原子物理学课程思政素材的挖掘

何 娟，李京颍，余功方，刘程程

（阜阳师范大学物理与电子工程学院，安徽阜阳236037）

2018年9 月，习近平总书记在全国教育大会上指出“培养什么人，是教育的首要问题”。高等学校作为人才培养的重要基地，究竟培养什么人、怎样培养人、为谁培养人是新时代新形势下教育的核心要义。如何培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人？习近平总书记强调要在“坚定理想信念、厚植爱国主义情怀、加强品德修养、增长知识见识、培养奋斗精神、增强综合素质”这6个方面下功夫[1]。课堂是学生获取知识的主要途径，也是实现教育目标的重要手段。长期以来，党和国家高度重视课程的育人作用。《国家教育事业发展“十三五”规划》中明确提出要全面落实立德树人根本任务，把思想政治工作贯穿教育教学全过程。科学制定不同年龄阶段和各级各类教育的德育工作目标，实现全员育人、全过程育人、全方位育人，深入挖掘课程教材的育人作用[2]。在全国高校思想政治工作会议上习近平总书记强调，“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”[3-4]。这是对“课程思政”的科学概括和集中阐述[5]。研究“课程思政”，是新时代下坚持中国特色社会主义教育发展道路，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人的迫切需求，也是教育界在新形势下面临的新课题[6]。高校思想政治理论课是对大学生系统开展中国特色社会主义理论教育的显性课程，是学生树立正确的世界观、人生观、价值观，形成良好思想道德品质的关键[7-8]。而其他各门隐性课程，可以通过其思想政治教育资源，使之能自然而然地实现思政教育的功能，共同致力于提高学生的思想水平、政治觉悟、道德品质、文化素养。“课程思政”本质上就是立足课程作为学科专业发展的基础地位，从育人维度来关照课程价值，将学科资源、学术资源转化为育人资源，实现“知识传授”和“价值引领”有机统一[6,8]。由于专业课程具有内容丰富、学科内涵拓展性广等特点，因此挖掘专业课程中的思政元素，将思政教育融入到课程教学和改革的各环节、各方面，让专业课程肩负起立德树人的功能，让专业教师承担起立德树人的责任，更能够实现“三全育人”这个目标所蕴含的深刻内涵。本文以物理学类专业的必修课程“原子物理学”为例，研究该课程中开展思政教育的工作思路，分析与挖掘课程中某些知识点所蕴含的思政教育资源，并在此基础上探索物理学类专业课程思政的实践方法。

1 原子物理学课程简介

“原子物理学”是普通高等学校物理学类专业本科核心课程，是一门研究原子结构、运动规律及其相互作用并阐述其宏观性质的基础课程。它上承力学、热学、电磁学和光学，下启量子力学、固体物理，属于近代物理的范畴，是联系经典物理和近代量子物理的重要桥梁。通过本课程的学习，让学生建立正确的微观世界物理图像，理解用量子物理的概念处理微观世界的基本思想和方法。原子物理学是我校物理学（师范）和应用物理学专业的必修课程之一，对于培养学生掌握物理学科知识体系、运用学科知识解释物理现象的能力起着重要作用，同时也是进行正确世界观、人生观、价值观教育以及培养卓越科学精神和坚毅意志品质的极佳载体，因此要充分发挥该课程的思政功能，以服务于立德树人的根本任务。

2 原子物理学课程思政元素的挖掘

在物理学类专业课程的教学过程中，物理概念、物理规律以及相关计算公式始终作为授课内容的重要部分，然而有关课程的思政教育功能在课堂上体现不多。为适应新形势下课程教学改革的需求，我们以原子物理学课程为例，挖掘了该课程中蕴含的思政元素，将课程目标与立德树人目标紧密结合、思政元素与课程知识点互相契合，使知识传授、能力培养与价值塑造融会贯通，培养学生的科学态度和科学精神、创新意识和实践能力、爱国情怀和社会责任。我们在原子物理学课程中的一些探索和实践，希望能对物理学类的其他专业课程提供具体化的经验。

2.1 培养学生的科学态度和科学精神

原子物理学是研究物质微观结构的一门科学，从古代朴素原子概念的提出到建立在科学基础上的原子物理学科，其发展经历了从不完善到逐步完善的过程，也是物理学家对物质结构的实践、理论、再实践的认识过程。在课程教学中，我们适当将一些背景材料和物理学史引入教学，比如在课程的绪论部分，围绕着原子物理学的研究对象及定位、学科发展简史以及如何学好这门课程三个问题展开。在介绍原子物理学发展历程中，以科学家们对原子研究的历史主线来引导教学[9]，介绍物理问题产生的历史背景以及物理学家背后一些鲜为人知的原始想法、做法和独特的人格魅力，让学生了解科学家们在物理学相关研究方向发展的关键时期，迸发创新思维火花的过程，培养他们批判思考、实事求是、勇于创新的科学态度，同时也让他们理解原子物理学知识大厦的建成是无数科学家的研究成果和高尚人格的集中体现。比如，在原子结构的认识上，沿着科学家对原子研究的历史脉络，抓住学科发展的主线徐徐展开。真正科学意义上揭开近代物理序幕，是从1895年伦琴发现X射线、1896年贝克勒尔发现天然放射现象和1897年汤姆逊发现电子之后。汤姆逊提出原子的“葡萄干—枣糕”模型，但α粒子散射实验彻底否定了汤氏模型，导致卢瑟福核式结构模型的建立，然而卢氏模型不能很好地解释原子的稳定性、同一性和再生性，促使了玻尔理论一举成名，并且玻尔理论得到了氢原子、类氢离子光谱以及独立于光谱之外的弗兰克-赫兹实验的证实。之后，索末菲推广并修正了玻尔理论。随着光谱的精细结构、史特恩—盖拉赫等实验证实了电子自旋假设后，人们对原子的认识和理解也更加深刻和完善。通过物理学史的教育激发他们学习科学知识的热情，可以籍此引导和感染他们树立高远志向，历练敢于担当、求真务实的精神，鼓励他们养成积极向上、永不退缩的人生态度，激励他们在学习中要不懈奋斗、不畏艰险。

2.2 培养学生的创新意识和实践能力

物理学是在实践与理论相互推动下向前发展的,是从生产实践或科学实验到理论，再把理论用于生产或实验的反复过程，实验是科学的实践[10-11]。原子物理学是学生认识和研究微观领域的开始[12]，其建立和发展与近一百多年的近代物理实验的发现密不可分，从1901年该领域第一个诺贝尔物理奖授予X射线的发现者伦琴到2014年授予发明蓝色发光二极管的三位日籍和日裔科学家，前后共111个诺贝尔物理奖中至少有77项跟原子物理学的研究相关[13-14]。在课程教学中遵循着从实验事实出发，由现象到本质、从特殊到一般、由实验到理论的过程[15]。在教学实践中，我们挖掘了很多可以用于思政教育的素材，在探究科学方法中培养学生的创新意识和实践能力。

比如在讲授玻尔的氢原子理论建立的内容时，通过介绍经典理论在解释原子的稳定性和原子光谱是线状光谱时遇到的困难，为解决这些困难，玻尔大胆探索、勇于出新，创造性地提出了定态假设、跃迁假设以及角动量量子化假设，帮助学生建立起微观粒子量子化的特性，使学生受到创新意识和创新精神的熏陶，提高他们分析和解决问题的能力。在讲解原子核式结构建立这节内容时，我们通过问题导出汤姆逊的原子结构模型与卢瑟福的α 粒子散射实验事实不相符，引发学生认知冲突，进而让他们逐步理解如何由分析物理实验结果出发建立物理模型，到最终建立物理理论体系的过程，引导学生养成严谨、活跃、创新的思维方式和学习方法。在讲授史特恩和盖拉赫在1921年初次进行的实验，用玻尔理论解释银原子在磁场中的取向，理论和实验结果会有出入。要完全解释该实验，必须说明在1925年电子自旋假设提出之后，我们对原子的总磁矩有了完整认识，才可做出科学的阐释。在知识传授中让他们体验理论成熟完善的过程正是科学实践中感性认识上升到理性认识、理论再指导实践的科学过程。此外，我们还介绍了电子自旋假设的提出者是两位当时年仅25岁的荷兰大学生乌伦贝克和古德史密特，这无形中会极大地鼓舞学生的学习热情和树立积极乐观的人生态度。在讲授塞曼效应时，我们沿着概念、理论、实验、应用的思路层层展开教学。在定性解释塞曼效应的物理机制和定量计算分裂后谱线与原谱线的波数差之后，向学生介绍本专业开设近代物理实验课程中塞曼效应实验的相关内容，利用多媒体演示和实验视频，引导学生从实验原理、实验装置以及实验步骤等方面理解磁场中原子光谱线的分裂，同时也适时地进行实验课的安全和责任教育。我们还补充了利用塞曼效应可以测量电子的荷质比和天体磁场等方面的应用，这样既优化了教学内容、改善了教学结构，又培养了学生理论与实践相结合的科学思维。

2.3 培养学生的爱国情怀和社会责任

我们都知道近代物理学起源于西方，在原子物理学课程教学中，传授的知识几乎都是西方杰出物理学家的优秀成果，这自然会引发类似“李约瑟难题”和“钱学森之问”的思考，势必提醒专业课教师必须要承担起思政教育的责任。我们客观分析中国在近代科学上落后原因的同时，也激励学生将爱国情、强国志、报国行自觉融入建设社会主义现代化强国、实现中华民族伟大复兴的奋斗之中。类似的实例还有，在讲授原子核聚变和核能开发和利用这节内容时，我们在课堂上重点提及由我国科学家独立设计建造的世界首个全超导核聚变实验装置EAST；突出“热爱祖国、无私奉献、自力更生、艰苦奋斗、大力协同、勇于攀登”的“两弹一星”精神，让学生增强民族自豪感和自信心，始终铭记我国科学家邓稼先等的杰出贡献和不朽人格。引导他们将个人志向与国家重大需求相结合，从物理学科的新角度重新认识当下国情，增强爱国情怀，坚定个人的责任担当。值得一提的是，在作者所授课的物理学（师范）专业试点班级中，当讲授到索末菲的电子椭圆轨道与氢原子能量的相对论效应这节时，我们告诉学生索末菲最重要的学术成就是在玻尔的圆形轨道模型基础上，创造性地考虑了椭圆轨道以及电子运动的相对论效应事实，解释了拥有多个电子的原子的行为。它结合了经典物理学和普朗克量子理论的概念，是“旧量子理论”最重要的结果之一。然而鲜为人知的是，索末菲被称为物理学史上最伟大的教师之一。他曾被这样赞誉过“普朗克是权威，爱因斯坦是天才，索末菲是老师。”索末菲自己也承认，对自己教学活动的认可是他整个科学生涯中最快乐的事情之一[16]。他所指导的学生中，有七人获得了诺贝尔奖。其中的一位，著名的物理学家泡利，曾说过“您紧皱的眉头总是让我深感敬畏。自从1918年我第一次见到您以来，一个深藏的秘密无疑就是，为什么只有您能成功地让我感到敬畏。这个秘密毫无疑问是很多人都想从您那儿细细挖掘的，尤其是我后来的老板，包括玻尔先生。”在师范类专业课程中，融入类似的事例，无疑会春风化雨、润物无声，使学生受到潜移默化的熏陶和感染，实现课程目标与德育目标的融合统一。

3 结 语

新时代新形势下高校的物理学类专业课程已经不能仅仅定位于概念化、公式化的知识传授，而应要逐渐树立起知识传授与价值塑造紧密结合的教学理念，达到全面育人的目的。高校专业课教师要挖掘隐形课程的思政功能，通过适当的教学设计与教学方法，以“润物无声”的形式将正确的价值追求和理想信念有效传递给学生，让他们在认识自然世界的同时，人生观与价值观也得到合理地培养与塑造，探索出一条适合物理学类专业课程教学特点的“课程思政”新途径。