漫畫(huà)輔助原子物理學(xué)教學(xué)方法改革與思政教育研究

羅楊

摘? 要：該文采用原創(chuàng)漫畫(huà)輔助原子物理學(xué)的教學(xué)方法，對(duì)“填鴨式”教學(xué)模式進(jìn)行改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的求知熱情。深入挖掘原子物理學(xué)課堂中蘊(yùn)含的思政教育元素，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和社會(huì)責(zé)任感具有重要意義。

關(guān)鍵詞：原子物理學(xué)；漫畫(huà)；教學(xué)輔助；教學(xué)改革；思政教育

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2024）S1-0152-04

Abstract： This paper adopts the teaching method of atomic physics assisted by original cartoon which ameliorates the quondam teaching mode of "cramming" education. This kind of teaching reform improves students' interest in learning and cultivates students' enthusiasm for knowledge. It is of great significance to deeply explore the ideological and political education elements contained in Atomic physics class for cultivating students' patriotic feelings and social responsibility.

Keywords： Atomic Physics; comics; teaching assistance; teaching reform; ideological and political education

原子物理學(xué)作為一門重要的物理學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，以闡述原子結(jié)構(gòu)為中心，揭示經(jīng)典物理在原子領(lǐng)域中遭遇的各種困難，是培養(yǎng)學(xué)生從經(jīng)典理論過(guò)渡到量子理論的紐帶與橋梁[1]。通過(guò)原子物理學(xué)的教學(xué)，為學(xué)生開(kāi)啟了微觀世界的大門。為學(xué)生之后量子力學(xué)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。在教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不佳，其主要原因是原子物理學(xué)的研究對(duì)象是微觀結(jié)構(gòu)，原子結(jié)構(gòu)內(nèi)容復(fù)雜難懂，很難提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。作為“過(guò)來(lái)人”的高校青年教師，因剛經(jīng)歷過(guò)學(xué)生年代更能與學(xué)生產(chǎn)生共鳴。對(duì)于學(xué)生普遍反應(yīng)原子物理學(xué)課程枯燥難懂這一現(xiàn)象，對(duì)課堂安排和教學(xué)方法進(jìn)行改革。增強(qiáng)原子物理學(xué)教學(xué)方法的趣味性，以漫畫(huà)形式為載體增強(qiáng)學(xué)生的求知熱情，幫助學(xué)生們擺脫對(duì)于這門學(xué)科的厭學(xué)心理。同時(shí)，深入挖掘原子物理學(xué)的課程思政元素，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的探索精神，增強(qiáng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力，為國(guó)家培養(yǎng)更多的創(chuàng)新型人才。

一? 課程思政教育結(jié)合漫畫(huà)呈現(xiàn)原子物理發(fā)展歷史

在和學(xué)生們交流溝通中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)代大學(xué)生們業(yè)余時(shí)間喜歡瀏覽連載漫畫(huà)網(wǎng)站，對(duì)漫畫(huà)素材比較感興趣。很多大學(xué)生對(duì)漫畫(huà)的創(chuàng)作也非常熱愛(ài)，這讓筆者萌生了將原子物理學(xué)的內(nèi)容以漫畫(huà)的形式展現(xiàn)在課堂上的想法。在課前充分做好教學(xué)設(shè)計(jì)，課堂合理安排，課后布置復(fù)習(xí)作業(yè)，如圖1所示。鼓勵(lì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)，自主找到問(wèn)題“難點(diǎn)”，教師課前通過(guò)“課堂派”等軟件進(jìn)行師生之間的溝通，留意學(xué)生們?cè)陬A(yù)習(xí)過(guò)程中的難點(diǎn)，進(jìn)行教案的匯編改寫(xiě)，圍繞“重點(diǎn)、難點(diǎn)”進(jìn)行討論。在教學(xué)過(guò)程中，合理安排課堂上師生互動(dòng)、學(xué)生討論等環(huán)節(jié)。以漫畫(huà)為輔助，在輕松愉悅的課堂氛圍中完成原子物理學(xué)內(nèi)容的教學(xué)。

在授課過(guò)程中，以漫畫(huà)為載體，以原子物理學(xué)范疇所發(fā)生的一系列故事為主線，涵蓋原子物理學(xué)的主要知識(shí)點(diǎn)，將原子物理學(xué)發(fā)展歷史以漫畫(huà)的形式呈現(xiàn)出來(lái)。這種授課方式有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中構(gòu)建學(xué)術(shù)思維，為今后的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和興趣。由于近代照相技術(shù)不夠發(fā)達(dá)，科學(xué)家們?cè)阽R頭面前所展示出來(lái)的都是“冷漠臉”形象，雖然讓學(xué)生充分感受到了科學(xué)家的嚴(yán)謹(jǐn)，但也會(huì)使學(xué)生覺(jué)得教材內(nèi)容更加枯燥。把原子物理學(xué)教材中所涉及的近代物理學(xué)家們用漫畫(huà)的形象帶入課堂，保留物理學(xué)家們?cè)鞠嗝蔡卣?，將人物形象卡通化，激發(fā)起學(xué)生想要更深入了解近代物理學(xué)家的熱情。例如，闡述量子力學(xué)的誕生這一章節(jié)內(nèi)容時(shí)，講到玻爾與愛(ài)因斯坦就“統(tǒng)計(jì)解釋”發(fā)起的“曠世之爭(zhēng)”，將兩位科學(xué)家以卡通漫畫(huà)的形象展出，如圖2所示，突出兩位科學(xué)家的爭(zhēng)論場(chǎng)景，讓學(xué)生更能體會(huì)到科學(xué)家們就不同觀點(diǎn)爭(zhēng)論的場(chǎng)面。學(xué)生們通過(guò)漫畫(huà)會(huì)了解到科學(xué)家們并不是嚴(yán)肅的“冷漠臉”，也會(huì)同普通人一樣因?yàn)椴煌挠^點(diǎn)而據(jù)理力爭(zhēng)，在自己的理論得到證實(shí)后也會(huì)如同孩童般歡呼雀躍，拉近了近代物理學(xué)家們與學(xué)生們的距離。利用漫畫(huà)闡述原子物理學(xué)的歷史事件這種教學(xué)效果比單純只用課件放出科學(xué)家們略顯冷峻的照片要生動(dòng)得多，學(xué)生更容易接受。在授課過(guò)程中挖掘其中蘊(yùn)含的思政元素，引導(dǎo)學(xué)生正確看待學(xué)術(shù)界的紛爭(zhēng)，培養(yǎng)學(xué)生在今后的生活工作和科研中形成善于討論和勤于探索的學(xué)習(xí)精神。正確對(duì)待生活中與自己意見(jiàn)不統(tǒng)一的人和事物，就像玻爾與愛(ài)因斯坦雖然在科學(xué)理論方面各持己見(jiàn)意圖說(shuō)服對(duì)方，但是生活中卻是彼此欣賞的朋友[2]。學(xué)生們應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)科學(xué)界的偉人們?cè)诳蒲兄械膰?yán)謹(jǐn)態(tài)度和在生活中的包容精神。

在講授原子核物理這一章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，提到了約里奧·居里夫婦曾經(jīng)三次與諾貝爾獎(jiǎng)擦肩而過(guò)，最后終于因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得諾獎(jiǎng)這一歷史事件，可以將這段事件以“四格”漫畫(huà)的形式展現(xiàn)出來(lái)，如圖3所示。約里奧·居里夫婦在很遺憾地錯(cuò)失諾獎(jiǎng)之后依然能打起精神，鼓起勇氣繼續(xù)探索研究最終得到啟迪有了新的發(fā)現(xiàn)（人工放射性）。通過(guò)欣賞漫畫(huà)，鼓勵(lì)學(xué)生們討論原子物理歷史事件，暢談自己的感悟，引導(dǎo)學(xué)生提高自身心理承受能力，養(yǎng)成“勝不驕，敗不餒”的健康心理。課件以漫畫(huà)內(nèi)容為輔助，主要知識(shí)點(diǎn)推導(dǎo)呈現(xiàn)在板書(shū)上，更有利于給足課堂上學(xué)生們思考的時(shí)間。以往的常規(guī)課堂將重要的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容、公式及推導(dǎo)以課件播放的形式一閃而過(guò)，既沒(méi)有在學(xué)生們的腦海中留下太深刻的印象，同時(shí)還加深了學(xué)生們對(duì)于內(nèi)容較為枯燥的原子物理學(xué)學(xué)習(xí)的厭倦心理。通過(guò)漫畫(huà)描述近代物理學(xué)家的人物軼事配合課堂上生動(dòng)的講解，讓學(xué)生仿佛穿越時(shí)空，近距離體會(huì)到當(dāng)年物理學(xué)家們對(duì)于新理論的不懈探索，體會(huì)到中國(guó)物理學(xué)家們的家國(guó)情懷。在原子結(jié)構(gòu)的教學(xué)中穿插原子物理歷史事件，引導(dǎo)學(xué)生探求真理，培養(yǎng)學(xué)生報(bào)效祖國(guó)的愛(ài)國(guó)情懷。原子物理學(xué)知識(shí)論點(diǎn)的背后是眾多物理學(xué)家們經(jīng)過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)，參與討論并爭(zhēng)論而得出符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理論。鼓勵(lì)學(xué)生“實(shí)踐出真知”，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

教師可以圍繞物理學(xué)家們的觀點(diǎn)組織學(xué)生討論近代物理學(xué)新理論知識(shí)的誕生過(guò)程。例如，在提出“電子自旋”這一觀點(diǎn)之后，兩位年輕的學(xué)生烏倫貝克與古德斯密特面臨權(quán)威們（洛倫茲和泡利）的否定作出了怎樣的思考。這里可以引導(dǎo)學(xué)生們?cè)谡n堂上進(jìn)行角色扮演，這也是課堂知識(shí)的一種新穎的多元化考核方式。鼓勵(lì)學(xué)生積極參與討論當(dāng)中，以小組為單位，分別對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)所涉及的物理學(xué)家們進(jìn)行角色扮演。扮演同一個(gè)角色的小組在課下可以認(rèn)真揣摩這一角色所思考的問(wèn)題，站在該物理學(xué)家的角度更容易深刻地思考教材中所提出的每一個(gè)觀點(diǎn)。例如，“烏倫貝克”扮演組可以對(duì)電子自旋的提出有更加深刻的了解，“洛倫茲”扮演組則要站在經(jīng)典物理學(xué)的角度去否定“烏倫貝克”的觀點(diǎn)，這涉及“經(jīng)典物理視角下電子自旋會(huì)得出超光速結(jié)論”的計(jì)算（教材上的思考題），讓學(xué)生們?cè)谟淇斓恼n堂氛圍中增長(zhǎng)知識(shí)。通過(guò)課堂上的“角色扮演”，師生共同進(jìn)行討論互動(dòng)，更有利于學(xué)生對(duì)教材知識(shí)的深入理解和掌握[3]。在這樣輕松的學(xué)習(xí)氛圍之中，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的能力，真正做到以學(xué)生為主體，鼓勵(lì)學(xué)生自主發(fā)表對(duì)待問(wèn)題的看法。

二? 漫畫(huà)輔助微觀結(jié)構(gòu)教學(xué)及課程思政元素挖掘

對(duì)于教材中的以原子結(jié)構(gòu)為中心講述的知識(shí)點(diǎn)，也同樣用漫畫(huà)展現(xiàn)出來(lái)。以漫畫(huà)形式將原子物理學(xué)知識(shí)點(diǎn)先以簡(jiǎn)要的科普形式讓學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容有所了解，激發(fā)起學(xué)生求知的熱情。將微觀結(jié)構(gòu)的粒子擬人化、形象化，豐富“擬人化的微觀粒子”的表情，讓學(xué)生在輕松瀏覽漫畫(huà)的過(guò)程中掌握微觀體系的知識(shí)。這一教學(xué)方法是比較新穎的教學(xué)改革方式。類比宏觀世界，將微觀粒子進(jìn)行擬人化出現(xiàn)在漫畫(huà)當(dāng)中，更有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在充滿趣味的學(xué)習(xí)中掌握高校教學(xué)大綱中要求的知識(shí)點(diǎn)[4]。以“隧穿效應(yīng)”為例，結(jié)合《聊齋志異》中的“嶗山道士”繪制漫畫(huà)，將微觀粒子擬人成為“道士”的形象做穿墻的動(dòng)作，如圖4所示，而結(jié)果正如《聊齋志異》中形容的那樣，道士有時(shí)能穿墻而過(guò)，而有時(shí)候卻被擋了回來(lái)，這正可以形容“隧穿效應(yīng)”的概率事件。隧穿效應(yīng)攜帶了“穿越”時(shí)空的神秘性，能成功激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合電影中的穿越橋段，給學(xué)生們講解為什么人作為宏觀個(gè)體，“穿越”的概率為零。在微觀的量子世界，量子發(fā)生“隧穿效應(yīng)”這件事已經(jīng)被證實(shí)，當(dāng)今科技利用量子傳遞信息技術(shù)也日漸完善，利用量子進(jìn)行保密工作的信息傳送技術(shù)逐步成熟。這些前沿科技能夠激發(fā)起學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)報(bào)效祖國(guó)的愛(ài)國(guó)情懷。

在“原子核反應(yīng)”這一章節(jié)中，作為原子核物理這門課程的縮影，學(xué)生的學(xué)習(xí)難度增加了。核反應(yīng)作為難點(diǎn)內(nèi)容利用漫畫(huà)輔助學(xué)生理解。利用將微觀粒子擬人的形象將核反應(yīng)的主要知識(shí)點(diǎn)展示出來(lái)，如圖5所示。圖5描述的是在轟擊粒子作用下核反應(yīng)的發(fā)生，轟擊粒子和原子核都以卡通人物的形式出現(xiàn)，轟擊粒子則是作為“普通核素”的對(duì)手存在。如圖5所示，轟擊粒子能量不同，所展示出的形象也不一樣，低能轟擊粒子（<100 MeV）長(zhǎng)相比較嬌小，與核素相撞觸發(fā)的是低能核反應(yīng)；中能轟擊粒子（100 MeV～1 GeV）與核相互作用觸發(fā)中能核反應(yīng)；高能轟擊粒子（>1 GeV）則是壯士的形象，轟擊核素觸發(fā)的是高能核反應(yīng)。挖掘其中蘊(yùn)含的思政教育元素[5]，以轟擊粒子為例，教育學(xué)生要不斷積累自身學(xué)識(shí)，如轟擊粒子蘊(yùn)含能量越高觸發(fā)的核反應(yīng)越劇烈，學(xué)生們自身修養(yǎng)和學(xué)識(shí)積累得越豐富，在今后越能從容自如地處理生活和工作中的事情。利用卡通擬人化的形象將原子核內(nèi)部發(fā)生的反應(yīng)直觀地表達(dá)出來(lái)，將教材上的知識(shí)內(nèi)容以漫畫(huà)故事的方式呈現(xiàn)出來(lái)，將比較復(fù)雜而晦澀難懂的原子核問(wèn)題以漫畫(huà)的擬人形象來(lái)呈現(xiàn)，深入淺出。這種以漫畫(huà)輔助原子物理學(xué)的講解代替原本的“填鴨式”教學(xué)方法，既符合楊福家教材內(nèi)容要求的原子物理學(xué)主張“既講清楚，又不講清楚”“言猶未盡”的講授方法[2]，激發(fā)起學(xué)生對(duì)于微觀物理的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)又緊跟當(dāng)代最前沿的原子核能科技問(wèn)題來(lái)更替教材中具有年代感的科技知識(shí)。與學(xué)生們共同討論，活躍課堂氣氛，增加師生互動(dòng)機(jī)會(huì)。這種以漫畫(huà)為載體，傳遞原子物理學(xué)教學(xué)知識(shí)的方式無(wú)疑比傳統(tǒng)課堂“灌輸式”枯燥的教學(xué)方式更能激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。將宏觀看不到的微觀世界形象地展現(xiàn)在學(xué)生們面前，授課內(nèi)容生動(dòng)形象化讓學(xué)生更容易接受這門比較難懂的課程內(nèi)容。引導(dǎo)學(xué)生將自己想象成微觀世界的粒子，拋開(kāi)經(jīng)典理論，用量子理論的視角看待微觀世界的運(yùn)動(dòng)，有助于學(xué)生抽象思維能力的形成與提高[6]，為量子力學(xué)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)問(wèn)題的研究探索精神。

三? 結(jié)束語(yǔ)

教育的主體是學(xué)生，教書(shū)育人的本質(zhì)任務(wù)是喚醒學(xué)生的思維和鼓勵(lì)學(xué)生成長(zhǎng)。對(duì)于原子物理學(xué)這門課程，主要培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力。通過(guò)漫畫(huà)輔助描述原子物理學(xué)教材中的內(nèi)容，同時(shí)對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改革創(chuàng)新，深入挖掘原子物理學(xué)這門專業(yè)課程中蘊(yùn)含的思政元素，為國(guó)家培養(yǎng)更多具有家國(guó)情懷和工匠精神的創(chuàng)新型人才，是筆者根據(jù)原子物理學(xué)教學(xué)過(guò)程中的教育心得，讓學(xué)生主動(dòng)求知，熱愛(ài)探索是專業(yè)課程教學(xué)的初衷。大學(xué)教學(xué)成功的標(biāo)志之一是鼓勵(lì)學(xué)生積極思考問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生自主運(yùn)用知識(shí)的才能。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)任重而道遠(yuǎn)，教師應(yīng)以教書(shū)育人為己任，認(rèn)真對(duì)待教學(xué)，不斷打磨教學(xué)設(shè)計(jì)方案，努力成為傳道授業(yè)解惑的良師。

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