《大学物理实验》课程思政融合的探索及教学设计*

兰 潇，周厚兵，谌秀英

(广西师范大学物理科学与技术学院，广西 桂林 541004)

1 引言

2020 年5 月28 日教育部发布《高等学校课程思政建设指导纲要》，指出高校在培养人才的同时要做好思政教育工作，充分发挥德育作用，为祖国培养高质量人才。同年9 月，广西教育厅印发的桂教高教76 号文件中，给出了广西高校课程思政建设的具体实施建议，对于专业实验实践类课程要将“学习”与“思考”，“知识”与“行动”结合起来，增强学生的创新精神、创造意识和解决问题的实践能力。因此，课程思政建设已成为当前国家对高校课程教学的新要求。

《大学物理实验》是理工类学生所接触的第一门实验实践类课程，通过该课程学生可以了解到物理学基础知识的探究方法，并在实验中加深对物理概念、公式、定理的理解，最终具备一定的实验素养。同时物理学作为一门自然科学，还承担着揭示客观规律的责任，实验过程中渗透着的科学探究方法、马克思主义哲学、辩证法思想，对指导学生客观的认识世界，培养学生分析问题与解决问题有着深远的意义。传统的实验课程教学侧重于考察学生对物理知识的理解和实验操作能力，思政教育的融合程度不高，教学与教育呈现“质壁分离”的状态，课堂仅用来传授知识，教学变得形式化、工具化，如此长期以往会严重影响人才培养的质量。

为解决实验课程缺乏思政教育功能这一问题，将思政元素融入实验教学是实现新时代立德树人的客观需求。本文通过对《大学物理实验》课程思政融合的方法进行深入探索，尝试将“思政”元素全方位融入课堂，在智育中德育，在实践操作中渗透思想道德教育，达到“全方位育人”的中国特色社会主义教育要求，有效提升物理实验课程的教学质量，为后续课程改革提供参考。

2 教学设计理念

课程思政建设迫在眉睫，如何做到在教学中融入思政教育，让学生能够在实验的过程中不畏困难、勇于探索、敢于创新，具备分析与解决问题的能力。我们主要基于以下几个方向进行探索。

2.1 教育理念

大学物理实验课程中涉及到的学科知识涵盖了力、热、电、光四个部分，主要表现为牛顿运动定律、机械振动、电路、交变电流、光的折射、干涉以及热传导的性质等[1]。这些理论知识在课程都有相对的实验，例如牛顿第二定律的验证、单摆测重力加速度；示波器的使用、交流电桥；光具组测基点、双缝干涉实验；测量金属丝热膨胀系数等。在教学中应加强学生对理论知识的理解，促进学生认识科学知识与实验实践的关系。且实验的过程是一个分析与解决问题的过程，蕴含丰富的唯物辩证思想，在教学中可充分利用这一特点，把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，逐步提高学生分析和解决问题的能力。

2.2 课程设计标准

课程设计标准为“两性一度”，即高阶性、创新性与挑战度。其中高阶性指培养学生解决常见物理问题的综合能力与高级思维；创新性指形成具有探究性和个性化的学习成果；挑战度指课程具备一定难度，对当下学生具有一定的挑战性，以激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

2.3 思政要点

（1）改革开放以及中国特色社会主义制度优越性

物理学的发展体现改革开放的必要性与中国特色社会主义制度的优越性。目前我国已建成包括北京正负电子对撞机在内的22 座大科学装置，还有其他16 座大科学装置也在筹备建设当中。这些大科学装置出产的一系列科技成果，促使工业的不断革新、前沿科技的突破等一系列社会主义建设的成就，展示了我国科技的发展水平，充分体现了改革开放的必要性与中国特色社会主义制度的优越性。

（2）马克思主义哲学

物理学中蕴含着丰富的马克思主义哲学。例如认识论中曾指出实践对认识的决定作用，人类通过实践来认识世界，并且随着不断地实践引发新的认识，最终利用认识去指导实践，同时实践也是检验认识是否正确的唯一标准。这与物理学的探究方法一致，都需要通过实验去探究、去发现、去解释客观世界，再通过不断地实验去揭示其中所蕴含的“真理”，最后应用“真理”去改造、去建设社会。

（3）辩证法思想

物理学中渗透着辩证法思想。例如在唯物辩证法中有两对范畴，原因与结果、现象与本质，在物理学中常可以看见它们的身影。在物体比热容的测定实验中，物质吸、放热的快慢取决于物质的内在属性，不同的属性，体现不同的吸、放热能力，而不同的吸、放热能力也折射出不同的属性，体现了其原因与结果的辩证关系。同时物质的吸、放热是一种现象，属于外在表现，而造成吸、放热速度不同的本质原因,则是其内部属性所在，体现了现象与本质的辩证关系。

2.4 课程切入点

（1）物理学科背景知识

物理学是一门以实验为基础的学科，一切发现与结论都依赖于一定的实验基础，且物理学上的三次重大发现直接影响着世界的三次工业革命，可见物理学科的背景知识是非常丰富的。在教学中可以挖掘实验相关的背景知识，让学生穿越到相应的时代背景之下，体会科学家们追求真理的过程与执着的探索精神。例如在牛顿环测透镜曲率半径的实验中，可以将牛顿环现象的发现作为背景知识引入，培养学生勇于探索真理、不畏艰难的精神。

（2）中国近代物理发展简史

在教学中，引入一些中国近代物理发展简史，把国家历史、人民利益、民族兴衰结合起来，引导学生正确认识自己身上担负的时代责任和历史使命，为伟大的中国梦贡献青春的力量。例如在电子束磁聚焦及电子荷质比（e/m）的测定实验中，可以引入中国物理学史上第一批博士李耀邦的论文《以密立根方法利用圆体球粒测e 定值》，由此让学生体会其历史意义，感受使命与担当。

（3）物理学在生活生产中的应用

物理学作为一门自然科学，在解释世界的同时，也在推动着世界的发展。在大学物理实验课程的教学中，可以根据这一特点，将一些与之相关的生活、生产中的应用结合起来，融入到教学中去。例如在示波器的使用实验中，可以展示用示波器检修电器的方法，及示波器在手机、电脑等电子产品生产中的作用，引导学生学以致用，将理论知识融入到创新创造中去，为祖国事业的蓬勃发展加薪助燃。

3 课程思政融合的教学设计

3.1 学情分析

3.2 教学设计举例

（一）实验项目之《单摆测重力加速度》

在该实验中，教学设计理念如表1 所示，涉及课前预习、教学实施及课后拓展3 个环节。在课前预习方面通过搜集相关资料拓展实验的背景知识，融入人文素养、方法论的思政元素；在教学实施方面通过解读实验原理与强调实验真实性，融入专业前沿、科学故事和务实求真的思政元素；在课后拓展方面通过布置设计性实验，融入知行合一、学以致用的思政元素。具体的思政元素体现在：

表1 单摆测重力加速度教学设计

（1）思政元素之人文素养、方法论

在课前预习部分引入其他两种测量重力加速度的方法：伽利略斜面实验与阿特伍德机。“伽利略斜面实验原理图”如图1 所示，伽利略的斜面实验是最便捷的测量重力加速度的方法之一（见公式1），其中蕴含知识、方法、技能等人文素养，将其引入教学可以达到培养学生科学精神的目的。

图1 伽利略斜面实验原理图

此外，还可以引入阿特伍德机的工作原理来拓展学生的知识面，“阿特伍德机及原理图”如图2 所示，它由滑轮、轻绳以及两个质量不同的重物组成，轻绳跨过滑轮且两端分别悬挂重物，运用力学知识的简单推导即可计算出重力加速度[2,3]，如公式（2）—（7）所示。在用阿特伍德机测量重力加速度的过程中，利用到了刚体转动等知识，体现了物理探究的方法，将其引入教学可以达到培养学生科学精神的目的。

图2 阿特伍德机及原理图

（2）思政元素之专业前沿

在教学实施部分展示：“地球物理学家——翁文波”、“重力探油”、“秋明油田”的图片（见图3）。翁文波院士是我国重力探测队队长，绘制了台湾地区重力异常图，利用“重力探油”的方法帮助台湾地区探测汽油藏。同时该方法在俄罗斯第三大油田秋明油田的探测中也取得了明显的成效，我国由此得以进军俄罗斯石油市场。通过引入“重力探油”这一专业前沿，以达到引导学生学以致用、科技报国的作用。

图3 从左至右分别为地球物理学家——翁文波、重力探油、秋明油田（图片来自网络）

（3）思政元素之科学故事

在教学实施部分展示“伽利略与摆的等时性”的图片（如图4 所示）。大学时期的伽利略有一次在教堂进行礼拜仪式时，点灯人无意间触动的烛台引起了他的注意，他发现烛台的摆动似乎存在某种“特殊规律”，于是他在观察烛台摆动的同时按住了自己的脉搏来计数，经过多次实验，最终证实了摆的等时性原理[4]。通过引入伽利略的科学故事，从而达到引导学生善于实验观察、科学探究的目的。

图4 伽利略与摆的等时性（图片来自网络）

（4）思政元素之务实求真

在教学实施环节引入“舍恩事件”始末，即2001 年科学家舍恩宣布制造出最小的纳米晶体管，一时间轰动世界，期间美国100 多家实验室重复舍恩的实验，都无法得到相同的结果，但却无人质疑他，直至他将同一份图表在三篇不相关的论文中使用，其伪造数据的真相才被揭露出来，“舍恩事件”由此成为物理学史上最恶劣的学术造假事件。在单摆测量重力加速度实验中，为尽可能减少测量误差，小球的摆动周期需要重复多次测量，要求学生客观真实的记录实验结果。通过引入“舍恩事件”，可以达到培养学生在实验过程中务实求真，重视并遵守道德规范的效果。

（5）思政元素之知行合一、学以致用

在课后拓展的环节，要求学生自制单摆，利用智能手机等，设计实验来测量重力加速度，从而达到知行合一、学以致用的目的。

（二）实验项目之《牛顿第二定律的验证》

在该实验中，教学设计理念如表2 所示，涉及课前预习、教学实施及课后拓展3 个环节。在课前预习方面通过搜集实验的背景知识来加深学生对牛顿第二定律的认识，融入方法论的思政元素；在教学实施方面通过分析一些牛顿力学的案例，融入了科技强国、家国意识的思政元素；在课后拓展方面通过布置设计性实验，融入知行合一、学以致用的思政元素。具体的思政元素体现在：

表2 牛顿第二定律的验证教学设计

（1）思政元素之方法论

在课前预习部分引入牛顿第二定律的发现过程，“伽利略”、“牛顿”、“恩特斯·马赫”的图片（见）。世界上第一个发现力与加速度之间存在关系的人是伽利略，他在否定亚里士多德“力是维持物体运动状态的原因”时，认为力与加速度之间应该存在着某种特殊关系，但是当时的条件让他无法探究加速度与力之间的定量关系[5]。而牛顿继承了伽利略的观点，经过深入研究，1684 年牛顿在手稿《论物体的运动》、《原理》中提出作用力与加速的力（加速度）的比值等于动量与速度之比

而物体的动量又是质量与速度的乘积

由此可得牛顿第二定律的微分形式为物体所受合外力等于其动量对时间的变化率

而 牛顿第二定律现在最常见的表达式是由恩特斯·马赫提出，他认为物体所受合外力为其质量与加速度的乘积

这一表达式更简洁直观，有利于牛顿力学的普及与应用[5]。在教学中引入牛顿第二定律的发现过程，以达到培养学生科学探究精神的效果。

图5 从左至右分别为伽利略、牛顿、恩特斯·马赫（图片来自网络）

（2）思政元素之科技强国

在教学实施部分展示“天宫二号”图片（如图6 天宫二号所示）。天宫二号的升空蕴含着丰富的动力学原理，其中天宫二号要达到第一宇宙速度，就必须依靠强大加速度，而这个过程充分利用了牛顿第二定律。天宫二号的升空实现了我国的“飞天梦”，为我国建立太空站奠定了技术支持，为我国开发和利用太空资源打下基础，与此同时也展示了我国航天事业的发展水平，体现了大国实力与大国担当。教学中通过引入航天案例，以达到引导学生科技报国的效果。

图6 天宫二号（图片来自网络）

（3）思政元素之家国意识

在教学实施中展示“火神山医院”图片（见图7）。新冠疫情出现初期，在中国共产党的正确领导下，全国上下一盘棋，汇聚最大的合力，以极大的加速度10 天建成火神山医院、18 天建成雷神山医院，成功打赢这场抗疫阻击战[6]，充分体现了社会主义制度的优越性。在教学中通过实例来讲解合力与加速度的辩证关系，以达到培养学生家国情怀的目的。

图7 火神山医院（图片来自网络）

（4）思政元素之知行合一、学以致用

在课后拓展的环节，要求学生利用铁丝、卷尺、小球等常见物品，设计实验来验证牛顿第二定律，以达到知行合一、学以致用的目的。

4 总结与展望

本文主要探讨了《大学物理实验》课程思政融合的潜在途径，着力于在教学中结合马克思主义哲学，培养学生的科学精神，促进学生认识理论与实践之间的辩证关系，提高学生分析与解决问题的能力。在教学活动中，我们主要从课前预习、教学实施、课后拓展三个方面将思政元素融入各教学环节当中。体现在：引用背景知识对涉及的知识点进行拓展延伸，培养学生的科学探究精神；在实验原理讲解过程中插入专业前沿，培养学生科技报国的爱国主义情怀；在实验操作过程中强化学生实事求是的意识，培养道德规范；在课后拓展环节增加一些设计性实验，培养学生知行合一、学以致用的能力。课程思政建设是一项长期且非常有意义的工作，对于《大学物理实验》这门课程，还有很多有价值的思政元素值得深入挖掘，需要后续持续探索及完善，从而有效提升育人质量。