大學物理實驗開展課程思政的研究與實踐*

吳慶州 王 濤 李 雷

(南京理工大學紫金學院 江蘇 南京 210046)

1 引言

新時代國家對課程建設提出了新的要求，無論是習總書記的系列講話還是教育部的系列會議、文件都明確了課程思政的重要性.2020年6月1日教育部發布了《高等學校課程思政建設指導綱要》，指出全面推進課程思政建設是落實立德樹人根本任務的戰略舉措，明確了課程思政建設的目標要求和內容重點[1].高等教育的根本目的是人才培養，實驗教學通過實驗課程的設計，讓學生通過自己動手去驗證和創新科學原理，能夠更好地激發學生去求真、求是，在實踐中形成科學思維悟得科學原理，培養學生良好的科學品格.物理實驗作為自然學科通識類知識課程，是工科學生進入大學校園后的第一門系統的學習實驗方法、技能的實驗課程.實驗教學中如何在開展課程思政的同時，更好地塑造學生科學品格是物理實驗教師在教學中值得深思的一個問題.

2 實驗課程育人的目標要求和內容重點

高等教育法第五條規定，高等教育的任務是培養具有社會責任感、創新精神和實踐能力的高級專門人才，發展科學技術文化，促進社會主義現代化建設.高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才[2].物理實驗課程育人的目標與高等教育的育人目標完全一致，就是提高人才培養質量，將新時代中國特色社會主義思想融入到實驗教學的每一個過程，提升學生的認知能力、判斷能力、動手能力、實踐能力和創新能力.

物理實驗課程育人的內容要根據不同實驗項目特點而定，以愛黨、愛國、愛社會主義、愛人民、愛集體為主線，引導學生堅定理想信念、確立科學的價值觀念、增強自身的綜合素養[3].在實驗背景、實驗原理、實驗目的、實驗操作等環節中，通過巧妙和科學的內容設計將社會主義核心價值觀、愛國情懷、奮斗精神等思政元素以潛移默化的形式融入教學中，實現實驗思政教育的“潤物細無聲”，在提升學生實驗能力、塑造學生科學品格的同時增強學生的“四個自信”.

3 開展課程思政的方法與途徑

物理實驗課程通過傳授給學生基礎的物理知識、基本的實驗技能，使學生在學習和實踐實驗知識的過程中掌握物理觀念，學會科學思維，通過科學探究解決實際問題，培養學生的科學態度與責任，逐步形成受益終身的科學品格.

3.1 講好實驗故事發揮榜樣的力量

物理實驗在知識傳授前都要進行實驗背景的介紹.挖掘實驗背景中的思政元素，將科學精神、愛國主義和家國情懷通過真實生動的科學家的故事講給學生，能更好地激發學生學習自然科學知識的興趣，培養學生正確的科學觀、人生觀和價值觀.

用思政的思維設計好實驗背景，講好科學家故事能更好地實現育人效果.比如，幾乎每個學校都會開設的霍爾效應實驗，在講述實驗背景的時候就可以融入豐富的思政元素如圖1所示.

圖1 霍爾效應發現過程中的育人設計

1879年24歲的霍爾還是一個研究生，在讀到英國物理學家麥克斯韋的《電和磁》和瑞典物理學家愛德朗的論文《單極感應(Unipolar Induction)》時，發現其中關于通電導體在磁場中受力的相關論斷是相互矛盾的[4].霍爾帶著疑問請教導師羅蘭教授，在導師的幫助下以此作為讀研的課題設計實驗進行驗證.在多次失敗后霍爾并沒有放棄而是改變實驗思路最終利用窄條金箔得到了科學的實驗數據，成功地證實了霍爾效應現象.通過對霍爾效應發現的過程講解啟迪學生在科學研究的道路上形成良好的科學品格，抓住當下勤奮好學，不僅要有敢于質疑的勇氣，還要有創新的思維和堅持不懈的努力.

實驗進展和應用的介紹可以激勵學生勇于探索，關注科技前沿，樹立遠大理想和抱負.前沿領域的每個物理實驗都包含了豐富的物理學知識，很多前沿的研究都是來自于基礎的實驗.人類對霍爾效應的研究從發現到現在一直持續不斷，很多偉大的科學家因相關研究獲得了諾貝爾獎.霍爾效應的研究進展和應用如圖2所示，既有獲得諾貝爾獎的美籍華裔科學家崔琦[5]，又有世界科研前沿的張首晟、薛其坤、修發賢等華人科學家[6～7]，他們的研究成果、愛國精神都可以很好地增強學生的愛國自信和愛國熱情，塑造學生的良好科學品格.

圖2 霍爾效應的研究進展和應用

3.2 建好實驗室環境發揮有形育人的作用

實驗室環境育人的作用非常明顯，能夠激發學生積極向上、嚴肅認真的學習精神[8].實驗室是未來科學家的搖籃，是懷揣科學夢想的大學生向往之地.良好的實驗環境能夠營造一個好的實驗氛圍，讓參與實驗的人心情愉悅，促進學生科學實驗習慣的形成，利于培養其科學品格.

在實驗室文化建設中我們做了如圖3所示的各種場景布置，突出了勇攀科學高峰和愛國情懷的引領，發揮了其顯性育人的積極作用.

圖3 實驗室布置

在實驗室外面走廊張貼了許多與實驗相關的畫報，既有經典的諾貝爾獎也有國內科學家的愛國故事，還有最新的科學技術.學生每次來到實驗室都能看到、感受到科學精神和愛國情懷，有利于在其科學品格形成中堅定科學理想和愛國信念.海報結合時事適時更換，可以給學生帶來新鮮感，也能激發他們的求知欲.2019年我們制作了解密5G毫米波的海報,一上墻就吸引了許多同學駐足觀看，2020年疫情期間做了顯微鏡下的新冠病毒海報，介紹了顯微鏡的光學知識和各國疫情對比，彰顯了社會主義制度優勢.實驗室內裝飾簡潔明了，實驗教學模板、各種規章制度、安全指引上墻，讓學生一進入實驗室就感受到實驗室內嚴謹的科學氛圍，從而規范自己的實驗行為，使單一的實驗內容和方法在實際應用中得到延伸.實驗室的環境是實驗的同學所見所聞和親身經歷，會給他們留下深刻的印象，啟迪他們形成良好的科學品格.

3.3 選好網絡資源加強信息引領

課程思政在大學教育中應無處不在，尤其是在提倡信息化教學的今天，無論是線下教學，還是MOOC、直播課等線上教學都應具有思政元素.2020年疫情的影響使得網絡教學得以普及，隨著國家大力推進虛擬仿真實驗的建設，實驗課程借助虛擬仿真實驗也從傳統的線下搬到了線上，實現了居家實驗.公眾號、QQ群、微信群、直播室等信息平臺被廣泛使用，讓老師和同學、同學和同學之間的交流更為方便.線上教學對網絡資源的需求更是不言而喻，在浩瀚的信息資源中，教師信息引領作用就尤為重要.

圖4 實驗中心公眾號推送文章

好的網絡資源不但可以使學生們獲得知識，更能培養其良好的科學品格.教師通過精選和自建網絡資源將優良的信息推送給學生，可以起到良好的育人效果.如圖4所示，我國第一個量子計算云平臺發布后，實驗中心公眾號第一時間向學生推送相關專題，介紹量子處理器的前言知識，凸顯中國科學家在量子技術研究中的優勢地位.

3.4 編好教材和教學大綱明確育人方向

通過對實驗教材重新編寫，實現思政育人的有形融入.我們在2019年啟動了實驗新教材的編寫，更加注重育人和科學品格的培養.新教材為每個實驗精選了實驗背景，增加了前沿科技和相關應用介紹. 在學生閱讀實驗背景的時候能夠體會到科學家們巧妙的設計和研究思路，激發學生的創新思維和探究熱情.在學生閱讀前沿科技和相關應用的時候引導學生了解國外、國內科學發展情況，感受實證求真的科學精神，明確“四個正確認識”，增強“四個意識”，樹立“四個自信”.

教學大綱明確立德樹人的育人內涵，通過在不同實驗中穿插育人理念加強對學生科學品格的塑造.如表1所示，摘錄了部分實驗對應的思政內容和科學品格培養目標.通過實驗大綱明確每個實驗項目的思政內容，能理解和掌握基本的科學原理和方法；明確每個實驗的科學品格的基本要求，能運用科學的思維方式認識事物、解決問題、指導行為等.

表1 實驗大綱的思政內容和科學品格培養目標節選

3.5 做好教學設計強化育人效果

好的教學設計更能促進育人效果，是培養學生形成科學品格的重要手段.近幾年來，我們實驗中心在物理實驗教學模式上進行了一系列改革創新，在互聯網+、MOOC等技術背景下，教學上注重思政元素與信息化相結合.在實驗教學的預習、講授、測量、數據處理、實驗報告等環節中融入思政教育強化了學生科學的實驗能力，提升了教學效果.

教學設計應遵循學生認知過程，科學育人.學生在做實驗時，先通過聆聽教師講解，然后再自己動手去驗證實驗原理還原事物真相，對原理的理解和認知更加印象深刻.如全息照相實驗中，從干涉光路搭設過程中理解干涉的原理和條件，到底片沖洗理解顯影、定影的原理，再到全息再現理解光的衍射原理，以及全息模壓技術在商標、防偽中的應用，每一個知識講述中都可以融入科學精神，培養學生科學素養和科學創新能力.

在講授物理實驗方法中的補償法的時候，穿插一些科學家利用補償法解決科學難題的故事，更能加深學生對知識的理解和記憶.如講述溫度補償法時給同學們介紹王澤山院士通過對一系列材料結構和工藝的創新，利用燃料補償效應發明了新型低溫感含能材料，實現了材料中的溫度補償，讓火炸藥的燃燒速率可以在不同溫度下保持不變，解決了常溫下武器能效不高的世界軍事領域難題，既讓同學們一下子就記住了溫度補償的原理和應用，還激發了同學們的愛國熱情和民族自豪感.

4 結束語

新時代課程思政建設是全面提高人才培養質量的重要任務.物理實驗與其他學科的實驗有相通的科學共性，是學生學會科學實驗、養成科學品格的基礎實驗.將思政融入實驗教學，有利于培養學生的理想信念、家國情懷、勇于實踐、勤于探索、善于總結的科學實驗精神，對塑造學生科學品格有著十分重要的意義.