光学课程思政的探索与实施

2022-09-29李晓霞程绪信刘愉快

肇庆学院学报 2022年5期

李晓霞，程绪信，刘愉快

（肇庆学院电子与电气工程学院，广东肇庆 526061）

课程思政是通过深入挖掘专业课和综合素养课的德育内涵和德育因素，促进显性教育和隐性教育相融合，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同育人效应[1].育人是高校教育工作的主要目标，课程教学是实现这一目标的有效载体，作为高等教育中重要一环的教师，不仅要传道授业解惑，更应该成为塑造学生性格、品行的“大先生”.早起高校传统的教育理念中，对学生进行思想教育都依赖于思想政治课程，专业课程的思政元素没有被发掘和应用.近年来，国家对高校思政工作给予了相当的重视，创新地提出了“课程思政”的教育理念[2]，从此思想政治课教师不再单打独斗，综合素养课、专业课的教师也加入战斗队伍来共同参与立德树人的根本任务.

课程思政教学体系是一个综合立体的育人体系，思想政治理论课在其中发挥引领作用，承担对大学生进行社会主义核心价值观教育的任务；综合素养课程起到浸润作用，承担筑牢理想信念的综合素养养成任务；自然科学专业课程起到拓展作用，注重学生科学思维、职业素养的养成教育；哲学社会科学专业课程发挥强化作用，主要针对学生进行社会主义意识形态方面的教育[3].在这样一个综合育人模式下，光学课程作为物理学专业的核心理论课程也应承担课程思政的任务，在教学中充分挖掘思政成份，打通与思政课间的壁垒，既要把思想政治理论巧妙地运用到专业课教学中去，不能生拉硬扯，又要从思政理论高度去理解和运用专业课知识，以达到两者的交叉融合，最终转化成学生道德修养和精神境界的提升，转化成学科素养和职业能力的养成.

光学是物理学中最古老的一门基础学科，人类在认识自然过程中不断发现矛盾和解决矛盾，通过科学实验和生产实践总结了很多光学理论.一方面，这些理论对实践起到指导作用，另一方面，实践又促进了理论的进一步发展，这本身就包含了丰富的哲学思想和内涵，值得我们去深入探索.

1 光学课程中思政元素的提炼

思想政治教育与学科教育有着一定的联系.对于物理学专业来说，很多专业课程看似与思政教育没有直接关联，实际上经过教师的深入挖掘，可以让其育人功能显现出来，在培养学生的品行，养成正确的三观，增强青年的责任担当方面，二者拥有共同的作用：一方面，思政教育为学科教育提供政治导向，丰富了教育内容，尤其增强了理论性课程的趣味性；另一方面，学科教育提升了思政教育层次，通过教师的合理引导，两者可以互为补充，相得益彰.所以，专业课程中如何提炼和加工思政元素尤为重要，以下从哲学思想和社会主义核心价值观两个方面分别阐述光学课程中包含的思政内容.

1.1 哲学思想

光学课程包含了丰富的哲学思想，例如矛盾的普遍性思想、否定之否定规律、辩证唯物主义等，下面结合光学课程加以详细说明.

1.1.1 矛盾的普遍性

矛盾的普遍性是指矛盾存在于一切事物的发展过程中，它是客观存在的，要积极寻找正确的办法化解矛盾.光学课程的知识体系中也存在诸多矛盾，几何光学中对于共轴球面光学系统，要想理想成像，一般都要求将发光物体和光线限制在近轴区域，光线一旦偏离了近轴区域，就容易出现像差.另外，常用的复色光源，由于色散的原因容易形成色差，像差和色差都严重地影响了成像的清晰度.从光具组的聚光本领角度考虑，进入光学系统的光束不能太窄，而且为了获得广阔的像场，物体也不能限制在近轴范围内.也就是说，一方面要求成像清晰，另一方面又要求像场广阔明亮，这常常不可兼得，也就是存在成像清晰度和系统聚光本领之间的矛盾.考虑光的波动性质，光束越受到限制衍射现象就越明显.这意味着，越减小几何像差，衍射就越显著；减少衍射效应，几何像差又会趋于明显，于是又存在着成像清晰度与细节分辨程度的矛盾[4].因此，在实际的光学系统中，常常需要平衡以上所述矛盾的双方，合理设计光学仪器.

1.1.2 否定之否定规律

否定之否定规律揭示了事物由肯定到否定，再到否定之否定的发展过程，它是事物完善自己、发展自己的一个有规律的过程.光学知识体系的发展和完善也遵循这个规律.

光学的发展实际上是人类对光现象、光的本质不断探索和认知的过程.中国古代最早对光的认知始于公元前450年至公元前250年，《墨经》的《经下》篇记载了光的直线传播和光在镜布上的反射等现象.西方对于光的认识可以追溯到古希腊，以亚里士多德和欧几里得为代表的先贤从自然哲学角度对光进行了探讨和分析.自17世纪以来，光的研究有了突破性地进展，西方科学家建立了近代几何光学，提出了光的反射和折射定律，发明了望远镜、显微镜等光学仪器.

17世纪初，意大利人格里马第观察到与光的直线传播这一几何光学原理不相符的现象，一根直杆在点光源照射情况下投射的影子比假定直线传播情况下的宽度更大一些，即产生了光的衍射现象.

斯涅耳在1621年得出折射定律，1637年笛卡尔在《折光学》中给出折射定律的现代形式，费马（1601-1665）利用极值原理得到光的反射定律和折射定律.1690年荷兰科学家惠更斯在《光论》一书中提出惠更斯原理，正式建立光的波动学说，成功解释了方解石的双折射现象.但惠更斯没有提及波长的概念，也没有指出光的周期性.随后，英国科学家牛顿从牛顿环的实验中发现光具有周期性，在1704年出版的《光学》著作中指出光是一种微粒.这一时期出现了基于光的本性之“光的波动说”与“光的微粒说”的争论[4-5].进入19世纪，波动光学开始复兴与发展，以1801年的托马斯.杨的双缝干涉实验开始，下表1列出了波动光学时期光学理论的发展成就.

表1 波动光学时期的代表性成就

光的电磁理论证明了各种自然现象之间存在着相互联系这一辩证唯物论的基本原理.19世纪末到20世纪初，光的电磁理论在解释黑体辐射、光电效应、康普顿效应时遇到了困难，直到1900年普朗克提出辐射的量子论才解决了这些难题.下表2列出了这一量子光学时期的光学发展成就.

表2 量子光学时期的代表性成就

可以看出，人类对于光的本性问题的探讨也是走过了一条曲折的道路，在经历了肯定、否定、否定之否定后，逐步认清光具有波粒二象性这一本质.

1.1.3 辩证唯物主义

辩证唯物主义认为物质世界是按照它本身所固有的规律运动、变化和发展的，而对立统一规律是其最根本的规律，是辩证法的实质和核心，它揭示了事物发展的源泉和动力，阐明了事物发展过程的实在内容.光的本性就体现了辩证唯物主义的思想.

光既有波动性又有粒子性.波动性是指光是一种电磁波，具有波动的一些属性，例如独立性、叠加性，光波能产生干涉、衍射、偏振等现象.光的粒子性是指光的能量除了能以连续波动形式存在还能以离散形式存在，其离散的能量单元称为光子，它在很多方面具有经典粒子的属性，历史上一些著名的实验，如光电效应、康普顿散射等实验揭示了光的粒子性.所以，光的波粒二象性是一个精确的实验事实.

为了解释光的这种两面性，人们不得不发展出新的理论——波粒二象性，认为光既是波（是某特定波长范围内的电磁波），又是粒子（是某特定能量范围内的光子），即光具有波粒二象性.人们平时看到的是大量光子的统计行为，与波动光学所预言的一致，只有在一些特殊场合，尤其涉及光的发射和吸收等过程时，个别光子的粒子性才会凸显出来，只有波粒二象性才能完美解释光的各种行为.这个理论提出后，它不仅能解释光的行为，还是量子力学建立的基础.其后，德布罗意在光的波粒二象性的启示下，提出了微观粒子也具有波粒二象性的假说，并由戴维孙和革末的电子衍射实验所证实.

辩证唯物主义认为，事物是对立统一的.在经典世界里，人们认为波动性和粒子性是两种完全不同的物质形态，两者是矛盾的和对立的.但在量子世界里，两者可以和谐共存.由此引发了经典力学与量子力学适用范围的此消彼长，以及两者转化的界限，都体现了辩证唯物主义[6].

由于现代科技的飞速发展，2015年瑞士洛桑联邦理工学院科学家成功拍摄出光同时表现波粒二象性的照片，也是对这一辩证唯物主义观点最好的证明.

1.2 社会主义核心价值观

社会主义核心价值观主要由坚持马克思主义指导思想，坚持中国特色社会主义共同理想，坚持以爱国主义为核心的民族精神和以改革创新为核心的时代精神和坚持社会主义荣辱观组成.在新时代下，高等教育也要与时俱进，以社会主义核心价值观为导向的课程思政建设有利于进一步完善课程教学内容，有利于培养青年学生做到四个自信、增强四个意识，是实现为党育人为国育才的重要途径.

社会主义核心价值观中，爱国、敬业是对个人行为层面的要求，在光学课程中也能体现这些元素.光学泰斗王大珩院士，解放初期从英国辗转多地回到祖国，参与创建大连大学及其应用物理系，在物资极其匮乏的情况下，自制教学仪器给学生开设实验课.王院士在长春光机所工作期间，克服种种困难研制出了高精光学仪器即著名的“八大件”，长春光机所也因此闻名全国科技界.王大珩院士还在国防科研、计量科学研究等领域作出了突出的贡献，为我国的光学事业培养了一批又一批的优秀人才.此外，“中国天眼”的主要发起者和奠基人南仁东先生，花费22年时间建成目前世界最大口径的射电望远镜.该望远镜作为中国自行研发制造光学仪器的代表，对中国在科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展具有重要意义.南先生在建造“中国天眼”的20多年时间里，向人们生动诠释了胸怀全局、鞠躬尽瘁的科学精神.还有很多类似王大珩、南仁东的中国科学家，他们都是践行社会主义核心价值观的典范，他们的事迹都值得师生在光学课程中去挖掘、学习.

2 实施办法

2.1结合专业实际选择有关物理学家的传记、电影、论文等推荐给学生阅读或观看.例如《王大珩传》、《聚焦星空-潘君骅传》、电影《蒋筑英》等，也可以选择性地将涉及中国古代光学史的论文[7]或西方光学发展史的论文[8]推荐给学生课外研究学习，在课后与学生交流这些书籍、电影或论文的观后感，引导他们对科学精神的理解和认同，激发青年学生的使命和当担.

2.2根据教学内容的特点，每一章内容中选择性地打造若干知识点，使其与思政教育内容相衔接.这样一方面在课程讲授中活跃了课堂氛围，增加了师生间的互动话题，在理论知识学习的枯燥乏味中增加了人文意味；另一方面，通过对学生思想方面的引导，培养他们正确的科学观和锐意进取的学习精神，更好的促进学生对光学理论知识的学习.最后在整个课程中形成多个带有思政符号的知识点，以点带面，完善整个光学思政教育内容.

2.3改进光学课程的评价考核方式，探索更利于学生深度参与，能精准体现课程对学生思想建设有益的考核环节.以前的课程考核以期末卷面成绩为主，平时作业及课堂出勤率为辅的方式进行，该考核方式无法完全达成思政教育的目标，也不利于学生专业知识的延伸与理论应用能力的培养.目前，在光学课程教学改革中，应将光学理论和生活实际相关的应用型、创新型题目纳入平时作业中，逐步提高平时作业在课程总评价中的比例.另外，要及时开展课程分组教研活动，设置不同的课题，由学生合作完成课题的教学设计、板书、课堂讲解，并由教师参加教研活动的评阅，在评阅过程中与学生进行互动，达到促进学生深度参与的目的.

2.4借助互联网络和课外活动开展课程思政教育.在网络面方面，互联网的发展使从网上收集整理与光学课程相关的思政教育资料较为便捷，通过线上和线下的分享，可以为学生提供图片、文字、音频、微课等形式的光学思政内容，而在课外活动方面，通过组织学生参与天文观测活动，可以将光学课程中望远镜的放大本领、中国天眼的建造故事等有机融入，进行现场教学，同时针对天文观测中遇到的问题，可以引导学生自主思考、解决问题.这样借助于第二课堂，既能激发学生的民族自豪感，培养学生一丝不苟、严谨求学的态度，也在无形中加强了对学生的思想政治教育.