大学物理实验课程融入思政内容的研究

2021-10-25杨则金

科技视界 2021年28期

杨则金

（浙江工业大学理学院，国家级物理实验教学示范中心，浙江杭州310023）

0 引言

高等院校课堂教学融入课程思政内容是当前的一个重要工作[1]，高等教育阶段学生的心智发育尚未完全成熟，此阶段恰逢学生集中学习时期，因此确有必要融入社会主义核心价值观等思想和关心国家大事等政治内容，形成热爱祖国、热爱共产党的优良品德，树立为人类文明和社会进步而努力学习的目标。大学物理实验课程是理工科专业学生的必修课，浙江工业大学约有三分之二的本科生来源于本省，在近些年高考选考物理的方案下选考物理的学生数量大幅度下降[2]，上好大学物理实验课难度增大[3]，大学教师不得不补齐学生本应中学阶段学会的物理知识，而且还要讲授大学阶段应掌握的基础知识，因此教学过程融入思政内容课时紧张，物理实验课程融入思政内容无疑比理论课程难度更大，任课教师在讲解完实验理论和原理后还要手把手指导一个班30人动手操作测量，工作量无疑翻了数倍。由于教书育人是一个润物无声的过程，因此本文基于教学研究的实践重新梳理了教学方案和内容，以适应立德树人的新的教学大纲要求。

1 物理实验课程中所蕴含的思政内容

1．1 美学思想

物理实验课程应该更多融入其自身学科特色和属性的思想，物理学是自然科学的基础，其原理和理论均来源于实验，因此需要学生领悟实验课程的重要性，必须从思想上重视物理实验，在这样的思想指导下，学生必然就认真完成每次实验课，无形之中就潜移默化地改变了学生的认知。弱相互作用下宇称不守恒的实验恰如断臂维纳斯，犹如物理学晴朗的天空出现的白云，点缀了物理学的天空。在牛顿环和迈克尔逊干涉仪实验中形成的圆形条纹是物理美的集中体现，展示了物理科学固有属性的美学形式。物理学的美学特性体现在其运动行为上，如雨后的彩虹和落日的晚霞，均是瞬态的画面，其原理隐藏在这些美丽画面的深处，能够欣赏物理学的美的人必具有与众不同的文化水平，因此是一种特殊的高贵美，不是人人都具有欣赏的眼光。这样无形之中就培养了学生高雅的艺术品位和审美情趣，提高了其内在的科学气质。狄拉克方程和海森堡方程简洁优美，如出水芙蓉、亭亭玉立、一尘不染、叹为观止。诺贝尔将其一生的财富全部捐给对人类文明与进步做出杰出贡献的人才，体现了其人格魅力的美丽光辉。分光计实验中的分立谱线就能启发学生如何透过现象看本质，启迪学生的智慧，体验物理现象美妙的同时更要体会到追本溯源的过程就是美的享受，必定能够找到柳暗花明又一村的感觉。牛顿运动定律和爱因斯坦质能方程，这些方程表现出了统一的思想，也表现了非常简约明了的美学思想。微观物体的波粒二象性行为，同样也具有优美的哲学思想，体现着矛盾的主次方面和相互依存的思想。在宇宙数不清的星球中哈勃望远镜迄今还未找到一个像地球这样适合生命存在的天体，地球是人类共同的家园。

1.2 坚持真理的思想

物理学可以培养学生很多优秀的品质，包括实事求是、坚持真理、不畏强权，这些都是正人君子所具备的品德思想。钱学森就是集众多优秀品质于一身的杰出代表，在美国威逼利诱等手段下仍然坚持至诚报国的崇高思想，科学无国籍，科学家有国籍，效忠于自己的祖国是天经地义的责任和义务。物理实验课程非常容易将众多学科属性的内容传授给学生，例如，实验测量的测不准关系就是很能体现辩证统一的哲学思想以及实事求是的精神，再将尽量测得准的思想联系起来，两者之间就体现了追求真理永无止境的思想。日心说与地心说的理论争议中，就很充分地体现了不畏强权的思想，真理面前人人平等。这就要求学生在实验中不能编造实验数据自欺欺人，做一个受教师尊敬的学生。

物理学是启迪人类智慧的实验师，是培养学生的创新精神的人生导师。在20世纪，物理学的博士往往称之为哲学博士，说明物理学人才也具有哲学知识。在密立根油滴实验中就可以使学生身临其境地体会到追本溯源的科学思想，教育学生要认清事物现象与本质的关系，外在与内在的关系，内因决定外因的实质，物理实验课程容易将以上朴素的辩证思想传授到学生的心智中。转动惯量实验中质点和质心的概念就是要求学生擅于运用化繁为简的哲学思想。累积放大法以及对称测量法等测量都蕴含着测不准以及如何想方设法测得准的哲学思想。

1.3 政治因素

物理学研究的是不以人的意志为转移的客观事实，而政治学则反映的是人的思想活动和意识形态，是主观的认识。在物理学活动中可能会掺杂进来一些非物理学的内容。很多人学术造假晋升院士的现象屡见不鲜，学而优则仕的思想浓厚，有辱院士称号。教师可将物理学家的人生信念融入祖国的命运中进而成就自我的事迹感染学生，我国在研制核武器时条件极其艰苦，郭永怀乘坐的飞机临近降落时突然失控，但是其与警卫等随从人员仅仅拥抱，乃至飞机残骸着火燃烧都没有将资料烧毁，体现了其高度的政治责任心和政治素养。人类需要利用物理学的发展带来的便利，例如，我国已经实现了可控核聚变反应。很多科学家也呼吁要和平利用核能。物理学里面同样包含着政治学[4]。钱学森视美国的高官厚禄如粪土也从另外一个侧面反映出美国对科技人才的重视。我国在研发出来新冠肺炎疫苗以后就大量支援其他国家抗疫，体现了大国担当。屠呦呦的疟疾药方更是根治了人类的疾病。袁隆平研制的水稻高产技术解决了人类的粮食危机。反观西方国家一直对我国采取各种技术封锁，反而使我国科技水平实现了更快的发展和进步。二战期间很多欧洲的科学家反对战争迫不得已逃命到美国，美国因此快速的积累了科技实力。由此可见科学与政治有着千丝万缕的联系。因此学校要教育学生向周恩来学习，为中华之崛起而读书，而不是为移民到美国去而读书。

1.4 文学艺术思想

物理学中包含着数学、哲学、政治学等多个学科，这些思维活动相互交织与纠缠，最终决定了思维主体的行为。高校的教育确实已经到了需要提高学生政治思想的关键时期。歌德在光学领域有较高的建树，这为其文学创作提供了思想的洞察力，学会了认识人的本来面目。只有培养文理兼修的学生才能将爱国之志与报国之情融入祖国现代化建设的伟大征程中去。很多物理学家极其热爱文学艺术，就是将物体的运动规律升华到文艺境界，例如，守恒定律就说明了变化与永恒的关系，这正如人际交往要守信与尊重事实的关系。在迈克尔逊干涉仪的实验测量中，着重讲解该仪器的艰难研制过程和对科学发展的巨大贡献，自然就唤醒了思想迷茫的学生的学习兴趣，使其由懵懂的、得过且过的自我意识升华到精益求精、不畏艰辛的新的境界，因而达到了教书育人的效果，该仪器的读数装置与游标卡尺和螺旋测微器的思想一致，是触类旁通的精密测量技巧，因而就将实验室内其他光学仪器的读数装置就统一起来了。该仪器本身就是一件精美的艺术品，包含着科学智慧。仪器的制作过程体现了迈克尔逊的矢志不渝的精神，其科学故事永远的激励着学生要不断地超越自我。如果学生养成了贪图名利的思想，那么势必背离了为人民服务的宗旨。

机械振动驻波的形成与李莎茹图形的合成测量具有一定的相似性，这些实验教育学生宇宙万物不是没有规则的随机运动，是互相制约、相互联系的对立与统一的整体，正如人际交往需要一定的公序良俗一样，要有包容的胸怀。《牡丹亭》的作者汤显祖就是屡次进谏反而受到迫害，当远大抱负与脚踏实地无法融合之时，随即就将精力转移到寄托其家人的哀思之中，当其写到“赏春香还是你旧罗裙”一时难以抑制其内心的悲痛之情，痛哭流涕，这其实也是其家国情怀的一个集中体现，表现了其忧国忧民的至情的感受。陀螺仪的实验就体现了万变不离其宗的哲学思想，也蕴含着一定的处世哲学，例如，人与自然和谐发展是永恒不变的主题。曹雪芹本人没有经历家族由盛到衰的巨大转变和奇苦、至郁的人生经历，是很难写出一部经典巨著《红楼梦》来的。此时人们就不由得传授给了学生文化自信的先进思想，体会到没有轻而易举的成功。《红楼梦》的艺术价值早已超出了文学范畴，其体现的思政元素很多，例如，探春理家就说明家和万事兴的道理，教育学生要善于协作，集体攻关大的科学工程。

1.5 塑造学生热爱祖国的价值品质

祝融号火星车的智能着陆、载人航天飞行器的成功发射、FAST天眼的成功建造等鼓舞人心，通过观看视频资料教育学生要有甘当铺路石的决心和心怀大我的忠心。学好物理实验是走向成功的唯一捷径。青年是祖国的未来，需要勇于承担责任，拥有家国情怀。课程思政的最好教育方式就是切实解决学生的学习和生活等方面的困难，饱暖思学政。辅导员通过调查学生饭卡的消费情况等可以有针对性的发放助学金，任课教师通过学生的学习成绩可以及时的发现暂时落伍的学生，班主任通过学生是否经常参加集体活动可以知道学生是否存在性格等方面的自卑心理和极端思想等问题，切实的做到了如何培养人才的问题。

大学物理实验可以有效地实施挫折教育，培养学生的自信心和意志力。很多实验就很考验学生的耐心和专注力，因为很多物理实验往往是反复试错后才能够全面的掌握，不断的培养学生的成功体验，引领学生自发地完成物理实验。在分光计的实验测量中，通过提前告诉学生实验的现象，加之分步讲解的策略，学生如果具有耐心并且时间充裕，是可以独立完成的。牛顿环、迈克尔逊干涉仪等典型的光学实验都可以在结论的引导下独立完成。结合这些光学实验，阐述新能源领域的发展趋势，尤其是光伏行业核心技术的突破，引导学生学好物理，做一个对社会有用的人，由此就完成了对学生立德树人的培养工作，也就回答了为谁培养人才的问题。教学中引入我国光学专家王大珩的骄人贡献激励学生。再根据光的传播特性，适时引出获得诺贝尔奖的引力波等前沿课题，增加学好物理学的兴趣，为党育人，为国育才。

实验教学要重点讲解我国物理学家的政治抱负，侧重弘扬他们的一丝不苟、无私奉献、隐姓埋名、淡泊名利、坚持不懈、开拓创新的精神、品德、事迹，大力宣传爱国主义教育，激发学生的爱国情怀、培养学生的奉献精神、塑造学生的科学素养。有国才有家，要时刻教育青年学生的家国意识。二战日本战败后，日本首相仍然参拜靖国神社，企图颠覆侵略的事实，篡改学生教材。当代学生们已很难体会到饥寒交迫，乃至路有冻死骨的苦日子了，如果不及时地进行素质教育，势必造成学生素质松散缺乏奋进的精神。学校也要让大学生定期举行升国旗、唱国歌等仪式，接受更加直观的爱国主义教育。信念的力量是巨大的，没有信念的人如同行尸走肉。核弹与氢弹等尖端科技成果均是我国科学家自主研发，消灭了西方列强始终想要打压我国的野心。华为等公司研制的现代5G等先进设备再次受到西方列强的封锁，而我国急需的芯片等核心元件受到西方国家的禁售，中兴通讯等公司曾经受到美国无理的巨额罚款，这些都培养了学生的危机意识、安全意识。中科大要求全校学生至少要坚持做三年物理实验的培养方法充分体现了物理实验课程的重要性。

物理实验仪器是物理原理、定律的载体，也是物理学家科学精神的象征，传播着物理学特有的文化，是直观的教学素材，具有不可替代的教学效果。通过物理实验的操作训练，可以为学生创造身临其境的物理环境，体验科学家科学活动的独特过程和走进科学家的心理世界。举例说明国产的C919飞机、高速列车等，说明只要坚持创新，发挥自身的制度优势，必然能够做出优于西方的技术和仪器设备，学生们也必然能够做到制度自信。尖端仪器是集科学原理、精密加工、先进制造等多个方面于一身的综合体，学习过程也是领悟科学思想和创新精神的过程，也就将人才培养、科学研究与社会服务以及文化传承等先进的教学目标融入课堂教学环节当中，培养了又红又专的高素质人才。同时也实现了由知识到能力再到创新的转变，培养了学生过硬的本领、塑造了学生的职业操守。

鼓励学生努力学习，将论文与专利写在祖国大地上。汽车行业的产业趋势就是智能驾驶，由计算机软硬件实施操控，那么此时必然涉及传感器等仪器。测量固体导热系数的实验就使用了传感器技术，就可以培养学生学以致用的探索精神，通过学习有限的知识，产生无限的能力，由此就非常巧妙的回答了为谁培养人才的问题，也融入了立德树人的教学内涵，充分地体现了新时代社会主义核心价值观念的主体思想。每一次科技革命都极大地推动了社会生产力的进步，虽然人类的文明史仅有数百年，但已经取得了巨大的成就，此是全世界人民竞争与协作、对立与统一的必然结果。

1.6 客观的思政载体

课程思政要做到如盐入味和隐性教育的有机统一，协同育人。西汉戴圣《礼记·文王世子》：师也者，教之以事而喻诸德也。教师在教学生“谋事之才”的同时，更要传授学生“立世之德”。在物理实验中以喻为教，使抽象的理论转化为具体可感的仪器实物，用实践启发学生思索，更好地进行道德教育。我国半年前构建了76个光子100个模式的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解，增强了学生的自豪感和成就感，培养了学生的责任担当和使命感，传授了工匠精神，也回答了培养什么人才的根本问题。

将物理文化、批判思维、理论联系实际的能力全面融合在物理实验的课堂教学过程中，培养学生养成自主学习以及终身学习的习惯，这些思政资源不但可以教会学生做人做事的基本道理，还可以培养学生的人文情怀和文化品位，达到基础通识课的教学目标，为实现“三个面向”的目标而努力，也达到“四有好教师”以及“四个引路人”等的基本要求。学好基础课，可以夯实学业基础，达到适应交叉新兴学科发展的要求，也就自然有了用武之地。教师要将粉笔头子和笔杆子掌握在自己手里，确保学生的政治素质过硬、思想意识形态过关。

物理实验课程可将通识教育的方法论和价值观融入教学中。牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原理》介绍了物体运动普遍遵循的万有引力定律和三大运动定律。这个理论成果势必启发了1912—1914年间波尔、弗朗克、赫兹等几人从事的原子结构的科学实验。由此可以体会到站在巨人的肩膀上的重要性以及持之以恒的重要性，这正如屠呦呦从中医药古籍书中寻找思路的道理一样，要善于挖掘和提炼实验数据背后隐藏的普适规律，总结出适用于学科特色的方法，走有学科特色的科学研究之路，不忘历史，从失败和成功中学习，要坚持唯物主义的辩证思想，也就是要坚持科学文化自信。培养学生的合作精神比实验本身还要重要。李政道与杨振宁合作研究获得诺贝尔奖以后从此决裂的故事令人惋惜。迈特纳（Lise Meitner，1878—1968年）解释了哈恩（Otto Hahn，1879—1968年）的实验现象助其单独获得了诺贝尔化学奖，两人合作了一辈子，然而哈恩在获奖后只是说迈特纳是他的一个助手。迈特纳与哈恩的化学教育背景相得益彰，共同发现和解释清楚了核裂变的现象，开创了原子能时代。