“地球物理场论”课程思政体系与教学探索

谭茂金，金 胜，彭 淼，景建恩

中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院，北京 100083

课程思政是新时代高校培养社会主义建设者和接班人的有效途径。把思想政治教育工作贯穿于教育教学全过程，努力实现思政教育与知识教育的有机融合，知识传授与价值引领的有机统一，是新时代构建全员、全过程、全方位育人工作的要求[1]。在课程教学过程中，穿插或者以专题形式开展课程思政教育，着重开展理想信念、做人与科研等教育，充分发挥专业课程与思想政治理论课同向同行的协同效应，实现价值塑造、能力培养和知识传授“三位一体”的教学目标[2-3]。

因此，实现专业课程思政的目标，构建地学学科专业的课程思政体系势在必行。深挖凝练学科、专业所蕴含的思政元素，探索课程思政育人模式与实施路径，实现专业课程与思想政治理论课同向协同育人，思政元素凝练是课程思政建设的前提和关键着力点之一，也是教育部“十大育人体系”的重要组成部分[4-5]。

“地球物理场论”是地球物理类专业（勘查技术与工程，地球物理学等）学生必修的专业基础课，是架起专业课和基础课的桥梁，通常在大三上学期开设。该课程主要围绕地球物理探测中所涉及的静电场、静磁场、稳恒电流场时变电磁、引力场、热场等地球物理场的相关理论、规律和场的求解方法，为专业课以及研究生阶段打下基础，对学生以启迪。因此，结合课程基础理论开展课程思政建设具有重要的意义。

一、思政元素挖掘与体系构建

“地球物理场论”课程的任务是阐明引力场、电磁场、热场等地球物理场的基本概念、基本规律和分析方法，同时教授学生用“场”的观点去观察分析问题，用“场论”的方法去解决实际工程问题。在专业课课堂教学中，根据课程自身的特性深入挖掘内隐的思政教育资源，深入挖掘课程思政元素，开展课程思政体系的构建自然地融入课堂教学的各个环节，以间接、润物无声的方式加强思想政治教育，实现“知识传授”和“价值引领”的有机统一，促进思想水平、政治觉悟、道德品质、文化素养的同步提升[6-7]。

本课程在多年讲授过程中，发现每个物理规律或者定理的诞生背后都有一段科学探索的励志故事。科学家们之间的交流思考、探索过程对学生也具有启发与教育作用，是很好的思政融入点与结合点。为此，笔者结合新教材修订，在每章结束后增加了与课程内容相关的“科学家史话”，既介绍科学家在物理学的卓越成就，又介绍了他们知识发现和创新探索过程，增加趣味性和励志教育。通过挖掘和整理，结合课程内容逐步形成了爱国图强、逆境成长、淡定从容、科学思维、学科融合、学术交流等思政点和素材。

因此，依托该课程进行思政教学探索，深入挖掘课程本身的知识内容与其中蕴含的思政育人素材，选准思政内容融入点，开展理想信念教育和成才激励教育，并与专业知识技能教育内容有机融合。笔者在教学实践中，从两个方面挖掘思政元素和构建思政体系。一方面，从课程内容所涵盖的地球物理场论发展和知识点脉络角度，提取思政点，介绍事物内部的发展规律和科学内涵，教育学生学会思考，勇于创新。同时，介绍科学哲学，介绍场论相关定律之间的类似、类比的对称美，欣赏数学符号、物理规律的奇妙。另一个方面，教材修订中增加科学家史话，挖掘物理定律背后的科学探索故事以及科学家的成长轶事，弘扬克服困难、刻苦求索的科学精神，打牢基础，注重开阔视野，心怀远大理想。最终，形成了“两个线索，五个素养，多个元素”的思政体系（图1）。

图1 “地球物理场论”课程思政元素与体系

1.政治素养

（1）“静坐听雨”从容与无畏。

在电影《无问西东》中有这样一个场景：西南联大铁皮顶茅草屋，学生正在上“电磁场理论”课。雨声渐起，陈岱孙教授不得不拔高了声音，学生们倾斜身子只为听清。雨越下越大，教授干脆在黑板上写下了“静坐听雨”四字，和学生一起正襟危坐，细听雨声。窗外，大雨倾盆，水花翻溅，有蓑笠翁无惧风雨猎鱼而归，教师带领学生雨中跑步，口号压倒雨声……师生们听到警报声，跑到防空洞继续上课，这是对日寇飞机的蔑视。这个“静坐听雨”故事表现了特殊年代师生那份从容、无畏，值得传承。由于这个故事中所讲述的课程内容与地球物理场论中内容完全一样，因此，讲述过程中很自然地导入该故事，水到渠成，给同学们留下了深刻印象，让他们会倍加珍惜和平年代的学习机会。

（2）立志科学报国。

在讲述引力场时，除万有引力定律外，还会讲到我国著名的空气动力学家钱学森。1950年，钱学森冲破艰难险阻回到祖国，把学习的知识依靠回忆写出来，为我国的航空航天、核武器、控制科学的发展作出了卓越贡献。还有，“两弹一星”功勋科学家邓稼先，几十年如一日隐姓埋名在戈壁滩做科学研究，并舍身忘我进入核爆实验场，为我国“两弹”研发作出了不可磨灭的贡献。中国科学院郭永怀教授在取得核爆实验数据后，坐飞机回北京途中，由于飞机失事，壮烈牺牲。当发现他的遗体时，他把装有珍贵实验资料和数据的公文包抱得紧紧的，无比令人震撼。这些科学家们的热爱祖国、科学报国的精神是每位青年学子学习的榜样。

（3）崇尚家国情怀。

家国情怀是个人对家人和国家共同体的认同和热爱。国家兴亡，匹夫有责。吉林大学黄大年教授是著名地球物理学家，他放弃了国外优惠待遇，妻子关闭诊所，离开心爱的女儿。于2009年通过“千人计划”回到祖国，在他的带领下，创造了多项“中国第一”，为我国“巡天探地潜海”战略填补多项技术空白。他心怀爱国之情，笃行报国之志，为祖国改革发展的伟大事业奋斗终身。思政教学中，笔者列举地球物理专业的黄大年教授来说进行教学，非常贴切、亲切，对于学生坚定专业思想，把个人发展与专业发展有效融合也很有说服力。

2.哲学思维

“地球物理场论”课程内容中包含了电磁场理论的系统论、因果关系、矛盾论和实践论等丰富的哲学思维育人元素，还包括不同定律之间的相似性、对偶性、对称性，体现了自然规律之间的对比、类比与联系的分析方法，为课程思政提供了鲜活的哲学思维素材。

（1）辩证思维。

在课程中，不同类型的场源是地球物理场的“根源”“源泉”，而且不同的场源产生的场的特征是不一样的，体现了唯物主义思想和因果关系。针对电容电路中，由于没有传导电流引起矛盾，麦克斯韦提出了位移电流的概念，完善了全电流的理论认识，把“电生磁”与“磁生电”完美集成在一起，电磁波传播过程中电与磁互相耦合、互相激励，体现了系统论的哲学思维。1820年奥斯特发现电流磁效应，说明实验是发现定律、理论的源泉；赫兹利用实验发现电磁波，说明实验又是检验理论、验证猜想的途径。因此说，理论是魂，实验是根，体现了实践论的哲学思想。

（2）方法论。

课程中，静电场与引力场是两种不同的地球物理场，但是都属于位场，其理论公式完全相似；电流场与热场也是不同的物理场，但都属于稳恒场，其理论公式完全相似；讲授中采用类比的方法加深理解。静电场与电流场均是静态场，前者源是静电荷，后者是稳恒电流，讲授中采用比较的方法帮助记忆。麦克斯韦方程组是电磁场理论的集大成，完美体现了物理学中电学、磁学的对偶性、对称性以及不同点，体现了物理规律的奇妙。而且，不同的数学表达方式，体现了物理学与数学的完美结合，体现了自然科学的“美”。

3.科学素养

（1）日常观察与思考。

观察与思考是科学工作者的基本素养。在讲述引力场时，必然要讲授牛顿与苹果的故事。1654年，牛顿进入金格斯皇家中学。他酷爱读书，喜欢沉思和科学实验，对自然现象有好奇心。他发现苹果从树上掉下来，受此启发，提出了著名的万有引力定律。丹麦物理学家奥斯特1820年在讲座上演示电流磁效应实验时，当伽伐尼电池与铂丝相连时，靠近铂丝的小磁针摆动了，这一不显眼的现象令他非常兴奋。经过思考与分析，提出了电流的磁效应。这些科学探索实例教育同学们在科学研究中要善于发现实物之间的因果联系。

（2）科学总结与集成。

英国科学家麦克斯韦，经典电动力学创始人，被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。麦克斯韦在奥斯特、法拉第等前人的基础上，将电学、磁学、光学统一起来，建立完整的电磁场理论。1837年麦克斯韦出版的科学名著《电磁通论》，是19世纪物理学发展最光辉的成果，是科学史上最伟大的“综合”之一。因此，在科学研究中，总结、归纳、集成是非常重要的，能够促使零散的成果完美地综合在一起，麦克斯韦方程组就是一个典型案例。这个实例能够给青年学生以新的启迪。

（3）崇尚科学（家）。

在科学研究中，当面聆听大师教诲、积极开展学术交流是很重要的做法。麦克斯韦1854年开始电学研究，对剑桥大学汤姆逊敬佩不已，特意写信求教有关电学的知识。在汤姆逊指导下，麦克斯韦得到启示，认真钻研法拉第的著作。1860年的一天，29岁的麦克斯韦作为英国皇家学院的年轻教授，带着新写的论文，登门拜访了年近七旬的法拉第。这是一次伟大的会见，是一位伟大的实验家与伟大的理论家的灵魂之约和才智的奇妙碰撞。麦克斯韦与法拉第是忘年之交，共同构筑了电磁学理论的科学体系。这个故事告诉青年学子，要学会与科学大师对话、接受指导、聆听教诲。

4.科学使命

（1）从定性研究到定量探索。

创新是科学的源泉。当一个新生事物或研究领域出现时，通常是定性的研究。从定性到定量是科学研究的必经之路，也是创新之路。因此，鼓励同学们科学选题和科研过程中，瞄准方向，孜孜探索，勇于创新。在讲到静电场时，必然提到库仑定律。1785年，库仑利用扭秤建立库仑定律，经过实验找出了真空中两个点电荷之间的相互作用力与两点电荷所带的电量及他们之间的距离的定量关系，即静电学中的库仑定律。这是电学发展史上的第一个定量规律，丰富了电学与磁学研究的计量方法。这个实例结合课程内容生动形象地表达了从定性研究到定量研究是科学研究的常态，也是学术创新的必然。

（2）刻苦求索，敢于创新。

在科学家史话中，所有的科学家在求学时期都孜孜不倦，勤奋刻苦，才会取得了非凡的学术成就。麦克斯韦1847年进入爱丁堡大学学习，读书非常用功，积累了相当广泛的知识，显示了非凡的才华。当读到法拉第的《电学实验研究》一书时，立即被书中新颖的实验和见解所吸引。我国一位院士说，“早九晚五”培养不出科学家，这说明没有刻苦求索的投入和敢于创新的志气是难以成功的。国内外取得非凡成就的科学家大多如此，概莫能外。

5.专业担当

（1）多学科交叉。

赫姆霍兹是德国物理学家、生理学家，在生理学、光学、电动力学、数学、热力学等领域中均有重大贡献。他中学毕业后先在军队服役，后学习医学、化学和生理学课程，自修拉普拉斯、毕奥和伯努利等的数学著作和康德的哲学著作。1842获医学博士学位，期间研究生理学和肌肉活动；1847年用数学公式提出能量守恒定律，创立能量守恒学说。赫姆霍兹注重学科交叉，善于从学科中汲取灵感。奥斯特也是如此，17岁考取哥本哈根大学免费生，学习医学、药学、天文、数学、物理、化学等。1820年发现电流磁效应，1840末期研究抗磁体、化学亲和力、水的可压缩性、库仑扭秤、冶金等。奥斯特知识渊博，专业面宽广，还是卓越的演讲家和自然科普工作者。这两个科学家的学习和成长说明，青年学生要学习各种文化知识，打好多学科的基础，为学科交叉融合准备条件。

（2）理论与实验相结合。

我们常说，实践是检验真理的唯一标准。科学研究更要注重理论与实验相结合。奥斯特说：“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课，所有科学研究都是从实验开始的。”德国物理学家赫兹在1833年开始研究麦克斯韦的电磁理论，并积极进行实验验证。在莱顿瓶和电容器上分别接一个扁平线圈，当莱顿瓶充电时，线圈间隙中会产生火花，同时电容线圈中感应出电流，验证了电磁波的存在，全面验证了麦克斯韦的电磁理论的正确性。此外，钱学森提出“科学理论和工程应用要密切的结合”的思想观念。这种注重实验并进行理论思考两者相结合的做法很值得我们青年一代学习。

（3）基础研究与专业使命。

地球物理专业包括多个分支，地球物理场论是多个分支专业课的基础，学好场论这门课很重要。课堂上，告诉同学们基础越扎实，走得更远，飞得更高。新时代青年是中国梦的重要构建者和参与者，有为青年可为社会进步起到积极的推动作用。在地质勘探与开发行业，曾涌现出一大批勇于担当、甘于奉献的老前辈。他们心怀祖国，干一行爱一行。要想成为一名有为青年，就要向前辈学习，传承奋斗、奉献和担当精神。

二、授课形式与方法

课程思政授课形式与教学方法主要包括讲述描述、信息媒介、参观体验、课堂讨论等。在教学过程中，做好专业课程育人教学设计，创新教育教学方式方法，切实将专业课程思政教学目标融入教学设计与学生学习中。采用故事叙述、影像视频、课堂讨论等形式穿插到课堂教学中，采用润物细无声的方式，既让所学的理论知识易理解、脉络更清晰，又能从科学探索过程中得到科学思维方法，进行励志教育。

在开展课程思政教学时，采用课件讲述和分组讨论两种形式。在课堂讲述时，编写课程思政课件，以碎片穿插或者专题的形式纳入教学课件中，包括图片、文字和视频，增加课程的趣味性和教育属性，并制作PPT进行课题展示。在分组讨论时，选择某个专题，提供教师引导学生讨论的视频录像（如毕业学长的科学研究经历、创业励志故事等音像资料）并结合自己的科研场景对学生下一步继续求学和未来科学探索以启迪。

实际课程思政实践中，通常采用两种教学方法：一是穿插式教学；一是总结式教学。在课程讲述中一般采用穿插式教学，比如在原理的过程中，蕴含着当时科学家的求学经历、思考过程、个人成长，给学生以启迪，着重讲述对其发现起重要作用的因素，这个教学形式一般适用于1～6周、10～11周关于原理和定律的教学，课程思政的融合点是要注意观察与思考，必要注意多学科的相互启发。在专题讨论中一般采用总结式教学。例如，围绕麦克斯韦方程组的创立前后展开论述，涉及的科学家是奥斯特、法拉第、麦克斯韦与赫兹，讲述他们之间的关系与交往，尤其是麦克斯韦与法拉第的交流，让学生聆听19世纪后半期科学家们是如何做研究和学术交流的，是如何利用现代数学进行知识创新的，碰到挫折和困难又是如何面对的等等。具体安排如表1。

表1 课程思政教学形式与教学方法

续表

通过多年的讲授，让学生知晓数学、物理等基础学科对未来理论探索、技术开发、工程应用的重要性，激励学生年轻时期勤奋学习、夯实基础，为未来研究方向的多选择、学科交叉、相互启迪打下基础。让学生深刻领会学习交流、学术交流及与科学家对话的内涵，懂得如何进行学术继承及消化、吸收和创新，即：既要与时俱进，又要开拓创新；既要学习科学家们实验观察到理论推导，又要重视理论推导到实验验证，两者密切结合。

三、结束语

在当前高等教育发展和思想政治教育背景下，以“地球物理场论”教学为载体，改革与修订课程教材，增加科学家史话，按照“专业知识脉络”“科学家史话”两个主线，深入挖掘思政元素，继续构建完善“地球物理场论”课程思政体系。多年的教学实践表明，在专业知识讲授中融入课程思政育人元素犹如在专业知识教学这盘“菜”中加入了“盐”，使得课堂教学更有“滋味”，提升了课程教学的温度和高度，将学术育人、思政育人融为一体、同向同行，达到了培养又红又专人才的目的。