大學(xué)物理課程思政的教學(xué)實(shí)踐
——以黑體輻射為例

周 玲 成鳴飛 彭 菊

（南通大學(xué)，江蘇 南通 226019）

近幾年來，習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào)要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，[1]廣大教師要做學(xué)生錘煉品格的引路人，做學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的引路人，做學(xué)生創(chuàng)新思維的引路人，做學(xué)生奉獻(xiàn)祖國的引路人，[2]因此要實(shí)現(xiàn)全程、全方位育人的目標(biāo)，就需要在加強(qiáng)思想政治工作的同時(shí)，發(fā)揮好其他課程的育人作用。

大學(xué)物理課程作為理工醫(yī)類的基礎(chǔ)必修課，課程思政在高校的人才培養(yǎng)體系中具有十分獨(dú)特和重要的地位。在課程思政目標(biāo)的指引下，許多高校都在積極進(jìn)行大學(xué)物理課程思政的探索，對(duì)如何在哲學(xué)視域下領(lǐng)悟物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，[3]以及如何發(fā)揮大學(xué)物理課程的育人功能[4]進(jìn)行全面的闡釋。大學(xué)物理素材真實(shí)自然，有助于學(xué)生在學(xué)好專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，修煉自己的精神內(nèi)核，開啟智慧，啟迪思想，感化心靈。大學(xué)物理的思政素材豐富多樣，適合開展多主題的思政教育，有利于各種思政的核心價(jià)值根植于學(xué)生心田，外化于學(xué)生的實(shí)際行動(dòng)。思政教學(xué)需要春風(fēng)化雨、潤物無聲，學(xué)科知識(shí)與思政元素相結(jié)合只有不斷雕琢才能越做越好。因此，本文旨在探索如何將思政元素自然地融入實(shí)際教學(xué)，真正將課程思政的目標(biāo)落實(shí)在教學(xué)內(nèi)容中。

一、總體思路和教學(xué)設(shè)計(jì)

兩年前，我校組建了大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊(duì)。通過大家的智慧，充分挖掘思政元素，形成新的教學(xué)設(shè)計(jì)。通過信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，新的教學(xué)設(shè)計(jì)已在2020年上半年新冠疫情期間線上教學(xué)、下半年線上線下相結(jié)合的教學(xué)中使用。經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐，形成了課程思政的總體思路：以“知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、價(jià)值引領(lǐng)”為導(dǎo)向，將馬克思主義哲學(xué)思想、科學(xué)精神和理想信念融入課程教學(xué)中。通過提升課程的思想性、文化性和內(nèi)涵性，使教學(xué)的過程成為引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)、錘煉心志、涵養(yǎng)品行和培養(yǎng)能力的過程，幫助學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，堅(jiān)定“四個(gè)自信”，增強(qiáng)使命擔(dān)當(dāng)，實(shí)現(xiàn)潤物細(xì)無聲的全方位育人功能。教學(xué)設(shè)計(jì)采用線上和線下混合式教學(xué)。線下課堂教學(xué)利用豐富多彩的思政元素，開展多主題的思政教育。具體從六個(gè)方面設(shè)計(jì)思政內(nèi)容：物理學(xué)故事激發(fā)人生情懷；物理學(xué)思想引領(lǐng)世界觀；物理學(xué)發(fā)展感受人類文明；物理學(xué)拓展塑造價(jià)值追求；物理學(xué)知識(shí)點(diǎn)燃思想火花；物理學(xué)素養(yǎng)構(gòu)建科學(xué)精神。線上采用“慕課+課堂派”的模式。[5]利用慕課平臺(tái)，在我校大學(xué)物理在線課程中實(shí)現(xiàn)課程思政。思政內(nèi)容在講解視頻、拓展視頻和互動(dòng)討論中都會(huì)涉及。講課視頻功能與線下課堂教學(xué)相同，增加的拓展視頻（物理學(xué)家生平、物理科技、物理前沿等）進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的思想道德情懷，互動(dòng)討論進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生正確的思維方法和價(jià)值觀。利用課堂派網(wǎng)上直播授課的彈幕、在線答題功能，可以將思政元素和案例與學(xué)生進(jìn)行有效互動(dòng)，讓課程思政入眼、入腦、入心，從而提高思政育人效果。

下面以黑體輻射的課堂教學(xué)為例，對(duì)大學(xué)物理課程思政進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。

二、課程思政教學(xué)實(shí)踐——以黑體輻射為例

黑體輻射是19世紀(jì)末導(dǎo)致經(jīng)典物理學(xué)體系發(fā)生根本性變革的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，它在開啟量子物理大門的過程中起著舉足輕重的作用。在這一過程中有矛盾沖突，有思想火花，有哲學(xué)思辨，因此我們可以以經(jīng)典物理的困難、量子概念的提出和發(fā)展為教學(xué)主線，以馬克思主義哲學(xué)思想、物理學(xué)大師的科學(xué)精神、科學(xué)思維方法和愛國情懷為思政融入點(diǎn)展開教學(xué)。

1.課程引入

近年來，“量子”已成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)熱詞，究竟什么是量子呢？通過短視頻，快速一睹量子世界，激發(fā)學(xué)生的探究欲。然后從19世紀(jì)末20世紀(jì)初，經(jīng)典物理學(xué)晴朗的天空飄來兩朵小小的烏云（邁克耳孫——莫雷實(shí)驗(yàn)和黑體輻射）入手，引入經(jīng)典物理學(xué)理論不能解釋的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，揭示經(jīng)典物理學(xué)面臨的危機(jī)。提問：換做你是物理學(xué)家，該保持科學(xué)精神、實(shí)事求是，還是不拘小節(jié)、敷衍了事？角色代入，增加體驗(yàn)感，激發(fā)好奇心。

該如何認(rèn)識(shí)量子呢？引入量子物理中研究方法：了解黑體輻射等實(shí)驗(yàn)事實(shí)→經(jīng)典理論解釋的困難→提出新的假設(shè)和理論→新理論對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的解釋。

2.課程講解

（1）19世紀(jì)的前沿?zé)狳c(diǎn)——黑體輻射

a.黑體的概念

黑體是理想模型。提問：經(jīng)典物理學(xué)中討論過哪些理想模型？既然自然界真正完全的黑體不存在，為什么還要研究黑體？其意義在哪里？闡述建立黑體模型的意義和蘊(yùn)含的科學(xué)思維方式。

b.輻射的概念

辨析輻射與反射的區(qū)別，從實(shí)例理解輻射能量與溫度和波長關(guān)系。實(shí)例1：熱輻射與冶煉；實(shí)例2：熱輻射與額溫槍。提問：生活中還能找到哪些與熱輻射有關(guān)的實(shí)例呢？引入反映輻射能量與波長和溫度關(guān)系的兩個(gè)物理量——單色輻出度和輻出度。

c.黑體輻射實(shí)驗(yàn)

介紹黑體輻射的實(shí)驗(yàn)裝置，給出黑體輻射的單色輻出度隨波長和溫度變化的實(shí)驗(yàn)曲線，以及由實(shí)驗(yàn)曲線得到兩條實(shí)驗(yàn)定律：斯特藩——玻耳茲曼定律和維恩位移定律，分析經(jīng)典的維恩公式和瑞利——金斯公式解釋黑體輻射的困難。

（2）危中尋機(jī)，化危為機(jī)——普朗克的能量子假設(shè)

a.能量子假設(shè)的提出

普朗克仔細(xì)研究維恩公式和瑞利——金斯公式，利用豐富學(xué)識(shí)用內(nèi)插法在兩個(gè)公式之間湊出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，與實(shí)驗(yàn)曲線符合得很好，因此公式很快得到承認(rèn)。

如何從理論上推導(dǎo)出這個(gè)公式？普朗克經(jīng)歷了一生中最緊張的幾個(gè)星期，遍尋經(jīng)典物理學(xué)各種方法，都以失敗告終。最終深入研究提出能量子假設(shè)。

b.能量子假設(shè)的內(nèi)容

由普朗克的能量子假設(shè)得到了新的黑體輻射公式，與經(jīng)驗(yàn)公式一致，很好地解釋了黑體輻射現(xiàn)象。

c.科學(xué)界的質(zhì)疑，普朗克的困惑

普朗克這個(gè)工作的意義在于它大膽脫離了經(jīng)典物理學(xué)的軌道，但是能量由連續(xù)變化突然變?yōu)椴贿B續(xù)變化，這樣一種不合常規(guī)的行為，換來的是科學(xué)界的質(zhì)疑，畢竟經(jīng)典理論給人們的思想打下的烙印太深了。

能量子假設(shè)與經(jīng)典物理學(xué)能量連續(xù)分布的理論完全背離，也使普朗克心存不安，他為融合量子理論與經(jīng)典理論的矛盾奮斗了15年之久，最終不得不放棄這種努力。

（3）陽光總在風(fēng)雨后——新思想的發(fā)揚(yáng)光大

一個(gè)新思想的提出，還有待于具有遠(yuǎn)見卓識(shí)的人去進(jìn)一步發(fā)展，這個(gè)人就是愛因斯坦。愛因斯坦打破了原有的觀念，提出了光量子的假設(shè)，從而成功解釋了經(jīng)典理論所無法解釋的另外一個(gè)現(xiàn)象——光電效應(yīng)。由此引入接下來光電效應(yīng)的內(nèi)容。此后，再經(jīng)過玻爾、德布羅意、薛定諤等年輕物理學(xué)家的努力，普朗克的量子理論得以發(fā)揚(yáng)光大，最終導(dǎo)致量子物理的建立。

（4）盡處生機(jī)袞袞新——新的量子產(chǎn)業(yè)革命

介紹量子物理和相對(duì)論的發(fā)展催生的兩次量子革命，以及我國近年來在量子科技領(lǐng)域的先機(jī)。

3.思政融入點(diǎn)

（1）馬克思主義哲學(xué)思想

量子的創(chuàng)立從黑體輻射開始，處處體現(xiàn)著馬克思主義的哲學(xué)思想。量子物理中的研究方法就是一個(gè)從實(shí)踐到認(rèn)識(shí)，再到實(shí)踐的過程，體現(xiàn)著馬克思主義的認(rèn)識(shí)論。用熱輻射的知識(shí)分析新冠疫情期間廣泛使用的額溫槍的原理，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，反映了馬克思主義的實(shí)踐觀。普朗克的能量子假設(shè)與黑體輻射實(shí)驗(yàn)的符合，驗(yàn)證了實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。科學(xué)界對(duì)普朗克能量子假設(shè)的質(zhì)疑，說明人的認(rèn)識(shí)不是直線，而是螺旋式上升的。普朗克的困惑說明人的認(rèn)識(shí)具有反復(fù)性。最終新思想的發(fā)揚(yáng)光大，又告訴我們?nèi)魏问挛锏陌l(fā)展都是前進(jìn)性和曲折性的統(tǒng)一，這正是馬克思主義的唯物辯證法。通過馬克思主義哲學(xué)思想的滲透，可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到在前進(jìn)的道路上難免會(huì)遇到挫折，不要害怕挫折，要經(jīng)歷住風(fēng)險(xiǎn)的考驗(yàn)，道路是曲折的，而前途是光明的。

（2）物理學(xué)家的科學(xué)精神

馬克斯說過：在科學(xué)上沒有平坦的大道，只有不畏勞苦沿著陡峭山路攀登的人，才有希望達(dá)到光輝的頂點(diǎn)。量子概念的提出閃耀著普朗克不畏艱險(xiǎn)的奮斗精神、有根據(jù)的懷疑精神和革故鼎新的創(chuàng)新精神，以及于危機(jī)中創(chuàng)新機(jī)，于變局中開新局的膽識(shí)。這種膽識(shí)來自敏銳的洞察力，豐富的學(xué)識(shí)，而機(jī)遇總是垂青有準(zhǔn)備的頭腦。古人云：讀書貴能疑。正是懷疑精神和創(chuàng)新精神導(dǎo)致了理論上和技術(shù)上的重大突破。縱觀整個(gè)量子物理的建立過程，就是一個(gè)又一個(gè)奮斗、懷疑、創(chuàng)新的過程。作為青年學(xué)生，同樣也要具備這些科學(xué)精神：要學(xué)會(huì)不滿足已有認(rèn)識(shí)，不斷追求新知；不滿足現(xiàn)有的方式方法，根據(jù)實(shí)際需要或者實(shí)際情況，不斷進(jìn)行改革；不墨守成規(guī)（規(guī)則、方法、理論、習(xí)慣），不盲目效仿別人的想法和做法，敢于打破原有框架，探索新規(guī)律新方法，不迷信書本權(quán)威，敢于根據(jù)事實(shí)和自己的思考，提出質(zhì)疑。

（3）科學(xué)思維方法

量子物理的建立過程也是科學(xué)思維方法傳承和發(fā)展的過程。黑體是一個(gè)理想模型。理想模型是為了便于研究，在忽略了次要因素之后建立起來的一種高度抽象的理想客體。力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)和剛體，熱學(xué)中的理想氣體都是理想模型。所以這是經(jīng)典物理學(xué)常用的科學(xué)研究方法——理想抽象化方法，反映了經(jīng)典物理追求簡單性的美學(xué)觀點(diǎn)。黑體模型也是這種科學(xué)思維方法的傳承。通過闡述為什么研究熱輻射要以黑體為研究對(duì)象，研究黑體這個(gè)理想模型的意義在哪里，可以讓學(xué)生明白所有的理想與抽象都不是脫離實(shí)際的存在，而是以客觀實(shí)際為基礎(chǔ)，既高于現(xiàn)實(shí)、超越現(xiàn)實(shí)，但又是合乎邏輯的現(xiàn)實(shí)推斷和假設(shè)。以后即便遇到物理學(xué)之外的任何復(fù)雜問題，都要學(xué)會(huì)善于從諸多因素中找出主要因素，忽略次要因素，先解決主要矛盾，再解決次要矛盾。量子概念提出以后，科學(xué)思維方法由追求簡單性向探索復(fù)雜性發(fā)展。經(jīng)典思維的特征是客觀、確定，而量子思維的特征則是跳躍、不確定。不同于傳統(tǒng)的客觀的研究對(duì)象，在信息文明的時(shí)代，人們還需要面對(duì)信息技術(shù)和人的思維。因此量子思維也是適合信息社會(huì)的思維方式。[6]通過這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生領(lǐng)會(huì)到我們不僅要有思維方式的傳承，也要有思維方式的突破。量子的思維方式，可以讓學(xué)生從根本上適應(yīng)新的時(shí)代。

（4）愛國主義精神和使命擔(dān)當(dāng)

經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，我國在量子科技領(lǐng)域已經(jīng)具備了強(qiáng)勁的國際競(jìng)爭力。我們的生活已經(jīng)與量子物理的產(chǎn)品緊密聯(lián)系在一起。特別是近幾年國際上首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”的成功發(fā)射，世界上首條量子保密通信網(wǎng)“京滬干線”的建成開通，量子計(jì)算原型機(jī)“九章”的橫空出世，使得“量子”一詞離我們的生活不再遙遠(yuǎn)。這些激動(dòng)人心的事件可以大大激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和民族自豪感，增強(qiáng)“四個(gè)自信”。同時(shí)也如習(xí)近平總書記所指出的：我國在量子科技領(lǐng)域具備科技實(shí)力和創(chuàng)新能力的同時(shí)，也存在不少短板和挑戰(zhàn)。由此可以激勵(lì)學(xué)生增加社會(huì)責(zé)任感和使命感，做到努力學(xué)習(xí)、刻苦鉆研，自覺把個(gè)人的前途命運(yùn)與國家的前途命運(yùn)聯(lián)系在一起，為中華民族的偉大復(fù)興貢獻(xiàn)自己的一份力量。

通過這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，可以看到科學(xué)家們?cè)谧非笳胬淼倪^程中，科學(xué)得到發(fā)展，社會(huì)得到進(jìn)步，個(gè)人實(shí)現(xiàn)價(jià)值！同樣身為年輕人，同學(xué)們也要樹立遠(yuǎn)大理想，以奮斗之豪情、奏青春之樂章。不僅要學(xué)好知識(shí)，也要培養(yǎng)自己堅(jiān)強(qiáng)的意志，建立危中尋機(jī)的意識(shí)，以及不畏困難、求真創(chuàng)新的精神，最終做到追逐夢(mèng)想，不負(fù)韶華。

三、小結(jié)

本文以黑體輻射為例，探討了將大學(xué)物理課程與思政教育相結(jié)合的具體實(shí)踐。大學(xué)物理具有完整的知識(shí)體系，也是思想政治教育的“富礦”，因此它能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理規(guī)律解決實(shí)際問題的能力，同樣也能在探究自然規(guī)律的過程中悟出很多人生哲理，激發(fā)愛國情懷，通曉思想政治中的真理。大學(xué)物理的課程內(nèi)容是教學(xué)之本，也是課程思政的內(nèi)容載體，而中國特色的哲學(xué)社會(huì)科學(xué)體系就是“活水之源”，也是課程思政的靈魂所在。通過深挖教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、拓展傳播載體，必能有效傳遞課程思政的核心價(jià)值，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程與思政課程同向同行。