guó)科技事業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供豐沃土壤和有力保障.

實(shí)例1:在講授牛頓萬(wàn)有引力定律時(shí)融入華中科技大學(xué)萬(wàn)有引力G值研究成果.華中科技大學(xué)羅俊團(tuán)隊(duì)在山洞實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)30多年的埋頭苦干、潛心研究,實(shí)現(xiàn)了對(duì)國(guó)際頂尖水平的趕超,尤其對(duì)材料、扭擺的技術(shù)的把握,保證了后期的研究的突破.這是我國(guó)科學(xué)家萬(wàn)有引力研究成果首次編入全國(guó)物理教材,體現(xiàn)物理課程的育人價(jià)值.

實(shí)例2:在講授霍爾效應(yīng)時(shí),介紹其與反?；魻栃?yīng)、量子霍爾效應(yīng)、量子反常霍爾效應(yīng)等概念的區(qū)別和應(yīng)用,并融入薛其坤團(tuán)隊(duì)的量子反?；魻栃?yīng).量子反常霍爾效應(yīng)不依賴(lài)于強(qiáng)磁場(chǎng)而由材料本身的自發(fā)磁化產(chǎn)生.并對(duì)將來(lái)可能的應(yīng)用做以介紹,如利用量子反?；魻栃?yīng)制備低能耗的高速電子器件,加速推進(jìn)信息技術(shù)革命進(jìn)程等.

實(shí)例3:在講授光學(xué)時(shí)和量子力學(xué)時(shí),融入潘建偉團(tuán)隊(duì)利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)的量子糾纏,在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)了從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài).團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)18個(gè)光量子比特的糾纏,刷新了所有物理體系中最大糾纏態(tài)制備的世界紀(jì)錄.在量子通信領(lǐng)域已經(jīng)代表中國(guó)實(shí)現(xiàn)了由“跟跑”向“并跑”和“領(lǐng)跑”的跨越.

實(shí)例4:在講授光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)時(shí),融入天眼之父南仁東的的貢獻(xiàn).同時(shí)在教學(xué)中還要融入科學(xué)家胸懷祖國(guó)、服務(wù)人民的愛(ài)國(guó)精神,勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神,追求真理、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的求實(shí)精神,淡泊名利、團(tuán)結(jié)協(xié)作的協(xié)同精神和甘為人梯的育人精神.

4 結(jié)論

在新時(shí)期高校大學(xué)物理教學(xué)中,一方面教師需要在課堂上開(kāi)展相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng),另一方面教師還需要在課外為學(xué)生提供相應(yīng)的知識(shí)拓展和補(bǔ)充教學(xué).在這一系列過(guò)程中,教師可以充分的借用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái),及時(shí)地將課程內(nèi)容以及思政要素進(jìn)行整合和提煉,同學(xué)生之間開(kāi)展高效率的網(wǎng)絡(luò)溝通學(xué)習(xí),從而將現(xiàn)階段的課程教學(xué)工作延伸到課堂之外,并且充分地利用學(xué)生課后的碎片化時(shí)間來(lái)加強(qiáng)針對(duì)學(xué)生在物理知識(shí)以及思想政治知識(shí)方面的培養(yǎng)工作.

深入挖掘大學(xué)物理課程蘊(yùn)含的思想價(jià)值和精神內(nèi)涵,將政治認(rèn)同、家國(guó)情懷、社會(huì)責(zé)任、道德修養(yǎng)、工匠精神等思政元素“潤(rùn)物無(wú)聲”地融入課程教學(xué),展示了各具特色的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)風(fēng)采,生動(dòng)體現(xiàn)了知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)的統(tǒng)一、教書(shū)與育人的統(tǒng)一,提升學(xué)生的國(guó)家認(rèn)知,民族認(rèn)同和科技自信.