課程思政融入大學物理教學的設計*
——以“磁場對運動電荷的作用”為例

王 銳 楊寧選 高 艷 汪 翔 彭 虎(石河子大學理學院 新疆 石河子 832000)

1 引言

為深入貫徹落實習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上的講話精神，2017年12月教育部黨組出臺了《高校思想政治工作質量提升工程實施綱要》，2021年隨著“十四五”規(guī)劃發(fā)布，全國各高校全面推進課程思政建設，繼續(xù)深入開展探索與實踐[1].科學素質是國民素質的重要組成部分，我國《全民科學素質行動規(guī)劃綱要(2021—2035年)》提出[2]，“十四五”時期重點圍繞踐行社會主義核心價值觀，大力弘揚科學精神，實施科學素質提升行動.

物理學研究物質的基本結構、基本運動形式及相互作用的規(guī)律，是自然科學的重要根基，在科學素質教育中具有特殊的地位.而且，物理學知識的內(nèi)容體現(xiàn)了辯證唯物主義原理，其構建過程中也蘊含著價值觀和方法論的思考.在形成正確的世界觀和方法論、塑造正確的價值觀方面，物理學可作為實施科學教育與思政教育融合的思政教育基地.

“大學物理”由力學、熱學、電磁學、波動光學和近代物理幾個模塊組成，是學生覆蓋面廣的通識教育必修課程. 課程思政教育體系設計與實施的主要思路是：使學生掌握物理學中的概念和原理，建立辯證唯物主義世界觀；介紹物理學規(guī)律和研究，拓寬視野，提升學生的科學素質；理論聯(lián)系實際，結合物理學應用，培育和踐行社會主義核心價值觀.本文將說明大學物理課堂教學中科學教育和思政教育融合的設計方法和案例，以實現(xiàn)課程“立德樹人”的育人功能，具有一定的實踐價值.

2 “大學物理”課程思政教育的設計

“大學物理”課程把育人目標與課程目標科學地融合，在教學設計中通過知識點剖析確定“思政元素”融入點，依托“在線教育綜合平臺”“雨課堂”等多個平臺探索多樣化教學方法和評價方式，使科學的哲學思想、正確的價值觀能滲透到整個教學過程中，融入到學生學習任務中，實施思路如圖1所示.

圖1 實施“課程思政”教育的示意圖

2.1 “大學物理”課程思政教育的目標

(1)知識目標.要求學生理解和掌握物理學的基本概念、基本原理、基本規(guī)律、基本思想和分析方法，以及它們的實驗基礎，促進專業(yè)學習；基于物理學理論框架，了解物理學的發(fā)展方向及物理學與其他學科的關系.

(2)能力目標.培養(yǎng)學生利用物理思想和方法解決實際問題的探究能力和科研創(chuàng)新能力；培養(yǎng)學生具有自主學習及知識遷移能力.

(3)素質目標.樹立辯證唯物主義世界觀，把握正確方法論；培養(yǎng)科學素質；培育和踐行社會主義核心價值觀.

2.2 “大學物理”課程思政教育的課堂教學模式

在大學物理課程的課堂教學過程中以“問題解決為導向”，以課件、教材、視頻、動畫和文獻等方式作為課程思政教育的載體，實施問題鏈、參與式、探究式等多種教學方法的課程思政教育教學研究與實踐，課堂教學的組織方式如表1所示.

表1 實施“課程思政”教育的課堂教學模式

2.3 “大學物理”課程思政教育的教學內(nèi)容

(1)結合物理規(guī)律闡述辯證唯物主義原理和方法論

結合物理規(guī)律講授辯證唯物主義原理和方法，能更好地體現(xiàn)物理科學的意義和價值.唯物辯證法的三大規(guī)律(對立統(tǒng)一規(guī)律、質量互變規(guī)律、否定之否定規(guī)律)講發(fā)展，五大范疇(原因與結果、內(nèi)容與形式、現(xiàn)象與本質、必然性和偶然性、可能性與現(xiàn)實性)講聯(lián)系，這些都能在物理學中找到貼切的范例.例如，在邁克耳孫干涉實驗講授中說明現(xiàn)象與本質的關系，在鐵磁材料磁化曲線及居里點測定實驗的教學中說明質量互變規(guī)律[3].

(2)結合物理原理探究培養(yǎng)科學素質

科學素質包含科學思想、科學精神、科學方法、科學知識及能力，在教學中探究物理原理，學生學習知識的過程中掌握基本的科學方法，樹立科學思想，培養(yǎng)科學精神，增強應用物理原理分析、解決實際問題的能力.例如，運用守恒的原理(思想)探究研究對象的機械能、動量、角動量；運用對稱性的方法(思想)探究電場、磁場的屬性等.

(3)結合實踐應用培育和踐行社會主義核心價值觀

物理學的研究成果是現(xiàn)代科學發(fā)展和工程技術的重要支柱，因此，在課程教學中結合知識應用潛移默化地加強社會主義核心價值觀的生成、發(fā)展與實現(xiàn).例如，在教學中結合在交叉學科領域應用物理學知識的實例，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神；介紹中國科技發(fā)展與實踐的斐然成績，開展理想信念教育，鼓勵學生以堅實的專業(yè)知識勇攀科技高峰，培養(yǎng)學生科技報國的家國情懷和使命擔當.

2.4 “大學物理”課程思政教育的教學評價

加強教師對學生學習過程的管理與評價，反思課程思政教育目標的達成情況.例如，課程成績評定構成包括平時成績和期末考試成績；其中，期末考試卷面的題型多樣化，通過考試進行形成性學習評價，而在平時成績的評定中主要包括課前學習表現(xiàn)(預習——學習自覺性——自律)、課堂表現(xiàn)(討論、發(fā)言、提問等——學習主動性——自信)、課后學習表現(xiàn)(作業(yè)、筆記等——學習自主性——自強)等方面進行過程性學習評價.

3 “大學物理”課程思政教育的設計案例

下面以“磁場對運動電荷的作用”教學設計(部分)展示課程思政在大學物理教學中的融入.

3.1 教學目標

知識層面：

(1)掌握磁場對運動電荷的作用力.

(2)理解帶電粒子射入勻強磁場時的運動性質.

(3)掌握霍耳效應的原理，理解霍耳效應的意義.

能力層面：

(1)能夠正確判斷運動電荷在磁場中的受力情況，分析其運動狀態(tài).

(2)能夠根據(jù)霍耳效應產(chǎn)生的原理，分析電子在復合場中的運動性質.

素質層面：

(1)學習電子在磁場中運動規(guī)律，樹立正確的物質和運動觀.

(2)討論霍耳效應的應用，理解實踐和認識的辯證關系原理及方法論.

(3)通過基于霍耳效應應用的研究，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神.

(4)結合中國科學家在質譜儀研制、量子反常霍耳效應研究領域的重大突破，弘揚熱愛祖國、無私奉獻、艱苦創(chuàng)業(yè)、開拓進取的精神，踐行使命擔當.

3.2 教學模式

采用“問題探究+課堂講授”的課堂教學模式：課前發(fā)布預習資料(包括“磁場對運動電荷的作用”預習視頻、自學材料“帶電粒子在電、磁場中的運動實例”、閱讀文獻等)→課堂導入(提出探究問題“電子在磁場中的運動軌跡、如何描述”)；學生分組討論(分析問題、提交結論與疑問)→教師講授(重點、難點、疑點解析，進一步提出問題“霍耳效應的應用”，融入思政元素)→解決學生的疑問+總結并拓展(霍耳效應的發(fā)展、意義及前沿熱點問題，融入思政元素)→課堂測檢驗掌握情況(隨堂測)→課后反思教學目標達成情況.

3.3 教學內(nèi)容

3.3.1 課程導入

(1)演示視頻.

(2)提問：帶電粒子射入勻強磁場中，運動軌跡如何改變？

(3)討論得結論：帶電粒子在勻強磁場中受力分析，結合牛頓運動定律判斷粒子的速度和加速度，從而得出運動軌跡.

(4)問題驅動：如何定量描述運動軌跡？

3.3.2 課程主體內(nèi)容

(1)洛倫茲力

精講：難點——洛倫茲力的判斷

分析：安培力的微觀本質

推導：洛倫茲力的矢量定義表達式.

回顧：向量的叉乘運算法則.

判斷：洛倫茲力的大小和方向.

思政：磁場對帶電粒子的作用→場是物質存在的一種物理效應→物質是運動的，運動是有規(guī)律的，“沒有不存在運動的物質，也沒有脫離物質的運動”→辯證唯物主義世界觀.

檢驗：雨課堂隨堂測——洛倫茲力的判斷.

(2)帶電粒子在勻強磁場中的運動

精講：解決探究問題——帶電粒子射入勻強磁場中的運動性質.

結合學生討論的投稿內(nèi)容，在課件中采用圖示、動畫展示帶電粒子的運動軌跡. 根據(jù)牛頓運動定律，推導得出帶電粒子射入勻強磁場的軌道半徑和周期公式. 結合預習資料“帶電粒子在電、磁場中的運動實例”，介紹質譜儀、磁聚焦等.

思政：分析儀器設備“空心化”現(xiàn)象→做中國人的質譜儀器，科學家周振回國創(chuàng)業(yè)，帶領團隊知難而進，突破我國在高精尖科技產(chǎn)業(yè)的多個“零紀錄”，讓國產(chǎn)高端科學儀器走出了國門.2020年初，周振率領團隊研制攻關核酸質譜產(chǎn)品，為抗擊新冠肺炎疫情提供技術支撐→熱愛祖國、無私奉獻、艱苦創(chuàng)業(yè)、開拓進取的精神→激勵學生在新時代傳承兵團精神，扎根奉獻邊疆.

檢驗：雨課堂隨堂測——洛倫茲力的判斷.

(3)霍耳效應

精講：重點——霍耳效應

采用動畫、視頻演示霍耳效應現(xiàn)象.結合帶電粒子在電場、磁場中的受力與運動，分析原理，得到霍耳電勢的計算式.

研習：學生分組討論霍耳效應的應用.

思政：實踐與認識的關系→正確的認識對實踐具有指導作用→科學理論是正確的認識，對實踐具有重大的指導作用→堅持實踐第一的觀點，堅持理論和實踐相結合的原則.

檢驗：雨課堂隨堂測——霍耳效應.

3.3.3 課程總結

總結重難點：(1)洛倫茲力的判斷.(2)霍耳效應的重要意義.(3)量子霍耳效應以及量子反常霍耳效應的研究前沿.

思政：霍耳效應的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展歷程→量子霍耳效應以及量子反常霍耳效應的意義→清華大學薛其坤院士及其團隊，首次在實驗室觀察到量子反常霍耳效應→在科學研究中勤學好問但不盲從、開闊思路但又實事求是、堅韌不拔但博采眾長的創(chuàng)新意識和研究精神→瞄準世界科技前沿，強化基礎研究，實現(xiàn)前瞻性基礎研究，引領性原創(chuàng)成果重大突破[4]→肩負科技創(chuàng)新使命，為國家做出更多貢獻.

檢驗：雨課堂隨堂測——洛倫茲力的判斷及霍耳效應.

3.4 教學評價

“磁場對運動電荷的作用”教學評價如表2所示.

表2 “磁場對運動電荷作用”教學評價表

在“磁場對運動電荷的作用”的課程思政教學設計中，寓價值觀引導于知識傳授和能力培養(yǎng)之中，幫助學生樹立正確的科學人生觀，在以下方面融入課程思政(圖3)：在教學中，針對知識點設計探究問題，提出問題后講知識、講原理，引導學生思考，培養(yǎng)學生的科學素質；分析問題的過程中講規(guī)律、講方法，培養(yǎng)學生運用辯證唯物主義原理和方法的能力；

而在解決問題的基礎上講實踐、講應用，并在這一過程中融入立德樹人的教育，培養(yǎng)核心價值觀，提升學生的愛國情懷.

圖3 實施“課程思政”教育的融入途徑

4 結束語

在大學物理課程中引入思政教育的方式不僅能夠反映學科的發(fā)展歷史，還可以從物理學科的角度引領學生正確地處理生活中的問題，在關注知識學習的同時自覺進行人生觀、價值觀的塑造，是思想政治理論課程的有效補充.在備課中，課程組教師也提高了自身的專業(yè)修養(yǎng)和道德修養(yǎng).筆者在研究過程中發(fā)現(xiàn)，課程思政教育實施的評價方面還需要進一步探索與實踐，進而更好地融入思政育人要素，構建價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)“三位一體”的育人格局.