量子力學課程思政教育教學探索*

呼和滿都拉 馬曉宇 楊洪濤 胡曉穎 冀文慧

(集寧師范學院凝聚態物理研究所 內蒙古 烏蘭察布 012000)

1 課程思政的發展現狀

2004年以來，中央先后出臺關于進一步加強和改進未成年人思想道德建設和大學生思想政治教育工作的文件，上海也由此開啟了思想政治教育課程改革的探索之路.自2005年起，上海課程改革經歷了3個階段，“課程思政”理念在該階段逐步形成，2014年上海接受教育部指導，率先開展“課程思政”試點工作.

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出，“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人.”簡而言之，就是要求高校的所有課程都要發揮思想政治教育作用.“課程思政”明確要求高校所有教師，立足“教書育人”這一根本教學目標，實現立德樹人，潤物無聲.

經過數年的發展，高校教師對“課程思政”這一概念不再陌生，針對不同課程融入不同的“思政元素”，對學生進行不一樣的思想政治教育，這已經在廣大人民教師心中達成共識，不少專業課教師結合自身課程特點，從不同角度分享授課經驗，有效推動了“課程思政”的發展.

量子力學是20世紀20年代在總結大量實驗事實和舊量子論的基礎上建立起來的，是在當時看似已經很完善的物理學“最終理論”取得重大成就的同時，為解釋新的物理現象而誕生的研究微觀領域的近代物理學基礎理論[1]，對于培養學生嚴謹的科學態度，創新精神、刻苦鉆研精神等具有十分顯著而獨特的效果.實際上在提出“課程思政”的概念之前，人們就已經或多或少地將量子力學本身具備的種種育人功能在教學過程中做了很多嘗試.如今在“課程思政”教育理念不斷深化的大背景下，量子力學的育人功能應如何體現在教學過程中？又存在哪些問題？本文將一一介紹，供大家參考.

2 量子力學的育人優勢

量子力學是物理學中的基礎理論課之一，學習量子力學意味著掌握現代科學技術中最重要的基礎理論學科，不僅能提高學生的知識儲備量，而且對于學生的科學素質、文化素質都有明顯提升.完整的科學理論、科學思想、科學精神充盈在整個量子力學理論體系中，是培養未來科學工作者科研精神的重要載體.與其他課程相比，量子力學具有多方面優勢，下面就其中4點進行論述.

2.1 量子力學充滿魅力

量子力學猶如蒙著面紗的琵琶女，令“忽聞水上琵琶聲”的主人忘歸，令潯陽江頭的客人久不動身.

人類根據對量子力學現有的認識，已經將其應用于方方面面，它橫向發展可以自手中的一張手機膜至35 786 km之外的衛星通信網絡，縱向探索亦可自眼中看得見摸得著的現實世界至幾千年后的未來世界.據未來學學者所述，依據量子糾纏原理，幾千年后的人類可能會有“心靈感應”，屆時將不需要任何通訊設備，飯桌底下再也不會有“踩腳”行為，人們只要利用“心靈感應”即可了解對方內心的想法.

另外，曹天元的《上帝擲骰子嗎？量子物理史話》自2006年出版以來一直暢銷不衰，側面反映出除了專業學生，普通群眾對量子世界也具有濃厚興趣.央視科教頻道在《未來世界》中將量子糾纏的概念講解得通俗易懂，甚至兒童理解起來也是易如反掌.對于引導學生甚至兒童向往科學研究工作而言，起到事半功倍的效果.

2.2 量子力學有益于培養學生的科研精神

讀史使人明智，讀詩使人靈秀，數學使人周密，科學使人深刻，倫理使人莊重，邏輯修辭之學使人善變.長時間學習一套理論或者從事一項工作，其中的科學思想，包括學科創始人的精神思想都會逐漸深入接觸者內心，思維方式和生活方式也會形成習慣，體現在生活和工作等各個方面.

量子力學是物理學家沖破層層禁錮，經過不斷地探索、發現、迷惑后開拓的新世界.Planck, Born, de Broglie, Schrodinger, Heisenberg, Dirac等人在反復地肯定與否定之后才構建了現在我們眼中的量子力學.在經典理論的權威面前，是他們的創新精神與堅持不懈的勇氣在支撐，可以說，沒有創新精神就沒有如今的量子力學，量子力學對于培養學生創新精神的重要性自然不言而喻.創新精神是一個國家和民族發展的不竭動力，而大學生作為社會新技術、新思想的前沿群體，肩負推動社會進步的責任與使命，培養大學生的創新精神是對高校教育的必然要求.

2.3 量子力學培養學生的唯物辯證觀

辯證唯物主義是當代大學生思想政治教育必修課，顯然在量子力學中，唯物辯證法也可有一席之地.馬克思主義認識論中首要的觀點就是實踐的觀點，正如1978年5月11日《光明日報》發表的特約評論員文章：“實踐是檢驗真理的唯一標準”.而在量子力學的建立過程中，Planck和Einstein的光量子理論在提出的19年后被Compton效應證實后才被物理學界所接受：同樣，Davisson和Germer用電子衍射實驗證實了de Broglie假說之后，de Broglie假說的真實性才被肯定.

物理學界著名的四大神獸——薛定諤的貓、芝諾龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖，其中最為人們熟知的莫過于薛定諤的貓，這是一個思想實驗，從宏觀尺度闡述了微觀世界的量子疊加原理，將微觀不確定轉化為了宏觀不確定.不打開盒子，貓是“半死不活”的疊加態，可一旦打開盒子，貓的狀態可能就只有“死”的單一態.根據唯物辯證法，這是三大規律之對立統一規律中矛盾的普遍性：一切事物都有兩面性；也可以是五對范疇之一——原因與結果中結果的不確定性.在教導學生的過程中，既可以提醒學生要分析事物的雙重性質，同時也能鼓勵大家面對事物發展的不確定結果，要放平心態、淡然處之.

2.4 量子力學培養學生的科學思維方法

工欲善其事，必先利其器.在量子力學的教學過程中，要注意培養學生的科學思維方法，“科學方法是他們從事科學發現、技術發明,取得科研成果的手段和工具”[2].量子力學是屬于微觀世界的學科理論，對于同一個微粒的描述問題，量子力學有波函數、算符和矩陣3種描述方法，其中波函數與算符都是以坐標為表象的表示方式，矩陣則是在其他表象(包括坐標表象)中的表示方式.然而在幾何力學或經典力學中，常用矢量形式討論問題而不指明坐標系，在量子力學中描寫態和力學量也可以不用具體表象，這時就要用到Dirac符號，一套將所有描述方式都簡單表示的符號.掌握這些基本的科學方法，在日后的科研工作中解決問題必將游刃有余.

量子力學是已有的量子力學，同時也是充滿爭論的量子力學.1964年，物理學家Richard Feynman曾在康奈大學的講座上說過：“我想我可以有把握地說，沒有人真正理解量子力學”.事實也的確如此，關于量子力學的爭議無處不在，從量子力學的締造者一直到哲學思考.所以相比其他學科，量子力學的育人優勢尤為突出.

3 思政元素如何融入量子力學課程

教書育人，因材施教.在量子力學中踐行課程思政，應當根據量子力學的學科特點以及不同的教學內容，采用不同的教學方法，適時適當地將思政元素融入其中.對于量子力學，主要可以從兩方面融入思政元素.其一，量子力學體系的建成不是某個人的成就，是諸多物理學家經過長時間的探索，一點一點建立起來的金字塔，所以量子力學史是思政課程踐行題材之一.其二，量子力學理論本身也蘊含著非常豐富的思政元素.經過梳理發現，量子力學中的思政元素主要包括3個方面：首先是科學思想素養，如創新精神；其次，豐富的馬克思哲學思想也有跡可尋，如矛盾的思想、質變量變規律、不確定關系等；除此之外，量子力學中的思政元素還涉及社會主義核心價值觀.

3.1 以課程所蘊含的科學素養作為融入點

以周世勛先生編寫的《量子力學教程》為例，課本在第一章的緒論部分就已經介紹了量子力學的發展史.從黑體輻射、光電效應等現象揭示出光的波粒二象性，再到微粒的波粒二象性，這是一個打破傳統思想牢籠的過程，是一個漫長的敢想敢做的過程，沒有科學先驅們勇于挑戰權威的精神，沒有他們敢于創新的精神，就不可能有今天的微觀世界，就沒有量子力學帶來的一切科學成果.因而在緒論部分以科學家們的科研經歷為基礎，向學生介紹他們的科研背景、心路歷程等，對于實現課程思政的教學目標具有重要意義，而且這種思想必將貫穿學生學習量子力學的全過程.

3.2 以課程包含的馬克思主義哲學思想作為融入點

可以說，馬克思主義哲學思想是當代世界最受人民歡迎的一套思想理論體系，對于大學生世界觀、思想觀、價值觀的養成具有決定性作用，而量子力學建立至今，關于它的哲學思想的爭論從未停過.波粒二象性中光的波動性是互相依存、互相貫通的，但同時也是相互排斥、相互分離的，這是矛盾的不平衡原理的體現；而當微觀全同粒子的不可區分性遇到“世界上沒有兩片相同的葉子”，量子力學便同馬克思主義哲學思想擦出火花，引發學生的哲學思考.如此循環往復，學生的思考能力將到達一個新的高度.

3.3 以課程體現的社會主義愛國精神作為融入點

在大多數人的印象中，量子力學的發展主要依靠的是一些科學水平較高的歐洲國家.實際上，中國的一些近代學者也做出了歷史性的貢獻.中央研究院院士、中科院數理化學部委員吳有訓和他的合作者曾全面驗證了康普頓效應，并且得到了Compton很高評價，他的一張受15種元素散射的X射線光譜圖被康普頓與自己石墨散射的X射線光譜圖并列.中國第一位在世界上享有盛譽的理論物理學家王守競，于1927年11月在美國物理學會第147次年會上宣讀題為《論普通氫分子的問題》的論文，成功把新誕生的量子力學應用于分子現象，他的工作得到了國際學術界的公認.另外，胡剛復、葉企孫等早期的“幸運兒”都得以接受先進教育，不同程度上推動了量子理論的發展.他們的成就在量子力學的課程中都有相關內容，教師在教學過程中簡單的介紹便可以滿足學生的民族自信心和自豪感，是弘揚愛國精神的有效素材[3～5].

4 在量子力學課程思政教學中存在的問題及解決措施

量子力學雖然是大多數物理專業學生的必修課，但是在國家教學實踐改革的大背景下，量子力學教學課時日漸減少，教師授課時間緊張，而且作為理論性學科，教學方式多為講授法，課程內容難免略顯枯燥，再加上思政元素也比較集中，更是不易開展課程思政工作.針對這些問題進行研究，大致有以下解決辦法以供參考.

4.1 少課時 多學多看多思考

盡管量子力學課時減少，但是網上的授課軟件日益增多，各式各樣的課程琳瑯滿目，清華大學、北京大學等名校更是發布了很多對外開放的系統課和特色課.專業課教師可以向學生推薦優質特色課程，將其列入網絡選修課目錄，必要的時候也可將網絡學習情況納入考試評估標準之一，鼓勵學生學習.同時，微博、推特、微信公眾號等都是開放的、言論自由的公共網絡平臺，除了了解他人看待問題的想法，也可以發表自己的言論，辯證地看待、思考問題，拓寬自己的思想見識，微信公眾號“中科院物理所”就發表過很多發人深思的內容，在圈內被大量轉發.除此之外，要求學生撰寫小論文也是大學生常見的作業之一，針對某一涉及思政元素的問題，要求學生深入挖掘其中的內涵，撰寫思政小論文，除了翻閱資料得到的題材，在創作過程中也能加入自己的理解，激發學生思考問題的積極性，以此來達到思政教育的目的.

4.2 避免說教 潤德于無聲

理論課程對于課程思政最大的弊端之一就是教學過程枯燥，教師在實現思政教育的時候難免說教，可枯燥的說教看起來總是那么蒼白無力.面對這一問題，我們應該結合量子力學的課程內容，根據課程思政本身的特性，選擇合適的方式引入到課程中.對于有某些故事背景的思政元素，可以用講故事的方式引入，結合故事本身特點，畫龍點睛地說明故事的意義所在.

4.3 前者后置 細水長流

前文已經提到，在量子力學第一章的緒論部分已經聚集了本課程大多數的思政元素.Planck, Compton, Einstein, Born, de Broglie等人在量子力學起初的工作中敢于挑戰權威，打破傳統思維，不畏心理和物質環境等多重挑戰，不斷提出新的科學觀點，在實驗中證明自己或他人理論的正確性，尤其是在數據的處理上，嚴格要求其接近理論數據，光是Planck常數就先后被測定了4次，小數點后的數位越來越精確.量子力學中幾乎所有的思政教學工作都能在這一章完成，教師可以講很多故事，有效激發學生的學習興趣.

可是對比就有差距，前面的內容越有趣，后面的內容看起來就越枯燥.細水才能長流，因此把前面的思政元素盡量在后續的相關內容中進行展現就尤為重要，這就要求教師找出其中的關聯，整體預案.當然，個別重要的思政思想也可多次強調，但也切忌老生常談，教師需依據學生的課堂反應隨機應變.

5 結論

教書育人，課程便是育人的主要載體.傳統的思政課程總是顯得太過刻意又難逃說教，在專業課程中進行潛移默化的課程思政教學正在得到更多人的認可.在量子力學課程中融入思政元素既能豐富課程內容，使教學效果得到明顯提升，又能培養學生的創新思維與創新精神，增強民族自信與制度自信，提高個人素質，將來更好地服務社會.然課程思政還在發展階段，需要相關領導的支持和廣大教師的不懈探索，更要充分利用新媒體加大宣傳力度，盡早將課程思政在全國高校進行全面普及，發動廣大人民教師群策群力.