挖掘思政要素 培育時代新人
——以“自由落體運動”一節為例

楊奧龍 熊建文

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治會議上強調：堅持不懈培育和弘揚社會主義核心價值觀，把“立德樹人”作為教育的根本任務.不僅要利用思想政治課實現育人價值，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應[1].因此，對于非思政課教師而言：要落實立德樹人的根本任務，就要充分發掘課程思政的要素.全面推進課程思政建設，將寓價值觀引導于知識傳授和能力培養之中，幫助學生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀.

1 “課程思政”的內涵及現狀

“課程思政”是指在思想政治課之外，充分發掘各門課程中蘊含思想政治的元素，并將其融入各個學科的教育教學環節中，潛移默化地實現課程的育人價值.理科的“課程思政”是指注重科學素養的提升、科學思維方法的訓練，引導學生樹立科學精神、培養學生探索未知、追求真理、勇攀高峰的責任感和使命感.

根據目前的教學現狀來看，課程思政主要在高校中開展.許多高校教師以課程思政為導向進行教學，例如在大學物理實驗、大學化學等領域取得了一定的課程思政研究成果.同理，在高中階段開展課程思政教學也有必要性，在學生數量上，高中學習物理的人數比大學學習物理的人數多；在學生認知上，高中是學生樹立正確人生觀、價值觀、世界觀的重要階段.

不同于其他文科課程，物理課程往往被誤認為不能發揮思想政治教育的功能，但是物理學作為理科基礎學科之一，它對幫助高中學生了解客觀世界、學習探索世界的方法、培養科學思維、形成科學的態度與責任等都有非常重要的作用[2].因此，在高中物理教學中挖掘課程思政要素是必要的.

2 物理教學中思政要素的挖掘

劉玉斌教授所在的教學團隊構建了“樹立正確科學觀”的思政目標，其主要內涵包括：科學精神、科學方法和科學素養3個維度，使思政目標實現了立德與樹人、育人與育才的有機結合[3].以“伽利略對自由落體運動的研究”一節為例，普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)對本節的要求為：“結合物理學史的相關內容，認識物理實驗與科學推理在物理學研究中的作用”[4].運用物理學史重走伽利略對自由落體運動的研究過程，體會伽利略在建立概念、實驗探究、發現規律的過程中所呈現的科學方法、科學精神和科學素養.因此，物理學史對培育學生形成正確的科學觀起著重要的作用.在物理教學中充分挖掘科學精神、科學方法、科學素養3個思政要素進行研究.

2.1 科學精神

在學生學習和成長的過程中科學精神是不可或缺的.亞里士多德將自然界的運動分為：自然運動和受迫運動，為此他產生的觀點是“重的物體下落快，輕的物體下落慢”.在當時所處的時代，亞里士多德具有權威性，他的這一觀點影響了人們1 900多年.后來伽利略對這一觀點產生了質疑，并通過“思想邏輯實驗”推翻了亞里士多德的觀點.在這之前人們普遍認為物體下落快慢與物體重量有關，在亞里士多德的這一觀點發生巨大轉變的過程中，引導學生深入體會伽利略為了追求真理所經歷的挫折與困難，并滲透他敢于質疑、追求真理和勇于探索的科學精神.

2.2 科學方法

2.2.1 邏輯推理——“伽利略的思想邏輯實驗”

將伽利略質疑亞里士多德觀點的歷史過程還原，讓學生經歷伽利略的“思想邏輯實驗”.若亞里士多德的觀點正確，假定大、小石頭下落速度分別為8和4，將兩塊石頭綁在一起，大石頭將被小石頭拖著從而減速，系統速度將小于8；但兩塊石頭綁在一起的總重量大于大石頭，系統的下落速度又應大于8，可見由亞里士多德的觀點得出的結論前后矛盾，進而可以否定亞里士多德的觀點[5].因此，伽利略通過邏輯推理得出：重的物體和輕的物體下落一樣快，學生通過體會這一思想邏輯實驗的過程，滲透邏輯推理的科學方法.

2.2.2 實驗研究——“自由落體運動的規律”

繼邏輯推理之后，伽利略通過實驗對自由落體運動的規律進行研究，流程圖如圖1所示.

圖1 “伽利略對自由落體運動的研究”流程圖

在實驗研究的過程中也蘊含著豐富的科學方法，邏輯推理和實驗相結合的科學方法是伽利略對自由落體運動研究的重要科學研究方法，對培養學生形成良好的科學思維品質具有重要的作用.教師引導學生利用邏輯推理和科學實驗的方法，重新探索“伽利略探究自由落體運動的規律”，由于在當時的歷史背景下沒有描述物體運動的概念，因此，伽利略建立了速度、加速度等運動學概念，進而提出兩個猜想v∝t和v∝x.

(1)邏輯推理之數學演算

引導學生應用數學演算進行邏輯推理，切實讓學生體會科學推理的過程，激勵學生提出問題并敢于質疑.

(2)邏輯推理與實驗相結合

伽利略通過邏輯推理得出v與t成正比后，進而想通過實驗驗證這一猜想.由于當時科學技術不發達的歷史背景，不能直接測得瞬時速度v.

為了驗證猜想，教師繼續引導學生該如何轉換測得瞬時速度v，展示伽利略利用數學推導的探究過程，如圖2所示.

圖2 v∝t推導x∝t2

對于時間的測量：由于物體下落得快，所用的時間短，在當時的條件只能依靠滴水計時，所測得時間存在的誤差較大.進而教師引導學生思考：物體下落的時間較短，該如何改良實驗方案，學生可能想到通過增加物體運動的高度來延長物體的運動時間，但是忽略了增加物體下落高度這一做法的可行性[7].為了驗證x∝t2，教師向學生介紹伽利略“沖淡重力”斜面實驗的巧妙之處：讓銅球從斜面頂端滾下，在不同的時刻用擋板擋住銅球，記錄銅球滾下的位移.由于銅球在斜面上的加速度比自由下落時的加速度小得多，在斜面上運動的時間更容易測量.因此，伽利略用“斜面實驗”來延長運動時間，換用不同質量的銅球、改變斜面的傾角，讓銅球從阻力很小的CA和CD斜面滑下，如圖3所示.

圖3 理想“斜面實驗”

伽利略經過上百次的實驗得出：小球在斜面上的運動是勻加速直線運動，當斜面傾角一定時，小球的加速度一定；當斜面傾角增大時，小球的加速度增大.基于伽利略“斜面實驗”的結果，教師繼續引導學生進行科學推理：當斜面的傾角繼續增大到90°時，小球的運動即為自由落體運動.

伽利略對外推結果進行修正：在研究過程中忽略了空氣阻力，物體自由下落的過程是研究問題的主要因素，空氣阻力是次要因素，忽略空氣阻力物體做自由落體運動.讓學生理解物理現象的背后都是簡單的數學規律這一思想，幫助學生樹立正確的物理觀念.教師通過引導學生體驗“伽利略探究自由落體運動規律”的過程，讓學生領悟“數學與實驗”和諧結合的科學思想，所應用的科學方法是人類認識史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開始[8].在物理教學中滲透這一科學方法對培養學生的思維能力具有重要意義.

2.3 科學素養

在伽利略探究自由落體運動規律的研究中，以“物體下落快慢與物體重量是否有關”為問題導向，通過邏輯推理、數學演算、實驗驗證的科學方法進行研究，最后合理外推得出自由落體是勻變速直線運動的研究結論.在此研究過程中，伽利略將“邏輯推理和實驗”和諧結合的科學方法形成了科學研究的一般規律.即通過問題導向、問題解決、科學研究的一般規律而形成科學素養.

教師引導學生重走“伽利略探究自由落體運動”的歷程，學生從中深入理解與體會科學研究的方法和科學研究的一般規律，有助于提高學生的科學素養能力.

3 教學建議

3.1 利用教材欄目 提煉思政要素

在人教版高中物理教材的科學漫步、STSE欄目中蘊含著豐富的思政要素.既有對科學家的生平簡介及發現重要物理規律的探究歷程，也有對中華民族傳統文化、我國前沿科技事業的介紹.教師要充分利用物理教材中的欄目，從中提煉出科學家的科學精神、科學方法、科學素養等思政要素，進而培養學生的科學思維，增強學生的家國情懷和個人與民族的責任意識.

3.2 重視物理學史 體驗探究過程

物理學史是呈現物理概念、物理規律、研究方法的脈絡，教師不僅要注重物理知識的傳授，而且要注重物理學史的呈現.物理學家在探究物理規律的過程中含有大量育人價值的思政要素，引導學生重走物理學家當年探究物理規律的歷程，體驗物理學家重要的物理思想和方法.例如伽利略在探究自由落體運動規律時所呈現的不畏權威和敢于質疑的科學精神、邏輯推理和實驗相結合的重要科學研究方法；法拉第在探究電磁感應定律時所呈現的不怕失敗和堅韌不拔的科學探索精神、設計探究實驗所運用的類比科學方法.從而幫助學生樹立正確的科學觀、人生觀和世界觀.

3.3 滲透科學方法 提升思維能力

科學觀中的科學方法是思政要素之一，科學方法主要是指利用科學思維從事科學研究，從而得出研究對象的本質和規律.在物理課堂中滲透科學方法對學生形成良好的科學思維具有重要的作用.將物理學中的科學推理、數學演算、實驗驗證等科學方法滲透在物理教學中，促進學生鏈式思維的形成，從而提升學生的思維能力.

3.4 變革育人模式 提高學習興趣

在物理教學中變革傳統的教學模式，采用多種多樣的教學形式來提高學生的學習興趣.例如對于不同類型的物理課堂，可以采用“重走物理學家探索之路”“小組話劇形式呈現物理學史”“線上線下混合式教學”“小組合作式探究學習”等新型教學模式.通過變革育人模式，激發學生學習的主動性和創造性，提高學習的興趣，引導學生深入體會物理學家在研究過程中所體現的偉大科學精神、科學思想和科學品質.

4 總結

在“課程思政”思想的指導下，要充分挖掘物理教學中的課程思政要素，以課程為載體，將思政要素寓于課程.為了使課程思政達到潤物細無聲的課堂效果，教師不僅在思想上要有意識，更要在課堂上有滲透，引導學生深入理解知識背后所呈現的科學素養和人文精神，從而實現課程育人的價值.

思政教學的開展不是一蹴而就的，需要潤物無聲地融入、潛移默化地影響，從學科知識層面的引領到思想精神層面的滲透，將思政要素貫穿于整個育人環節中，使之成為一種可持續發展的教育理念.同時，注重將物理學科中所體現的科學精神、科學方法、科學素養滲透在物理教學中，并將其與社會主義價值觀相結合，增強學生的思想責任意識，肩負起民族復興的歷史重任，培養新時代有理想、有責任、有擔當的新青年.