“地球物理場論”課程思政體系與教學探索

譚茂金，金 勝，彭 淼，景建恩

中國地質大學(北京)地球物理與信息技術學院，北京 100083

課程思政是新時代高校培養社會主義建設者和接班人的有效途徑。把思想政治教育工作貫穿于教育教學全過程，努力實現思政教育與知識教育的有機融合，知識傳授與價值引領的有機統一，是新時代構建全員、全過程、全方位育人工作的要求[1]。在課程教學過程中，穿插或者以專題形式開展課程思政教育，著重開展理想信念、做人與科研等教育，充分發揮專業課程與思想政治理論課同向同行的協同效應，實現價值塑造、能力培養和知識傳授“三位一體”的教學目標[2-3]。

因此，實現專業課程思政的目標，構建地學學科專業的課程思政體系勢在必行。深挖凝練學科、專業所蘊含的思政元素，探索課程思政育人模式與實施路徑，實現專業課程與思想政治理論課同向協同育人，思政元素凝練是課程思政建設的前提和關鍵著力點之一，也是教育部“十大育人體系”的重要組成部分[4-5]。

“地球物理場論”是地球物理類專業（勘查技術與工程，地球物理學等）學生必修的專業基礎課，是架起專業課和基礎課的橋梁，通常在大三上學期開設。該課程主要圍繞地球物理探測中所涉及的靜電場、靜磁場、穩恒電流場時變電磁、引力場、熱場等地球物理場的相關理論、規律和場的求解方法，為專業課以及研究生階段打下基礎，對學生以啟迪。因此，結合課程基礎理論開展課程思政建設具有重要的意義。

一、思政元素挖掘與體系構建

“地球物理場論”課程的任務是闡明引力場、電磁場、熱場等地球物理場的基本概念、基本規律和分析方法，同時教授學生用“場”的觀點去觀察分析問題，用“場論”的方法去解決實際工程問題。在專業課課堂教學中，根據課程自身的特性深入挖掘內隱的思政教育資源，深入挖掘課程思政元素，開展課程思政體系的構建自然地融入課堂教學的各個環節，以間接、潤物無聲的方式加強思想政治教育，實現“知識傳授”和“價值引領”的有機統一，促進思想水平、政治覺悟、道德品質、文化素養的同步提升[6-7]。

本課程在多年講授過程中，發現每個物理規律或者定理的誕生背后都有一段科學探索的勵志故事?？茖W家們之間的交流思考、探索過程對學生也具有啟發與教育作用，是很好的思政融入點與結合點。為此，筆者結合新教材修訂，在每章結束后增加了與課程內容相關的“科學家史話”，既介紹科學家在物理學的卓越成就，又介紹了他們知識發現和創新探索過程，增加趣味性和勵志教育。通過挖掘和整理，結合課程內容逐步形成了愛國圖強、逆境成長、淡定從容、科學思維、學科融合、學術交流等思政點和素材。

因此，依托該課程進行思政教學探索，深入挖掘課程本身的知識內容與其中蘊含的思政育人素材，選準思政內容融入點，開展理想信念教育和成才激勵教育，并與專業知識技能教育內容有機融合。筆者在教學實踐中，從兩個方面挖掘思政元素和構建思政體系。一方面，從課程內容所涵蓋的地球物理場論發展和知識點脈絡角度，提取思政點，介紹事物內部的發展規律和科學內涵，教育學生學會思考，勇于創新。同時，介紹科學哲學，介紹場論相關定律之間的類似、類比的對稱美，欣賞數學符號、物理規律的奇妙。另一個方面，教材修訂中增加科學家史話，挖掘物理定律背后的科學探索故事以及科學家的成長軼事，弘揚克服困難、刻苦求索的科學精神，打牢基礎，注重開闊視野，心懷遠大理想。最終，形成了“兩個線索，五個素養，多個元素”的思政體系（圖1）。

圖1 “地球物理場論”課程思政元素與體系

1.政治素養

（1）“靜坐聽雨”從容與無畏。

在電影《無問西東》中有這樣一個場景：西南聯大鐵皮頂茅草屋，學生正在上“電磁場理論”課。雨聲漸起，陳岱孫教授不得不拔高了聲音，學生們傾斜身子只為聽清。雨越下越大，教授干脆在黑板上寫下了“靜坐聽雨”四字，和學生一起正襟危坐，細聽雨聲。窗外，大雨傾盆，水花翻濺，有蓑笠翁無懼風雨獵魚而歸，教師帶領學生雨中跑步，口號壓倒雨聲……師生們聽到警報聲，跑到防空洞繼續上課，這是對日寇飛機的蔑視。這個“靜坐聽雨”故事表現了特殊年代師生那份從容、無畏，值得傳承。由于這個故事中所講述的課程內容與地球物理場論中內容完全一樣，因此，講述過程中很自然地導入該故事，水到渠成，給同學們留下了深刻印象，讓他們會倍加珍惜和平年代的學習機會。

（2）立志科學報國。

在講述引力場時，除萬有引力定律外，還會講到我國著名的空氣動力學家錢學森。1950年，錢學森沖破艱難險阻回到祖國，把學習的知識依靠回憶寫出來，為我國的航空航天、核武器、控制科學的發展作出了卓越貢獻。還有，“兩彈一星”功勛科學家鄧稼先，幾十年如一日隱姓埋名在戈壁灘做科學研究，并舍身忘我進入核爆實驗場，為我國“兩彈”研發作出了不可磨滅的貢獻。中國科學院郭永懷教授在取得核爆實驗數據后，坐飛機回北京途中，由于飛機失事，壯烈犧牲。當發現他的遺體時，他把裝有珍貴實驗資料和數據的公文包抱得緊緊的，無比令人震撼。這些科學家們的熱愛祖國、科學報國的精神是每位青年學子學習的榜樣。

（3）崇尚家國情懷。

家國情懷是個人對家人和國家共同體的認同和熱愛。國家興亡，匹夫有責。吉林大學黃大年教授是著名地球物理學家，他放棄了國外優惠待遇，妻子關閉診所，離開心愛的女兒。于2009年通過“千人計劃”回到祖國，在他的帶領下，創造了多項“中國第一”，為我國“巡天探地潛?！睉鹇蕴钛a多項技術空白。他心懷愛國之情，篤行報國之志，為祖國改革發展的偉大事業奮斗終身。思政教學中，筆者列舉地球物理專業的黃大年教授來說進行教學，非常貼切、親切，對于學生堅定專業思想，把個人發展與專業發展有效融合也很有說服力。

2.哲學思維

“地球物理場論”課程內容中包含了電磁場理論的系統論、因果關系、矛盾論和實踐論等豐富的哲學思維育人元素，還包括不同定律之間的相似性、對偶性、對稱性，體現了自然規律之間的對比、類比與聯系的分析方法，為課程思政提供了鮮活的哲學思維素材。

（1）辯證思維。

在課程中，不同類型的場源是地球物理場的“根源”“源泉”，而且不同的場源產生的場的特征是不一樣的，體現了唯物主義思想和因果關系。針對電容電路中，由于沒有傳導電流引起矛盾，麥克斯韋提出了位移電流的概念，完善了全電流的理論認識，把“電生磁”與“磁生電”完美集成在一起，電磁波傳播過程中電與磁互相耦合、互相激勵，體現了系統論的哲學思維。1820年奧斯特發現電流磁效應，說明實驗是發現定律、理論的源泉；赫茲利用實驗發現電磁波，說明實驗又是檢驗理論、驗證猜想的途徑。因此說，理論是魂，實驗是根，體現了實踐論的哲學思想。

（2）方法論。

課程中，靜電場與引力場是兩種不同的地球物理場，但是都屬于位場，其理論公式完全相似；電流場與熱場也是不同的物理場，但都屬于穩恒場，其理論公式完全相似；講授中采用類比的方法加深理解。靜電場與電流場均是靜態場，前者源是靜電荷，后者是穩恒電流，講授中采用比較的方法幫助記憶。麥克斯韋方程組是電磁場理論的集大成，完美體現了物理學中電學、磁學的對偶性、對稱性以及不同點，體現了物理規律的奇妙。而且，不同的數學表達方式，體現了物理學與數學的完美結合，體現了自然科學的“美”。

3.科學素養

（1）日常觀察與思考。

觀察與思考是科學工作者的基本素養。在講述引力場時，必然要講授牛頓與蘋果的故事。1654年，牛頓進入金格斯皇家中學。他酷愛讀書，喜歡沉思和科學實驗，對自然現象有好奇心。他發現蘋果從樹上掉下來，受此啟發，提出了著名的萬有引力定律。丹麥物理學家奧斯特1820年在講座上演示電流磁效應實驗時，當伽伐尼電池與鉑絲相連時，靠近鉑絲的小磁針擺動了，這一不顯眼的現象令他非常興奮。經過思考與分析，提出了電流的磁效應。這些科學探索實例教育同學們在科學研究中要善于發現實物之間的因果聯系。

（2）科學總結與集成。

英國科學家麥克斯韋，經典電動力學創始人，被普遍認為是對物理學最有影響力的物理學家之一。麥克斯韋在奧斯特、法拉第等前人的基礎上，將電學、磁學、光學統一起來，建立完整的電磁場理論。1837年麥克斯韋出版的科學名著《電磁通論》，是19世紀物理學發展最光輝的成果，是科學史上最偉大的“綜合”之一。因此，在科學研究中，總結、歸納、集成是非常重要的，能夠促使零散的成果完美地綜合在一起，麥克斯韋方程組就是一個典型案例。這個實例能夠給青年學生以新的啟迪。

（3）崇尚科學（家）。

在科學研究中，當面聆聽大師教誨、積極開展學術交流是很重要的做法。麥克斯韋1854年開始電學研究，對劍橋大學湯姆遜敬佩不已，特意寫信求教有關電學的知識。在湯姆遜指導下，麥克斯韋得到啟示，認真鉆研法拉第的著作。1860年的一天，29歲的麥克斯韋作為英國皇家學院的年輕教授，帶著新寫的論文，登門拜訪了年近七旬的法拉第。這是一次偉大的會見，是一位偉大的實驗家與偉大的理論家的靈魂之約和才智的奇妙碰撞。麥克斯韋與法拉第是忘年之交，共同構筑了電磁學理論的科學體系。這個故事告訴青年學子，要學會與科學大師對話、接受指導、聆聽教誨。

4.科學使命

（1）從定性研究到定量探索。

創新是科學的源泉。當一個新生事物或研究領域出現時，通常是定性的研究。從定性到定量是科學研究的必經之路，也是創新之路。因此，鼓勵同學們科學選題和科研過程中，瞄準方向，孜孜探索，勇于創新。在講到靜電場時，必然提到庫侖定律。1785年，庫侖利用扭秤建立庫侖定律，經過實驗找出了真空中兩個點電荷之間的相互作用力與兩點電荷所帶的電量及他們之間的距離的定量關系，即靜電學中的庫侖定律。這是電學發展史上的第一個定量規律，豐富了電學與磁學研究的計量方法。這個實例結合課程內容生動形象地表達了從定性研究到定量研究是科學研究的常態，也是學術創新的必然。

（2）刻苦求索，敢于創新。

在科學家史話中，所有的科學家在求學時期都孜孜不倦，勤奮刻苦，才會取得了非凡的學術成就。麥克斯韋1847年進入愛丁堡大學學習，讀書非常用功，積累了相當廣泛的知識，顯示了非凡的才華。當讀到法拉第的《電學實驗研究》一書時，立即被書中新穎的實驗和見解所吸引。我國一位院士說，“早九晚五”培養不出科學家，這說明沒有刻苦求索的投入和敢于創新的志氣是難以成功的。國內外取得非凡成就的科學家大多如此，概莫能外。

5.專業擔當

（1）多學科交叉。

赫姆霍茲是德國物理學家、生理學家，在生理學、光學、電動力學、數學、熱力學等領域中均有重大貢獻。他中學畢業后先在軍隊服役，后學習醫學、化學和生理學課程，自修拉普拉斯、畢奧和伯努利等的數學著作和康德的哲學著作。1842獲醫學博士學位，期間研究生理學和肌肉活動；1847年用數學公式提出能量守恒定律，創立能量守恒學說。赫姆霍茲注重學科交叉，善于從學科中汲取靈感。奧斯特也是如此，17歲考取哥本哈根大學免費生，學習醫學、藥學、天文、數學、物理、化學等。1820年發現電流磁效應，1840末期研究抗磁體、化學親和力、水的可壓縮性、庫侖扭秤、冶金等。奧斯特知識淵博，專業面寬廣，還是卓越的演講家和自然科普工作者。這兩個科學家的學習和成長說明，青年學生要學習各種文化知識，打好多學科的基礎，為學科交叉融合準備條件。

（2）理論與實驗相結合。

我們常說，實踐是檢驗真理的唯一標準。科學研究更要注重理論與實驗相結合。奧斯特說：“我不喜歡那種沒有實驗的枯燥的講課，所有科學研究都是從實驗開始的?！钡聡锢韺W家赫茲在1833年開始研究麥克斯韋的電磁理論，并積極進行實驗驗證。在萊頓瓶和電容器上分別接一個扁平線圈，當萊頓瓶充電時，線圈間隙中會產生火花，同時電容線圈中感應出電流，驗證了電磁波的存在，全面驗證了麥克斯韋的電磁理論的正確性。此外，錢學森提出“科學理論和工程應用要密切的結合”的思想觀念。這種注重實驗并進行理論思考兩者相結合的做法很值得我們青年一代學習。

（3）基礎研究與專業使命。

地球物理專業包括多個分支，地球物理場論是多個分支專業課的基礎，學好場論這門課很重要。課堂上，告訴同學們基礎越扎實，走得更遠，飛得更高。新時代青年是中國夢的重要構建者和參與者，有為青年可為社會進步起到積極的推動作用。在地質勘探與開發行業，曾涌現出一大批勇于擔當、甘于奉獻的老前輩。他們心懷祖國，干一行愛一行。要想成為一名有為青年，就要向前輩學習，傳承奮斗、奉獻和擔當精神。

二、授課形式與方法

課程思政授課形式與教學方法主要包括講述描述、信息媒介、參觀體驗、課堂討論等。在教學過程中，做好專業課程育人教學設計，創新教育教學方式方法，切實將專業課程思政教學目標融入教學設計與學生學習中。采用故事敘述、影像視頻、課堂討論等形式穿插到課堂教學中，采用潤物細無聲的方式，既讓所學的理論知識易理解、脈絡更清晰，又能從科學探索過程中得到科學思維方法，進行勵志教育。

在開展課程思政教學時，采用課件講述和分組討論兩種形式。在課堂講述時，編寫課程思政課件，以碎片穿插或者專題的形式納入教學課件中，包括圖片、文字和視頻，增加課程的趣味性和教育屬性，并制作PPT進行課題展示。在分組討論時，選擇某個專題，提供教師引導學生討論的視頻錄像（如畢業學長的科學研究經歷、創業勵志故事等音像資料）并結合自己的科研場景對學生下一步繼續求學和未來科學探索以啟迪。

實際課程思政實踐中，通常采用兩種教學方法：一是穿插式教學；一是總結式教學。在課程講述中一般采用穿插式教學，比如在原理的過程中，蘊含著當時科學家的求學經歷、思考過程、個人成長，給學生以啟迪，著重講述對其發現起重要作用的因素，這個教學形式一般適用于1～6周、10～11周關于原理和定律的教學，課程思政的融合點是要注意觀察與思考，必要注意多學科的相互啟發。在專題討論中一般采用總結式教學。例如，圍繞麥克斯韋方程組的創立前后展開論述，涉及的科學家是奧斯特、法拉第、麥克斯韋與赫茲，講述他們之間的關系與交往，尤其是麥克斯韋與法拉第的交流，讓學生聆聽19世紀后半期科學家們是如何做研究和學術交流的，是如何利用現代數學進行知識創新的，碰到挫折和困難又是如何面對的等等。具體安排如表1。

表1 課程思政教學形式與教學方法

續表

通過多年的講授，讓學生知曉數學、物理等基礎學科對未來理論探索、技術開發、工程應用的重要性，激勵學生年輕時期勤奮學習、夯實基礎，為未來研究方向的多選擇、學科交叉、相互啟迪打下基礎。讓學生深刻領會學習交流、學術交流及與科學家對話的內涵，懂得如何進行學術繼承及消化、吸收和創新，即：既要與時俱進，又要開拓創新；既要學習科學家們實驗觀察到理論推導，又要重視理論推導到實驗驗證，兩者密切結合。

三、結束語

在當前高等教育發展和思想政治教育背景下，以“地球物理場論”教學為載體，改革與修訂課程教材，增加科學家史話，按照“專業知識脈絡”“科學家史話”兩個主線，深入挖掘思政元素，繼續構建完善“地球物理場論”課程思政體系。多年的教學實踐表明，在專業知識講授中融入課程思政育人元素猶如在專業知識教學這盤“菜”中加入了“鹽”，使得課堂教學更有“滋味”，提升了課程教學的溫度和高度，將學術育人、思政育人融為一體、同向同行，達到了培養又紅又專人才的目的。