大学物理课程思政的教学实践——以黑体辐射为例

周 玲 成鸣飞 彭 菊

（南通大学，江苏 南通 226019）

近几年来，习近平总书记多次强调要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，[1]广大教师要做学生锤炼品格的引路人，做学生学习知识的引路人，做学生创新思维的引路人，做学生奉献祖国的引路人，[2]因此要实现全程、全方位育人的目标，就需要在加强思想政治工作的同时，发挥好其他课程的育人作用。

大学物理课程作为理工医类的基础必修课，课程思政在高校的人才培养体系中具有十分独特和重要的地位。在课程思政目标的指引下，许多高校都在积极进行大学物理课程思政的探索，对如何在哲学视域下领悟物理学科的核心素养，[3]以及如何发挥大学物理课程的育人功能[4]进行全面的阐释。大学物理素材真实自然，有助于学生在学好专业知识的同时，修炼自己的精神内核，开启智慧，启迪思想，感化心灵。大学物理的思政素材丰富多样，适合开展多主题的思政教育，有利于各种思政的核心价值根植于学生心田，外化于学生的实际行动。思政教学需要春风化雨、润物无声，学科知识与思政元素相结合只有不断雕琢才能越做越好。因此，本文旨在探索如何将思政元素自然地融入实际教学，真正将课程思政的目标落实在教学内容中。

一、总体思路和教学设计

两年前，我校组建了大学物理教学团队。通过大家的智慧，充分挖掘思政元素，形成新的教学设计。通过信息技术与教育教学的深度融合，新的教学设计已在2020年上半年新冠疫情期间线上教学、下半年线上线下相结合的教学中使用。经过反复实践，形成了课程思政的总体思路：以“知识传授、能力培养、价值引领”为导向，将马克思主义哲学思想、科学精神和理想信念融入课程教学中。通过提升课程的思想性、文化性和内涵性，使教学的过程成为引导学生学习知识、锤炼心志、涵养品行和培养能力的过程，帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观，坚定“四个自信”，增强使命担当，实现润物细无声的全方位育人功能。教学设计采用线上和线下混合式教学。线下课堂教学利用丰富多彩的思政元素，开展多主题的思政教育。具体从六个方面设计思政内容：物理学故事激发人生情怀；物理学思想引领世界观；物理学发展感受人类文明；物理学拓展塑造价值追求；物理学知识点燃思想火花；物理学素养构建科学精神。线上采用“慕课+课堂派”的模式。[5]利用慕课平台，在我校大学物理在线课程中实现课程思政。思政内容在讲解视频、拓展视频和互动讨论中都会涉及。讲课视频功能与线下课堂教学相同，增加的拓展视频（物理学家生平、物理科技、物理前沿等）进一步培养学生的思想道德情怀，互动讨论进一步培养学生正确的思维方法和价值观。利用课堂派网上直播授课的弹幕、在线答题功能，可以将思政元素和案例与学生进行有效互动，让课程思政入眼、入脑、入心，从而提高思政育人效果。

下面以黑体辐射的课堂教学为例，对大学物理课程思政进行教学实践。

二、课程思政教学实践——以黑体辐射为例

黑体辐射是19世纪末导致经典物理学体系发生根本性变革的一个重要实验，它在开启量子物理大门的过程中起着举足轻重的作用。在这一过程中有矛盾冲突，有思想火花，有哲学思辨，因此我们可以以经典物理的困难、量子概念的提出和发展为教学主线，以马克思主义哲学思想、物理学大师的科学精神、科学思维方法和爱国情怀为思政融入点展开教学。

1.课程引入

近年来，“量子”已成为一个网络热词，究竟什么是量子呢？通过短视频，快速一睹量子世界，激发学生的探究欲。然后从19世纪末20世纪初，经典物理学晴朗的天空飘来两朵小小的乌云（迈克耳孙——莫雷实验和黑体辐射）入手，引入经典物理学理论不能解释的实验事实，揭示经典物理学面临的危机。提问：换做你是物理学家，该保持科学精神、实事求是，还是不拘小节、敷衍了事？角色代入，增加体验感，激发好奇心。

该如何认识量子呢？引入量子物理中研究方法：了解黑体辐射等实验事实→经典理论解释的困难→提出新的假设和理论→新理论对实验事实的解释。

2.课程讲解

（1）19世纪的前沿热点——黑体辐射

a.黑体的概念

黑体是理想模型。提问：经典物理学中讨论过哪些理想模型？既然自然界真正完全的黑体不存在，为什么还要研究黑体？其意义在哪里？阐述建立黑体模型的意义和蕴含的科学思维方式。

b.辐射的概念

辨析辐射与反射的区别，从实例理解辐射能量与温度和波长关系。实例1：热辐射与冶炼；实例2：热辐射与额温枪。提问：生活中还能找到哪些与热辐射有关的实例呢？引入反映辐射能量与波长和温度关系的两个物理量——单色辐出度和辐出度。

c.黑体辐射实验

介绍黑体辐射的实验装置，给出黑体辐射的单色辐出度随波长和温度变化的实验曲线，以及由实验曲线得到两条实验定律：斯特藩——玻耳兹曼定律和维恩位移定律，分析经典的维恩公式和瑞利——金斯公式解释黑体辐射的困难。

（2）危中寻机，化危为机——普朗克的能量子假设

a.能量子假设的提出

普朗克仔细研究维恩公式和瑞利——金斯公式，利用丰富学识用内插法在两个公式之间凑出一个经验公式，与实验曲线符合得很好，因此公式很快得到承认。

如何从理论上推导出这个公式？普朗克经历了一生中最紧张的几个星期，遍寻经典物理学各种方法，都以失败告终。最终深入研究提出能量子假设。

b.能量子假设的内容

由普朗克的能量子假设得到了新的黑体辐射公式，与经验公式一致，很好地解释了黑体辐射现象。

c.科学界的质疑，普朗克的困惑

普朗克这个工作的意义在于它大胆脱离了经典物理学的轨道，但是能量由连续变化突然变为不连续变化，这样一种不合常规的行为，换来的是科学界的质疑，毕竟经典理论给人们的思想打下的烙印太深了。

能量子假设与经典物理学能量连续分布的理论完全背离，也使普朗克心存不安，他为融合量子理论与经典理论的矛盾奋斗了15年之久，最终不得不放弃这种努力。

（3）阳光总在风雨后——新思想的发扬光大

一个新思想的提出，还有待于具有远见卓识的人去进一步发展，这个人就是爱因斯坦。爱因斯坦打破了原有的观念，提出了光量子的假设，从而成功解释了经典理论所无法解释的另外一个现象——光电效应。由此引入接下来光电效应的内容。此后，再经过玻尔、德布罗意、薛定谔等年轻物理学家的努力，普朗克的量子理论得以发扬光大，最终导致量子物理的建立。

（4）尽处生机衮衮新——新的量子产业革命

介绍量子物理和相对论的发展催生的两次量子革命，以及我国近年来在量子科技领域的先机。

3.思政融入点

（1）马克思主义哲学思想

量子的创立从黑体辐射开始，处处体现着马克思主义的哲学思想。量子物理中的研究方法就是一个从实践到认识，再到实践的过程，体现着马克思主义的认识论。用热辐射的知识分析新冠疫情期间广泛使用的额温枪的原理，将理论与实践相结合，反映了马克思主义的实践观。普朗克的能量子假设与黑体辐射实验的符合，验证了实践是检验真理的唯一标准。科学界对普朗克能量子假设的质疑，说明人的认识不是直线，而是螺旋式上升的。普朗克的困惑说明人的认识具有反复性。最终新思想的发扬光大，又告诉我们任何事物的发展都是前进性和曲折性的统一，这正是马克思主义的唯物辩证法。通过马克思主义哲学思想的渗透，可以让学生认识到在前进的道路上难免会遇到挫折，不要害怕挫折，要经历住风险的考验，道路是曲折的，而前途是光明的。

（2）物理学家的科学精神

马克斯说过：在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。量子概念的提出闪耀着普朗克不畏艰险的奋斗精神、有根据的怀疑精神和革故鼎新的创新精神，以及于危机中创新机，于变局中开新局的胆识。这种胆识来自敏锐的洞察力，丰富的学识，而机遇总是垂青有准备的头脑。古人云：读书贵能疑。正是怀疑精神和创新精神导致了理论上和技术上的重大突破。纵观整个量子物理的建立过程，就是一个又一个奋斗、怀疑、创新的过程。作为青年学生，同样也要具备这些科学精神：要学会不满足已有认识，不断追求新知；不满足现有的方式方法，根据实际需要或者实际情况，不断进行改革；不墨守成规（规则、方法、理论、习惯），不盲目效仿别人的想法和做法，敢于打破原有框架，探索新规律新方法，不迷信书本权威，敢于根据事实和自己的思考，提出质疑。

（3）科学思维方法

量子物理的建立过程也是科学思维方法传承和发展的过程。黑体是一个理想模型。理想模型是为了便于研究，在忽略了次要因素之后建立起来的一种高度抽象的理想客体。力学中的质点和刚体，热学中的理想气体都是理想模型。所以这是经典物理学常用的科学研究方法——理想抽象化方法，反映了经典物理追求简单性的美学观点。黑体模型也是这种科学思维方法的传承。通过阐述为什么研究热辐射要以黑体为研究对象，研究黑体这个理想模型的意义在哪里，可以让学生明白所有的理想与抽象都不是脱离实际的存在，而是以客观实际为基础，既高于现实、超越现实，但又是合乎逻辑的现实推断和假设。以后即便遇到物理学之外的任何复杂问题，都要学会善于从诸多因素中找出主要因素，忽略次要因素，先解决主要矛盾，再解决次要矛盾。量子概念提出以后，科学思维方法由追求简单性向探索复杂性发展。经典思维的特征是客观、确定，而量子思维的特征则是跳跃、不确定。不同于传统的客观的研究对象，在信息文明的时代，人们还需要面对信息技术和人的思维。因此量子思维也是适合信息社会的思维方式。[6]通过这部分内容的学习可以使学生领会到我们不仅要有思维方式的传承，也要有思维方式的突破。量子的思维方式，可以让学生从根本上适应新的时代。

（4）爱国主义精神和使命担当

经过二十几年的发展，我国在量子科技领域已经具备了强劲的国际竞争力。我们的生活已经与量子物理的产品紧密联系在一起。特别是近几年国际上首颗量子科学实验卫星“墨子号”的成功发射，世界上首条量子保密通信网“京沪干线”的建成开通，量子计算原型机“九章”的横空出世，使得“量子”一词离我们的生活不再遥远。这些激动人心的事件可以大大激发学生的爱国热情和民族自豪感，增强“四个自信”。同时也如习近平总书记所指出的：我国在量子科技领域具备科技实力和创新能力的同时，也存在不少短板和挑战。由此可以激励学生增加社会责任感和使命感，做到努力学习、刻苦钻研，自觉把个人的前途命运与国家的前途命运联系在一起，为中华民族的伟大复兴贡献自己的一份力量。

通过这部分内容的学习，可以看到科学家们在追求真理的过程中，科学得到发展，社会得到进步，个人实现价值！同样身为年轻人，同学们也要树立远大理想，以奋斗之豪情、奏青春之乐章。不仅要学好知识，也要培养自己坚强的意志，建立危中寻机的意识，以及不畏困难、求真创新的精神，最终做到追逐梦想，不负韶华。

三、小结

本文以黑体辐射为例，探讨了将大学物理课程与思政教育相结合的具体实践。大学物理具有完整的知识体系，也是思想政治教育的“富矿”，因此它能培养学生的科学思维、培养学生运用物理规律解决实际问题的能力，同样也能在探究自然规律的过程中悟出很多人生哲理，激发爱国情怀，通晓思想政治中的真理。大学物理的课程内容是教学之本，也是课程思政的内容载体，而中国特色的哲学社会科学体系就是“活水之源”，也是课程思政的灵魂所在。通过深挖教学内容、创新教学方法、拓展传播载体，必能有效传递课程思政的核心价值，实现专业课程与思政课程同向同行。