高校實驗教學思政元素的挖掘與研究

［摘 要］實驗教學是高等教育的重要組成部分，在提升大學生綜合素質和思政水平方面有著獨特而天然的優勢。文章深入挖掘了實驗教學中的幾個思政元素，并以大學物理實驗教學為例，闡述了將思政元素融入實驗教學的途徑和方法，使實驗教學充分發揮出德育屬性，在進行知識傳播和實踐能力培養的同時，實現對學生的價值引領。

［關鍵詞］思政教育；實驗教學；物理實驗

［中圖分類號］ G642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）12-0116-03

2016 年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調： “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，努力開創我國高等教育事業發展新局面。”習近平總書記還提出要加強三全育人，推進課程思政，推動各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應[1]。高校的課程設置中，尤其是自然科學類課程教學內容普遍以傳授客觀規律為主，如何將這類課程與思想政治教育融合是當前各高校高度關注的一個重要課題，學術與思想政治水平同步提升，成為人才培養的時代要求。

隨著高校教育改革的深入進行，實驗教學成為各高校改革的抓手，因此重視高校實驗教學對大學生思想品德培養的重要作用、充分發揮實驗教學的德育功能具有十分重要的意義。大學物理實驗是理工科大學生第一門系統進行實驗訓練的實踐課程，是培養學生的科學實驗基本能力與素養，激發學生積極探索與創造的科學精神的重要開端。本文以大學物理實驗為例，從幾個方面挖掘與研究適合融入高校實驗教學的思政元素，以期能對自然科學類學科課程思政的研究起到參考與借鑒作用。

一、高校實驗課程思政教學的現狀

近年來實驗課堂上學生的表現反映出，學生在理論課中受到的思想政治教育落實在行為上的收效與期望還有一定距離。首先，大部分學生不知為何而學，進行實驗學習的目標不明確。盡管設置預習環節并且要求學生課前知曉實驗目的，但大部分學生依然無法做到帶著主動探索的科學態度和強烈的求知欲進行實驗，更像是為了完成任務而學習。其次，部分學生在實驗學習過程中態度不認真、行為不規范。實驗室是進行實驗學習的公共場所，一些不規范的行為會危及公共安全。如在實驗室吃東西、將飲料水杯等放在實驗臺上等行為；有的學生不認真聽課，不按指導進行操作，導致實驗設備損壞；在實驗現象和數據明顯不合理時，有的學生不去主動探索和糾正實驗過程中的錯誤，而是直接尋求教師幫助，或是抱怨實驗設備有問題，甚至進行數據造假、抄襲報告；還有的學生因實驗課時間與其他課程上課時間沖突，找他人替做實驗等。諸如此類現象從側面反映出學生思想道德修養不夠深入，理想信念不夠堅定。

另外，部分實驗教師認為實驗教學就是單純地教授實驗知識、培養學生的實驗技能，沒有與育人有機結合，沒有認識到實驗教師也是發揮“育人”功能的重要載體。而事實上，“教書”和“育人”從來都是不可割裂的，任何一個學科、任何一門課程都應該履行育人育德的職責[2]。德國哲學家費希特曾說：教育必須培養人的自我決定能力，而不是去培養人們去適應傳統的世界。教育不是首先著眼于實用性的，不是首先去傳授知識和技能的，而是要去“喚醒”學生的力量，培養他們的自我性、主動性，抽象的歸納力和理解力，以使他們能在目前還無法預料的未來局勢中做出有意義的選擇[3]。因此，高校實驗教學的培養目標不應僅限于傳授科學知識和培養實驗能力，同時應該重視實驗教學的德育功能，不僅要從培養學生角度切入，更需要重視實驗教師隊伍思政素質的全面提升。德育功能的充分發揮，可以反哺實驗教學，顯著提升學生對實驗課程的熱情和最終的實驗教學質量。

二、高校實驗課程思政元素的挖掘

（一）砥礪強國之志

2015年12月30日，習近平在十八屆中共中央政治局第二十九次集體學習時強調，“要結合弘揚和踐行社會主義核心價值觀，在廣大青少年中開展深入、持久、生動的愛國主義宣傳教育，讓愛國主義精神在廣大青少年心中牢牢扎根，讓廣大青少年培養愛國之情、砥礪強國之志、實踐報國之行，讓愛國主義精神代代相傳、發揚光大”。一直以來，愛國主義教育是高校思想政治理論課程的重點內容，也是課程思政最重要的元素之一，將愛國主義教育與實驗教學結合是實驗類課程思政的重要任務。

在實驗教學中，當實驗內容與我國科學家的成就有關時，可以結合實驗內容介紹我國科研工作者做出的偉大貢獻，以增強學生的民族自信、文化自信和時代使命感。例如，在介紹霍爾效應實驗中的磁場應用時，提到磁約束時可以引入我國于2006年正式簽約加入的“人造太陽”——國際熱核聚變實驗堆計劃（簡稱ITER計劃）。這是我國以平等身份參加的最大國際科技合作項目，我國科學家對其的貢獻度約占9%。2016年，中科院等離子體物理研究所的超導托卡馬克裝置EAST成為世界首個實現穩態高約束模運行持續時間達到分鐘量級的托卡馬克核聚變實驗裝置。2017年，中科院等離子體物理研究所又實現了穩定的101.2秒穩態長脈沖高約束等離子體運行，創造了新的世界紀錄，這表明我國磁約束研究在穩態運行方面將繼續引領國際前沿[4]。我國恪守國際承諾，勇挑重擔，為ITER計劃的推進貢獻了中國智慧和中國力量，展現了我國的大國擔當。

體現我國領先科技的大國重器還有“天問一號”火星探測器、北斗衛星、“中國天眼”射電望遠鏡，等等。值得一提的是，“中國天眼”于2021年3月31日對全球科學界開放，充分發揮了其科學效能，促進了重大科學成果產出，為全人類探索和認識宇宙做出了中國貢獻。在實驗教學中引入我國領先科技，可以增強學生的民族榮譽感，激發他們的愛國之志，引導學生樹立投身科研、報效祖國的目標和志向，堅定科學強國的決心和信念，從而改善實驗課程學習目的不明確、理想信念不堅定甚至缺失的思想現狀。

（二）勇于創新、善于合作

2006年，我國提出建設創新型國家的重大戰略決策。創新驅動發展是提升我國經濟競爭力的必然選擇。目前，我國整體創新能力大幅提升，但近年來一些“卡脖子”技術試圖阻礙中國科技進步，因此習近平總書記多次強調要增強核心技術創新突破的緊迫感和使命感。創新發展離不開創新人才，人才培養是高校的基本職能[5]。但是在一些基于傳統工業體系的學校中，學生每天坐在教室里聽教師灌輸知識與技能，互動較少，下課后完成作業，教師以期末考試的成績來判斷學生吸收了多少知識。這樣的教學模式和評價方式不利于學生創新能力的培養與鍛煉。而現在的社會更需要的是有創造力、能表達想法并與他人合作的人才。高校實驗教學是進行以改革創新為核心的時代精神教育的突破口，是培養學生創新意識和創新能力的重要途徑[6]。實驗教學在改進思維方式、鍛煉動手能力、培養創新精神、鼓勵創新實踐等方面具有其他教學所不具備的天然優勢[5]。

大學物理實驗有相當一部分是驗證性實驗。驗證性實驗在基礎學科中運用較多。學生在教師的引導下進行實驗操作，得到與理論相符合的實驗結果后，與真值或者理論計算值進行比較并進行誤差分析。這種類型的實驗有其必要性，可以鍛煉學生的基本實驗技能和實驗設計思路，但也存在著照本宣科、枯燥乏味的問題，迫切需要在教學過程中引導學生運用其中的實驗原理及實驗技術進行創新思維啟發。如霍爾效應實驗，其主要內容是設置一勵磁電流IM，等間隔取若干霍爾電流IH值，用“對稱測量法”測量四個霍爾電壓值，畫出UH-IH曲線，用最小二乘法計算斜率而獲得霍爾元件靈敏度，然后測量氣隙中磁感應強度B的大小及分布。雖然該實驗的原理及設計思想非常經典，而且科學家霍爾在發現這個現象的過程中展現了不懼權威敢于質疑的科學精神，但實驗操作過程中，學生僅僅需要機械地改變IH和IM的方向，記錄下霍爾電壓即可，對動手能力和創新思維鍛煉甚少。可在實驗后，給學生留一個思考作業：如何利用霍爾效應測量不透明液體的黏滯系數？實驗教師在檢查學生實驗數據的時候要求學生論述他的設計方案，然后加以評價總結，給出相應的指導建議。如果有學生希望動手設計實踐，實驗教師也可提供實驗裝置及條件讓學生發揮能力。在實驗教師的正確引導下，學生將驗證性實驗中學習到的原理及實驗技巧應用于一些真實場景中，可以培養學生主動的思考意識，培養學生敢想敢做、勇于創新的精神。

而幾人一組的設計性實驗則更是開展思政教育的好時機。如由哈爾濱工業大學自主設計的大學物理實驗項目——DIY磁耦合共振式無線電力傳輸實驗，該實驗主要目的是讓學生理解共振式無線輸電的原理，研究頻率及距離對傳輸效果的影響，并要求學生自己動手設計制作并調試一個共振式無線電力傳輸系統。動手設計制作由兩人一組合作完成，這里就存在隱性的合作精神的思政教育。好的團隊可以發揮出一加一大于二的效能，而不善于合作的團隊反而抑制了每個人能力的發揮。因此在教學過程中，教師應引導學生考慮他人、愿意做公共服務，堅持進行團隊成功和個人成功不沖突的教育，教育學生出現意見分歧時應如何與團隊成員溝通解決。

（三）嚴謹求真的科學精神

實驗教學過程是培養學生嚴謹的治學態度和求真的科學精神的重要途徑。只有以意識形態為主導的科學理論有實踐訓練的支撐才能內化為人的精神追求，外化為人的自覺行動，真正實現“教”和“育”的合力作用[7]。相較于實驗課程傳授的實驗方法和理論知識，真正伴隨學生一生的是優良的治學態度和科學精神，多年之后也許在實驗中學到的知識已經淡忘，但實事求是、求真務實的精神卻可以沉淀在學生的行為習慣中，使其受益終身。

秉承實事求是的科學精神而最終收獲重要進展的例子不勝枚舉，如邁克爾遜干涉儀實驗尤為典型。在介紹實驗背景時可以引入邁克爾遜與莫雷兩人做光速測量實驗研究的歷程。按照經典物理學理論，光及一切電磁波必須借助絕對靜止的“以太”來傳播，因而如果在地球上進行光速測量，在不同的方向測得的數值是不同的，通過邁克爾遜干涉儀應該可以觀察到干涉條紋的移動。邁克爾遜在1881年沒有發現這樣的移動，他在1887年與莫雷合作提高裝置精度后，依然沒有觀察到干涉條紋的變化。即便這兩人傾注心血設計的實驗沒能得到與理論相符的結果，邁克爾遜仍實事求是地將這個結果發表出來，這在19世紀末期物理學界引起了廣泛關注。這個實驗結果暴露了以太理論的缺陷，為狹義相對論的基本假設提供了實驗依據。如果邁克爾遜和莫雷沒能秉承實事求是、嚴謹求真的精神，那么這樣偉大的科學發現將被埋藏起來，狹義相對論便會無章可循，這重要的科學進展可能會延遲幾年甚至幾十年。通過這樣的實例教學，可引發學生深度思考自己應該秉承什么樣的科學精神和價值追求，使學生感悟到堅持求真與嚴謹的科學精神的意義，最終實現對學生的價值引領和精神塑造。

在實驗指導過程中也可以進行科學精神的隱性教育。實驗教師應要求學生養成良好的實驗習慣，做到規范操作過程、仔細觀察實驗現象、認真分析實驗數據，鼓勵學生就實驗中遇到的各種細節問題進行深入探究。當學生存在疑問的時候，實驗教師不要急于直接做出解答，而要嘗試引導學生向上追溯，去分析問題產生的原因，幫助其思考解決問題的路徑并進行實踐驗證。通過這樣的引導方式，鼓勵學生像科學家一樣思考，不僅可以使學生克服對實驗的恐懼心理，拉近科學家的偉大思想與實驗學習過程的心理距離，更能有效避免實驗室成為不求甚解、模棱兩可學習態度的溫床，從而得到學術精神的正向熏陶。這對教師也具有一定的挑戰，教師本身首先需要具備這樣的思維模式和學術精神，才能將其滲透在教學指導中。與此同時，在與學生進行思維碰撞時，實驗教師也會產生一些靈感，促使其教學和育人能力在碰撞中螺旋上升。

（四）辯證唯物主義思想

辯證唯物主義認為物質世界是按照它本身所固有的規律運動、變化和發展的。毛澤東同志在《關于正確處理人民內部矛盾的問題》中指出：“矛盾著的對立面又統一，又斗爭，由此推動事物的運動和變化”。建黨百年來，中國共產黨人變通地運用辯證唯物主義世界觀和方法論，探索并形成了適合中國國情、具有中國特色的馬克思主義哲學思想，帶領著全國人民凝聚力量，向實現中華民族偉大復興的中國夢大踏步邁進。一直以來，馬克思主義哲學是高校思想政治理論課的重點板塊，如何幫助學生掌握辯證唯物主義的基本觀點并用于認識事物和解決問題是思政教育的重要任務。實驗教學蘊含著很多辯證唯物主義思想元素，利用好這些元素可以讓學生清晰地認識到物質是有規律的，規律是可以被認識的，認識是變化和發展的，而結合理論和實驗研究歷程進行辯證唯物主義世界觀和方法論的教育是鮮活而有力的。

例如光電效應實驗，實驗內容融入人類對光的本質認識過程就是一個典型的矛盾推動事物發展的辯證唯物主義思想的教育過程。17世紀，學術界認為光是一種微粒流，但隨著制作光學元件技術的發展，學者們發現了干涉、衍射等實驗現象，與微粒流學說發生了矛盾；19世紀初，楊氏雙縫干涉實驗結果支持了波動學說，但到了19世紀末期，波動學說又無法解釋出現的黑體輻射、光電效應等實驗現象；1900年，普朗克提出假設，認為黑體內的能量由不連續的能量子構成；1905年，愛因斯坦則受到量子假說的啟發，由光子假設得出了光電效應方程，成功解釋了光電效應的實驗結果；而密立根花了10年時間進行實驗，于1916年證實了光量子理論的正確性。之后物理學界逐步認識到光具有波動和粒子二象屬性，后來認識到不僅是光，一切微觀物體都具有這樣的屬性，由此揭開了客觀世界神秘面紗的一角，逐步建立起量子力學，標志著人類對世界的認識向前邁進了一大步。這樣的研究歷程，充分反映了辯證唯物主義事物矛盾雙方既統一又斗爭，促使事物不斷地由低級向高級發展的本質，體現了辯證唯物主義方法論對學術發展的指導作用。通過在光電效應實驗中引入光的本質的認識過程及早期量子理論的發展歷程所體現的辯證唯物主義思想，可以使學生對理論是隨著實踐不斷曲折向上發展的哲學過程以及事物對立統一的哲學內涵的認識更加具象，從而對光的本質的理解也上升到一定的哲學高度，甚至受此啟發后能夠嘗試運用辯證唯物主義方法論來指導其之后的學習和工作。

三、結語

高校實驗教學不僅承擔著培養學生科學素養和實踐能力的任務，也發揮著幫助學生深化思想政治認識和規范道德行為的獨特作用。實驗教師是將實驗教學與思政教育進行有機結合的載體。一名優秀的實驗教師不應該是教授知識的“工具人”，而應該成為學生治學之路的領路人、科學精神的踐行者、思想意識的啟迪者、道德行為的反饋者，需要不斷挖掘研究實驗教學與思政教育的契合點，幫助學生進行知識和能力提升的同時，促使其思政素質協同發展，真正落實“德育為先、育人為本”的人才培養根本任務。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 習近平在全國高校思想政治工作會議上強調：把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創我國高等教育事業發展新局面[N].人民日報，2016-12-09（1）.

[2] 張漢壯.立德樹人玉汝于成[J].中國大學教學，2019（1）：13-16.

[3] 李工真.德意志道路：現代化進程研究[M].武漢：武漢大學出版社，1997：52.

[4] 宋德勇. EAST托卡馬克共振磁擾動線圈電源設計分析研究[D].合肥：中國科學技術大學，2017.

[5] 白澤樸，張繼延.實驗教學在創新人才培養中的作用及其實現[J].實驗技術與管理，2019（7）：5-7.

[6] 陳亞杰.充分發揮高校實驗教學的德育功能[J].思想教育研究，2014（4）：65-68.

[7] 張昱.通過實驗教學推進思想政治教育的策略研究[J].實驗技術與管理，2017（10）：174-175.

［責任編輯：鐘 嵐］