大學(xué)物理課程思政的切入點(diǎn)探討

賈 敏 王玉生 羅世鈞 張巧麗

為貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上的講話精神，需要進(jìn)行課程思政建設(shè)。梳理和挖掘課程中的德育元素，將思政教育引入日常教學(xué)，這樣不僅可以完善課程體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“三全育人”的核心內(nèi)容，而且也是當(dāng)前教育改革及發(fā)展的必經(jīng)之路。大學(xué)物理是所有理工科專業(yè)中非常重要且必不可少的一門課程，授課面比較廣泛，知識(shí)內(nèi)容中蘊(yùn)含著豐富多樣的思政素材，是落實(shí)立德樹(shù)人教學(xué)根本任務(wù)的重要途徑。尋找高校物理課程思政教育的切入點(diǎn)，充分挖掘其所蘊(yùn)含的思政要素，成為該課程思政建設(shè)的重要突破口。

本研究團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)線上線下混合式教學(xué)模式的實(shí)踐探索[1]，以物理學(xué)史和物理學(xué)家、中華文化、科技前沿等方面為切入點(diǎn)，挖掘思政元素，進(jìn)行物理教學(xué)和思政教育的融合。

一、思想方法

物理學(xué)是用于研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式和相互作用的一門自然科學(xué)，很多知識(shí)具有邏輯性、推理性、抽象性、歸納性和實(shí)驗(yàn)性，蘊(yùn)含著豐富的辯證唯物主義思想[2]。物理學(xué)影響著人類對(duì)物質(zhì)世界的基本認(rèn)識(shí)和人類的思維方式，為人類探索未知世界提供了一系列科學(xué)的認(rèn)識(shí)論和方法論，它的發(fā)展在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域都有重要的指導(dǎo)意義。教師基于物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)所傳授的基本概念、理論和方法，于教學(xué)中潛移默化地鼓勵(lì)學(xué)生敢于質(zhì)疑和勇于批判，提高辯證思維能力，掌握科學(xué)的物理方法。小到夸克，大到天體，再到看不見(jiàn)摸不著的“場(chǎng)”，都表明了世界的物質(zhì)性。物體的運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，對(duì)其運(yùn)動(dòng)的描述是相對(duì)的；勢(shì)能的值是相對(duì)的，而勢(shì)能差是絕對(duì)的。這些都告訴我們事物是具有兩面性的。靜摩擦到滑動(dòng)摩擦的轉(zhuǎn)變、電容器的擊穿、磁疇瓦解的居里點(diǎn)和布儒斯特角等體現(xiàn)了量變和質(zhì)變關(guān)系，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到事物變化和發(fā)展的質(zhì)量互變規(guī)律，即唯物辯證法的基本規(guī)律之一。分子間存在斥力與引力、磁極總是成對(duì)出現(xiàn)不可分割等揭示了矛盾內(nèi)在的辯證統(tǒng)一性。永動(dòng)機(jī)的失敗說(shuō)明了自然規(guī)律的必然性，人們要順應(yīng)和利用自然規(guī)律，而不能違背自然規(guī)律。很多物理規(guī)律和理論都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，遵從了“實(shí)踐—理論—實(shí)踐”循環(huán)往復(fù)的認(rèn)識(shí)論和方法論，比如愛(ài)因斯坦相對(duì)論的建立等。光的微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)的長(zhǎng)久斗爭(zhēng)體現(xiàn)了否定之否定規(guī)律，最終統(tǒng)一為光的波粒二象性則反映了事物發(fā)展的前進(jìn)性和曲折性的統(tǒng)一，即變革和繼承相統(tǒng)一的揚(yáng)與棄。這些都可以讓學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)到物質(zhì)世界的客觀性，要勤于觀察和思考，通過(guò)實(shí)踐人們既能發(fā)現(xiàn)真理又能檢驗(yàn)真理，解決問(wèn)題要善于抓住主要矛盾，順應(yīng)事物的發(fā)展變化規(guī)律，做到與時(shí)俱進(jìn)，而不是拘泥不變，生搬硬套。

在物理學(xué)的研究和發(fā)展中處處存在著科學(xué)的物理研究方法，比如類比法，其可以啟發(fā)思路，提供線索，指明方向。法國(guó)科學(xué)家?guī)靵鲈谘芯空婵罩袃蓭щ娗蝮w間的作用力時(shí)，大膽地將其類比于牛頓萬(wàn)有引力定律，得到了后來(lái)被實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證的庫(kù)侖定律。學(xué)習(xí)剛體力學(xué)時(shí)，學(xué)生大多一時(shí)難以理解和理順“力矩、動(dòng)量矩、沖量矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”這些新概念與“角速度、角加速度和角位移”物理量間的關(guān)系及規(guī)律公式，這時(shí)教師可以讓學(xué)生類比熟悉的質(zhì)點(diǎn)力學(xué)中的“力、動(dòng)量、沖量和質(zhì)量”與“速度、加速度和位移”間的關(guān)系和公式，使晦澀抽象的物理概念和復(fù)雜深?yuàn)W的規(guī)律變得更加具體，這樣學(xué)生很快就能理解并融會(huì)貫通。根據(jù)電學(xué)中電通量的概念和求法，利用類比法學(xué)生很快就能掌握磁學(xué)中磁通量的概念和求法。物理研究方法還有理想模型法、等效法、歸納總結(jié)法等，這些方法的應(yīng)用使得物理問(wèn)題的分析和解答變得更容易理解，也為學(xué)生將來(lái)融入社會(huì)打下了良好的基礎(chǔ)。

二、物理學(xué)史和物理學(xué)家

除了物理科學(xué)知識(shí)外，物理學(xué)還包括探索和發(fā)現(xiàn)理論和規(guī)律的過(guò)程，以及所涉及的眾多物理學(xué)家和他們身上所具有的科學(xué)精神和研究方法。不管是基本概念的提出與完善、定律的發(fā)現(xiàn)和理論的創(chuàng)立，還是學(xué)科分支的建立，都經(jīng)歷了曲折、漫長(zhǎng)的思維辯證過(guò)程[3]。因此物理學(xué)發(fā)展的歷史，是由千千萬(wàn)萬(wàn)位物理學(xué)家探索鉆研的光輝事跡共同鑄就的，其中蘊(yùn)含著人類歷史上寶貴的智慧結(jié)晶和思想文化沉淀，這些都是重要的物理教學(xué)資源。將這些物理學(xué)家的故事與他們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)和尊重實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度、崇高忘我和捍衛(wèi)真理的科學(xué)精神等融入物理課堂，可以對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和精神品格的提升起到很好的促進(jìn)作用。

電學(xué)中在講解電荷及其發(fā)展時(shí)，教師可以穿插如下內(nèi)容：史冊(cè)傳芳的“風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)”是物理學(xué)家富蘭克林在1752年冒著生命危險(xiǎn)設(shè)計(jì)的“捕捉天電”的實(shí)驗(yàn)，證明了“天電”和“地電”是同一性質(zhì)，證明了雷電是自然界一種大規(guī)模的放電現(xiàn)象，從而發(fā)明了沿用到現(xiàn)在的避雷針。這種為科學(xué)而獻(xiàn)身的忘我精神、敢于實(shí)踐和挑戰(zhàn)的勇氣以及追求真理的執(zhí)著都可以使學(xué)生產(chǎn)生觸動(dòng)，入腦入心，對(duì)于后面學(xué)習(xí)尖端放電和避雷針這部分內(nèi)容也是很好的鋪墊。1753年，為了驗(yàn)證富蘭克林的實(shí)驗(yàn)，著名電學(xué)家利赫曼不幸遭雷擊中，獻(xiàn)身于科學(xué)，這也告誡學(xué)生要有理性的科學(xué)態(tài)度。再如學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)這部分內(nèi)容時(shí)，可以創(chuàng)設(shè)情境。電流對(duì)磁針的作用是奧斯特在1820年發(fā)現(xiàn)的，一向敏銳的法拉第意識(shí)到了它的重要性，既然電能生磁，那么磁可以生電嗎？自此他進(jìn)行了十多年的實(shí)驗(yàn)探索。法拉第不但善于實(shí)驗(yàn)，更善于思考，最終于1831年發(fā)現(xiàn)了利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的條件和規(guī)律，進(jìn)而發(fā)明了發(fā)電機(jī)，造福人類。這些都可以潛移默化地幫助學(xué)生形成提出、分析、解決問(wèn)題的思維能力。對(duì)于相對(duì)論力學(xué)部分，可以介紹中國(guó)“氫彈之父”于敏的事跡，以他為代表的大批物理學(xué)家長(zhǎng)期隱姓埋名，突破了核武器研究設(shè)計(jì)中的諸多理論性問(wèn)題，為我國(guó)核武器的進(jìn)一步發(fā)展作出了卓越貢獻(xiàn)。這種不求名利和國(guó)家需要同頻同振的精神，正是習(xí)近平總書記所說(shuō)的“我將無(wú)我”精神的寫照。

三、中華文化

承載著人類文明結(jié)晶的物理學(xué)，內(nèi)容豐贍，博大精深，蘊(yùn)含著豐富的文化底蘊(yùn)。物理學(xué)的研究需要堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、豐富的想象空間和高度的抽象能力，集形象思維與邏輯思維之大成。因此，物理教學(xué)理應(yīng)成為文理兩種文化交融的有效載體。歷史悠久的中華民族，為物理學(xué)的發(fā)展貢獻(xiàn)了無(wú)窮的智慧。倘若把傳統(tǒng)文化引入物理教學(xué)，學(xué)生會(huì)被中華文化所熏陶、感染，汲取其中的精華，了解我國(guó)技術(shù)發(fā)展的歷程，這有利于弘揚(yáng)傳統(tǒng)文化，文、理、德深度交融[4]，提高學(xué)生的科學(xué)和人文素養(yǎng)，對(duì)于學(xué)生堅(jiān)定文化自信、厚植家國(guó)情懷都具有積極意義。

中國(guó)古代的許多著作都包含了對(duì)自然現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和對(duì)自然規(guī)律的領(lǐng)悟，涉及力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)等方面的知識(shí)和應(yīng)用。比如漢代劉歆的《西京雜記》中記載了“環(huán)轉(zhuǎn)四周，而爐體常平”的被中香爐，設(shè)計(jì)精巧，巧妙應(yīng)用了剛體力學(xué)中角動(dòng)量守恒定律。還有《墨經(jīng)》《考工記》《夢(mèng)溪筆談》和《天工開(kāi)物》等古代著作，內(nèi)容都有涉及物理知識(shí)及技術(shù)應(yīng)用，這些都顯示出了中國(guó)古代勞動(dòng)人民的非凡智慧和高超技能。另外，成語(yǔ)“隔墻有耳”反映了聲波的衍射的性質(zhì)，“震耳欲聾”生動(dòng)地告訴學(xué)生聲強(qiáng)的大小，即聲波平均能流密度的大小。還有詩(shī)詞歌賦也處處體現(xiàn)出物理的魅力[5]，如敦煌曲子詞中的《浣溪沙·五兩竿頭風(fēng)欲平》寫道“滿眼風(fēng)波多閃爍，看山恰似走來(lái)迎，仔細(xì)看山山不動(dòng)，是船行”，說(shuō)明了對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述依賴于參照物的選擇。又如梁元帝蕭繹所作的《早發(fā)龍巢》，提道“不疑行舫動(dòng)，唯見(jiàn)遠(yuǎn)樹(shù)來(lái)”，反映了同樣的物理現(xiàn)象，同時(shí)也說(shuō)明了中國(guó)古人善于觀察生活和勤于思考。教師也可以根據(jù)所講解的物理知識(shí)對(duì)詩(shī)詞歌賦進(jìn)行改編，增加課堂的趣味性，既實(shí)現(xiàn)了文理交融，又是美育和德育的交融，也繼承和發(fā)揚(yáng)了中華傳統(tǒng)文化。

四、科技前沿

小到夸克大到天體都是物理學(xué)的研究對(duì)象，其內(nèi)容包羅萬(wàn)象，其理論和方法可以滲透到自然科學(xué)的任何領(lǐng)域。物理學(xué)的每一次重大突破都會(huì)引起社會(huì)生產(chǎn)力的巨大變革，并且重大科技創(chuàng)新成果的出現(xiàn)，無(wú)不體現(xiàn)了創(chuàng)新思維[6]。歷史上的三次工業(yè)革命既是科學(xué)的革命，也是技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的革命。蒸汽機(jī)的發(fā)明得益于牛頓力學(xué)和熱力學(xué)的研究，電力的開(kāi)發(fā)和利用則是基于電磁學(xué)，進(jìn)入信息化時(shí)代是基于相對(duì)論、量子論的發(fā)展，可見(jiàn)科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展離不開(kāi)物理學(xué)這一強(qiáng)大推動(dòng)力。目前科技飛速發(fā)展，我國(guó)重大科技創(chuàng)新成果也層出不窮，出現(xiàn)了諸如高鐵、量子信息、5G技術(shù)等成就，這些成果離不開(kāi)物理學(xué)家和廣大科技工作者的辛勤鉆研與奮斗攻關(guān)，他們敢于創(chuàng)新、奮力拼搏、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的科學(xué)精神和為國(guó)爭(zhēng)光、科技報(bào)國(guó)的愛(ài)國(guó)精神，對(duì)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新動(dòng)力、理想信念和世界觀、人生觀、價(jià)值觀都能產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

教師在講解力學(xué)中動(dòng)量守恒定律部分時(shí)，可以引入搭載神舟十三號(hào)載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F遙十三運(yùn)載火箭，從“神州”載人到“天問(wèn)”探火、“嫦娥”探月、“北斗”指路，再到“天宮”空間站等航空工程，一次次刷新中國(guó)高度，每一項(xiàng)都飽含著中華民族偉大復(fù)興的決心，展示著中國(guó)人民勇攀科技高峰的能力和自信，這些輝煌的成就都是很好的愛(ài)國(guó)主義教育素材。華北水利水電大學(xué)和長(zhǎng)沙天儀空間科技研究院有限公司合作的“華水星座”的實(shí)驗(yàn)星——巢湖一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射成功，更是大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)力，激發(fā)了學(xué)生的自豪感。在講解角動(dòng)量守恒的應(yīng)用時(shí)教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考直升機(jī)為什么要裝尾翼，在清楚基本原理后，啟發(fā)學(xué)生探究其他形式的直升機(jī)，如“并列式”雙旋翼、“串列式”雙旋翼和共軸雙旋翼直升機(jī)。而角動(dòng)量守恒在慣性導(dǎo)航中的應(yīng)用，可以延伸到中國(guó)自主創(chuàng)新的“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”，使學(xué)生體會(huì)“科技強(qiáng)國(guó)、創(chuàng)新興邦”的真正含義。近幾年的熱門科學(xué)詞匯“引力波”和“小小中子源，托起國(guó)之重器”的中國(guó)散裂中子源都可以在狹義相對(duì)論部分進(jìn)行介紹，用以激發(fā)學(xué)生的探究興趣。講到熱學(xué)部分的循環(huán)過(guò)程時(shí)，教師可以適當(dāng)介紹我國(guó)處于調(diào)試階段的“高效低碳燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)裝置”，其能夠幫助研究人員模擬真實(shí)環(huán)境，從而積累關(guān)鍵科學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)促進(jìn)航空、電力、船舶等產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展，保障國(guó)家能源安全和國(guó)防安全具有重要意義，這會(huì)大大提升學(xué)生的科技自信和科技報(bào)國(guó)信念。

結(jié)合大學(xué)物理課程的內(nèi)容和特點(diǎn)，以物理學(xué)史和物理學(xué)家、中華傳統(tǒng)文化和科技前沿等為切入點(diǎn)，進(jìn)行辯證、批判思維，品格風(fēng)貌和家國(guó)情懷、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新動(dòng)力等方面的思政教育，使價(jià)值塑造、思想引領(lǐng)和對(duì)知識(shí)的促進(jìn)有機(jī)融合，可以有效踐行立德樹(shù)人的育人目標(biāo)，同時(shí)也為其他學(xué)科的思政建設(shè)提供參考和示范。需要注意的是，思政材料的呈現(xiàn)方式要力求簡(jiǎn)潔、直觀，可以視頻、動(dòng)畫和圖片等形式展示，這可以給予學(xué)生最直接的視覺(jué)沖擊和觸動(dòng)。另外，思政教育內(nèi)容要和具體的知識(shí)點(diǎn)緊密結(jié)合，這更有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。總之，把思政教育貫穿教育教學(xué)全過(guò)程，是每一位教育工作者要堅(jiān)持的一項(xiàng)工作，也是新時(shí)代教育教學(xué)改革與發(fā)展的必然要求。