物理学史融入“大学物理”课程思政的路径研究

吴涛 刘阳 王世芳

摘  要：物理学史融入“大学物理”课程进行教学，对培养学生科学素养、促进课程思政建设有着不可替代的地位。文章从引入物理学史辅助“大学物理”课程教学与思政的重要性、方法与途径、教学设计实例与思路三个方面进行了论述，教学实践表明，在大学物理教学中适当地、选择性地融入物理学史，能够激发学生学习兴趣，提高学生科学素养与思想政治素质。

关键词：大学物理;物理学史;课程思政;科学素养

中图分类号：G641    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2021）40-0097-03

“大学物理”作为一门通识性课程，是普通高校理工科学生重要的、传统的必修公共基础课，在大学生科学素质的培养中具有重要地位，担负着新时代合格人才培养的重要任务。在现代信息技术高速发展的背景下，各高等院校根据本校的具体实际情况进行了大量的大学物理教学模式的探索与改革^[1-5]，对贯彻执行教育部全面提升本科教育教学水平，“以生为本”和“四个回归”重要指示提供了重要支撑。党的十八大以来，党中央高度重视高校思想政治教育工作，在非物理类的理工科专业的大学物理课程中有机地引入物理学史的相关教学内容，是开展课程思政的重要抓手，对培养学生爱国主义情怀和科学素养具有重要作用。

一、引入物理学史辅助“大学物理”课程教学与思政的重要性

（一）物理学史激发学生学习兴趣，辅助物理概念的理解

兴趣是最好的老师，学生良好的自觉性和积极主动性源自兴趣和自身的内驱力。学生学习物理的兴趣不仅源于对各种物理现象的好奇和探索未知领域的期待，物理学史的引入也是一种引起学生学习兴趣的有效手段。首先，教师可以从物理学人物着手介绍物理学史，例如在讲授牛顿力学时，可以对物理学史上公认的神级人物的传奇一生进行介绍;讲授电磁学时可以对电磁理论的集大成者麦克斯韦进行介绍;讲授相对论时则可以引入爱因斯坦的传奇经历;讲授量子力学时，可以重点介绍的物理学人物就更多了，如薛定谔、泡利、狄拉克等。这些人物可讲的事例很多，教师应尽可能精心地挑选具有代表性和传奇性的经历进行介绍，这样可以较快地激起学生的学习兴趣，集中学生注意力。物理学概念多、公式多、內容抽象，在教学中教师可以通过挖掘物理概念和公式背后的故事，使学生对所学知识的内涵和外延有更加深入的理解，例如讲授光学仪器的分辨本领的公式时，可以介绍现代射电望远，如贵州的中国天眼口径大小，可以把天眼想象成一口大锅装上茅台酒，够全世界每人喝四斤，这种类比介绍可让学生印象深刻。物理学史是一个巨大的宝库，需要充分挖掘相关内容以激发学生学习兴趣，帮助学生升华所学物理知识。

（二）物理学史培养爱国主义情怀和科学探索精神

中国在古典物理学和古代科学技术方面曾经领先世界长达几个世纪，如《墨经》《论衡》《庄子》《梦溪笔谈》等古籍充满自然科学知识和思维规律的研究，四大发明闻名于世。在教学中通过对中国古代物理学史料的讲述，能够增强学生的民族自豪感和自信心，激发学生的爱国热情。近代物理诞生在西方，有非常古老和深刻的原因，而从近代中国物理学人一代代奋斗与拼搏的历史，从早期的格物致理到后来科技兴国，从一穷二白基础上的积累与追赶，到新时代的伟大复兴与中国梦，无不彰显中国物理学人的奉献与担当。教学中，教师可以讲述中国杰出物理学家的伟大事迹，学习老一辈物理学家为国为民的爱国情怀与培养后辈的无私奉献精神，从而坚定学生科技报国的理想信念。在物理学史的长河中，许多科学家为寻求真理百折不挠，甚至献出了生命。很多科学家的名字如雷贯耳，如伽利略、爱迪生、诺贝尔、居里夫人、法拉第等，他们顽强的意志与科学探索精神是课程思政的永恒内容。

（三）物理学史培养学生的创新能力

物理学的发展历程可以说是物理基本观念的演变历史，而物理观念的演变是建立在非常规逻辑思考上的。物理学史为学生提供了一套独辟蹊径、开展非常规思维逻辑培养的有效途径。通过对一些突破常规思维、不走常规路的物理观念的演变历史的介绍，学生可在大学物理的教学中树立创造性思维的思想，培养判断力、洞察力和想象力。例如，洛伦兹实际上早于爱因斯坦提出洛伦兹变换公式，但是洛伦兹缺乏非常规、非逻辑想象力，太拘泥和纠缠于已有的概念，无法突破观念上的障碍。但是，爱因斯坦却能够另辟蹊径，提出了对时空观念的重新认识，建立了狭义相对论。通过物理学史上爱因斯坦和洛伦兹对待同一个公式理解的对比，培养学生的非常规思维能力和创新精神。还有伽利略质疑亚里士多德的“力是物理产生运动的原因”的观点，从而建立起正确的力和运动之间关系的观点，成为现代物理学之父。物理学史料蕴含着非常多的创新教育素材，教师可通过挖掘相关史料，引导大学生产生创新的动机，树立创新目标，并发挥自身的创新潜力。

二、物理学史与“大学物理”课程思政融合的方法和途径

（一）物理学史资料收集与制作

物理学史资料可以说浩如烟海，需要平时的大量积累和收集，需要的时候才能信手拈来，应用起来得心应手。“大学物理”课程内容包含力、热、光、电和近代物理几大模块。教师可按照各个模块来搜集相关物理学史资料，选择重点收集国内近代物理学家的视频和文字资料，这些资料可能来自网站介绍、期刊论文和新闻报道等，通过对人物和事迹的介绍，对学生进行爱国主义教育，如吴有训、钱学森、吴健雄、杨振宁等。此外，还要注重收集中国现代科技发展的相关资料，特别是一些大科学装置，例如天眼、上海同步回旋加速器、兰州重离子加速器、东莞散裂中子源等等，在大学物理教学中引入这些现代科技与中国的大科学装置，可以建立学生大国自豪感和民族自豪感，从而进行爱国主义熏陶。此外，一些物理学史上重大发现和著名争论的史料也是培养学生科学素养的重要素材，通过这些重大发现和争论的背后故事，不仅能吸引学生的兴趣，还能培养学生追求真理、培养科学素质的精神与品质。

（二）物理学史资料推送共享

随着现代信息与互联网技术的发展，各种互联网终端设备和手段已经深度融入大学校园，如慕课、手机QQ、微信、各种教学平臺的应用程序等等。教师应充分利用这些第二课堂，通过此类互联网手段提供的时空便利开展教学活动，实现线上线下的优势互补。教师在教学中可以借助微信公众号、博客、在线教学平台等共享物理学史料，将物理学史有机融入大学物理的教学中。鉴于微信几乎是每个大学生经常使用的手机应用软件，在教学实践中，教师可通过微信公众号向学生实时推送相关自制物理学史料，便于学生随时随地查看和学习。同时还利用公众号的外部链接功能，筛选网络上优秀的物理学史文章和视频，分享给学生，配合物理学史融入大学物理教学的实践探索。

（三）授课过程中穿插物理学史料

课堂上穿插物理学史料，需要对不同的章节精心设计，准确掌握时间节点和时机，真正起到活跃课堂氛围，感染学生树立爱国主义情怀和培养学生科学素养的效果。“大学物理”课堂上这样的案例有很多，比如教师在讲到带电粒子在电磁场中的运动部分的时候，国际上有很多大科学装置大显神威，例如欧洲的强子对撞机，发现了黑格斯粒子，解释了质量的起源，对人类认识宇宙起到了巨大的推动作用。我国也有北京正负电子对撞机、上海同步辐射光源和重离子加速器等国之重器，在国际上也占有重要地位，通过介绍这些大科学装置，实现了物理学上的重大发现，由此激发学生探索未知的兴趣，并认识到当今中国是为数不多的拥有这些大科学装置的国家，激发学生的民族自豪感和自信心。在讲解狭义相对论的时候，对于爱因斯坦质能方程的应用，教师可引入我国老一辈“两弹一星”科学家的艰苦奋斗历史，让学生真正认识到“两弹一星”的丰功伟业，学习他们敢于战胜一切艰难险阻，勇攀科技高峰的精神。

（四）课后学生撰写小论文

物理学史是人类在物理学领域认识自然、改造自然，获取知识的历史纪录。物理学史也是物理问题的解决史，在教学中要让学生融入探索、解决问题的氛围之中。小论文写作是培养学生综合应用所学知识开展创造性思维和能力训练的教学过程，教师应鼓励学生较为灵活和自由地进行调研，创造性地开展总结工作。在“大学物理”课程期末的时候，要求学生结合自己的专业，对感兴趣的内容查阅物理史料，完成一篇关于物理学史的小论文，并计入平时成绩。学生通过小论文的撰写，增强了学习物理的兴趣，开阔了科学探究的视野，体会到了物理学家追求真理的品质和探索未知的科学精神。

三、融合物理学史“大学物理”课堂教学与思政的教学设计思路

在“大学物理”课程教学中融入物理学史的教学重在一个“融”字，要采取固定性和灵活性相结合的方法，固定性是指在每一个教学节点融入课堂的物理学史内容要相对固定，但在实际讲授中还应根据学生的课堂反馈灵活调整，例如在学生比较困乏的时候就可以适当加入相关内容，引起学生的学习兴趣。在某个重要物理概念的讲授时，当学生觉得比较抽象和难以理解的时候，可以适当加入物理史料，帮助学生理解和掌握相关概念。

教学设计思路如下：首先，教师要进行学情分析，准备好教学资料，调查学生对哪些物理学史料会比较感兴趣，同时教师要非常熟悉物理学史料的内容，一切从学生实际出发。课前，教师首先要从物理学史料中挖掘好思政元素，结合大学物理教学的特点，找准切入点和发力点，要思考通过该物理学史的讲述可以培养学生什么样的能力，树立什么样的观点。这些观点和能力可能包括辩证思维能力、创新精神、爱国情怀、人生哲理、道德品质等。其次，还可让学生利用微信公众号和课程线上的物理学史资料进行预习，完成预习题目和了解思政素材。课中，教师可采用演示实验、问题驱动和互动讨论等方式讲解物理内容，根据不同的讲授内容可以设计在新课导入的时候引入物理学史，例如学习角动量的时候，可以讲述开普勒的生平事例，虽然开普勒童年患上天花，视力衰弱，双手残疾，但是对天文学的研究矢志不渝，被誉为“天空的立法者”，然后对开普勒行星运动三定律进行介绍，提出通过本节角动量的学习如何推导出开普勒行星运动三定律。根据授课的实际情况，教师还可以组织学生观看相关纪录片，例如近代中国杰出物理学科学家的伟大事迹或者宣传介绍我国大科学装置的一些简短视频资料。课后，在一些物理知识和内容讲授完成之后，教师可补充一些物理学史的资料，让学生能够温故而知新。例如近代物理这一模块，物理学史的案例非常丰富，而物理概念有非常抽象、难以理解，且和人们日常经验往往背道而驰，这些基本观点的形成都有大量的物理史料支撑，是很多物理大师从实验、哲学和数学等不同的角度，不断思考而形成的，这些物理史资料都是对物理课堂学习的必要补充，对升华学生对物理概念和图像的认知起到重要作用。

四、结语

物理学史沉淀了人类历史上宝贵的智慧结晶、光辉的科学方法、科学思想与科学精神以及丰富的人文内涵。在大学物理课程的教学中融入物理学史开展科学素质培养和思想政治教育是符合学生认知规律的，也是符合国家全新的教育理念的。同时，教师也要认识到，大学物理课程体系和知识的讲授是主体，应当有“授人以渔，知其所获”的意识，物理学史引入教学一定要坚持适当、适度的原则，这样才能有效地发挥课程思政的教育功能。

基金项目：“基于Jupyter Lab/Notebook平台大学物理可视化‘新工科教学模式的改革与实践教学”武汉工程大学教学研究项目资助;“物理学与人类文明”武汉工程大学课程思政项目资助;湖北省一流大学物理线上本科课程资助。

作者简介：吴涛（1980—），男，博士，武汉工程大学数理学院副教授，研究方向：大学物理教育、非线性物理与等离子体物理;刘阳（1975—），男，博士，武汉工程大学数理学院教研室主任，副教授，研究方向：物理学与物理教育;王世芳（1978—），女，博士，湖北第二师范学院物理与机电工程学院教授，研究方向：非线性物理学。

参考文献：

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（责任编辑：陈华康）