“課程思政”理念下大學(xué)物理課堂教學(xué)探究與實踐*
——以多普勒效應(yīng)為例

馬曉波 林妹平 曹志杰

(寧夏大學(xué)物理與電子電氣工程學(xué)院 寧夏 銀川 750021)

1 引言

課程思政是指以構(gòu)建全員育人、全程育人、全方位育人格局的形式將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，把“立德樹人”作為教育的根本任務(wù)的一種綜合教育理念[1].教育部2020年6月1日印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出課堂教學(xué)是課程思政建設(shè)的出發(fā)點和落腳點，要求課堂教學(xué)中必須將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)有機融合到一體，在課堂教學(xué)的各個方面、各個環(huán)節(jié)中，進而培養(yǎng)學(xué)生的政治認同、家國情懷、文化素養(yǎng)、憲法法治意識、道德修養(yǎng)等，使學(xué)生樹立起正確的世界觀、價值觀、人生觀[2].

大學(xué)物理課程以物理學(xué)基礎(chǔ)為內(nèi)容，涵蓋了力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等系列學(xué)科基本內(nèi)容，具有注重理論與實踐相結(jié)合、重視科學(xué)探索的方法與科學(xué)邏輯突出的特點，是一門面向全校理工科專業(yè)的公共基礎(chǔ)課程.根據(jù)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》中要求“公共基礎(chǔ)課要提高大學(xué)生人文素養(yǎng)、科學(xué)精神、愛國情懷、增長知識見識”[2].結(jié)合大學(xué)物理具有豐富人文、科學(xué)背景，對大學(xué)物理課程教學(xué)進行精心設(shè)計，將思政元素融入課程中實現(xiàn)立德樹人的目標(biāo).落實好課程思政的關(guān)鍵在于弄清楚“上什么”，“怎么上”的問題，本文以大學(xué)物理中“多普勒效應(yīng)”一節(jié)的內(nèi)容為例，探索課程思政元素提煉和案例挖掘，及思政元素融入后課堂教學(xué)策略的選擇與實施方法，為促進大學(xué)物理課程思政教學(xué)建設(shè)提供參考.

2 課程思政理念下構(gòu)建以“學(xué)生為主”的大學(xué)物理課堂教學(xué)模式

2.1 大學(xué)物理“課程思政”設(shè)計流程

以“課程思政”理念指導(dǎo)大學(xué)物理學(xué)科教學(xué)是指在大學(xué)物理課堂教學(xué)中，以物理知識、物理規(guī)律的得出、發(fā)展的歷史過程為基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)生已有的知識經(jīng)驗和能力發(fā)展水平，有機融合生活情境、科技成就以及實驗探究等多方面的內(nèi)容，對科學(xué)探究過程再次重演.在教學(xué)過程中，利用合適的教學(xué)策略，深度挖掘培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)和人文素養(yǎng)的元素[3]，使物理課堂不僅有理論、有實踐，還有故事和方法，同時充滿人文關(guān)懷和科學(xué)精神，具體設(shè)計流程如圖1所示.

圖1 大學(xué)物理“課程思政”教學(xué)設(shè)計流程

2.2 課程思政視角下的學(xué)情分析

(1)在知識儲備方面：學(xué)習(xí)本階段之前，學(xué)生已經(jīng)掌握了平面簡諧波波函數(shù)推導(dǎo)和波動物理量之間的關(guān)系，為本節(jié)課運用速度合成定理推導(dǎo)多普勒效應(yīng)起到了較好的鋪墊作用.

(2)在心理特征方面：授課對象為大學(xué)一年級本科生，具有高漲的學(xué)習(xí)熱情，沿襲了高中物理中的學(xué)習(xí)方法，習(xí)慣“題海”戰(zhàn)，受高中知識儲備和學(xué)時限制，多數(shù)同學(xué)對物理知識的具體工程應(yīng)用領(lǐng)悟不夠透徹，對科學(xué)問題的綜合分析能力不足，不具備跨學(xué)科創(chuàng)新能力.因此，導(dǎo)致學(xué)生對物理學(xué)科的認識停留在“做題”和“考試”層面，對物理原理在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，及我國取得的重大科技成果知之甚少，理論與實踐“相脫離”，知識與育人“兩張皮”，學(xué)生對大學(xué)物理公共課的學(xué)習(xí)動機不明確，學(xué)習(xí)熱情不高、主動性不強.以改革開放以來我國取得的重大科技成果為載體，深入挖掘其中蘊含的思政元素，如科學(xué)精神、科學(xué)方法、人文精神等，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、工匠精神和家國情懷，實現(xiàn)知識傳授與思政育人的有機結(jié)合.

2.3 構(gòu)建“以學(xué)生為主”的課堂教學(xué)模式

目前我國高等教育課堂教學(xué)模式以知識傳授為主，而歐美國家則以能力培養(yǎng)為主[4].以知識傳授為主的課堂教學(xué)模式優(yōu)點是教師占主導(dǎo)、強調(diào)學(xué)習(xí)的知識性與系統(tǒng)性，可以有效地組織學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式，提高教學(xué)效率.缺點是學(xué)生的課堂參與度較低，學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、自覺性下降[5]，導(dǎo)致理論與實踐這兩個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)嚴(yán)重脫離彼此，使得大部分學(xué)生解決工程實際問題的能力嚴(yán)重匱乏，更加不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).以能力培養(yǎng)的課堂教學(xué)模式可以有效規(guī)避知識傳授為主的課堂教學(xué)模式的缺點，但其本身需要教師具有很好的引導(dǎo)能力和規(guī)范性作用，從而有效避免由于學(xué)生啟動點和學(xué)習(xí)目標(biāo)分差太大造成的課堂教學(xué)時間浪費.在構(gòu)建“以學(xué)生為主”的課堂教學(xué)模式中需要教師從如下幾個方面進行建設(shè)[6]：

(1)在心理上重新構(gòu)建師生關(guān)系.師生關(guān)系是指教師和學(xué)生在教育教學(xué)過程中結(jié)成的相互關(guān)系，包括彼此所處的地位、作用和相互對待的態(tài)度等.現(xiàn)代教育觀認為，教師與學(xué)生是平等、合作、互動的關(guān)系.教師在教學(xué)過程中不可片面強調(diào)學(xué)生對教師的無條件服從及教師在教學(xué)過程中處于絕對的領(lǐng)導(dǎo)地位.

(2)情感豐富的教學(xué)語言.教學(xué)語言包括肢體語言和口頭語言.肢體語言主要包括面部表情、形體姿態(tài)和手勢傳遞等,與口頭語言音調(diào)相配合，可以最大限度地表達教師的情感、態(tài)度和心理特征，是進行“課程思政”表達觀點、立場的重要方式.得體大方、積極向上、充滿力量的肢體語言可以豐富課堂信息、增強觀點表達的效果，增強課堂感染力.口頭語言是教師進行知識傳播、情感態(tài)度表達的直接方式，更具影響力，它可以增加課堂氛圍的生動性、活潑性.真誠的語氣和溫潤的語言能拉進學(xué)生與教師的距離，帶動學(xué)生的興趣和情緒，減少學(xué)生課堂聽課的壓力.教師要少用或者不用祈使句、喝令語句與學(xué)生溝通交流，心理上與學(xué)生保持平等關(guān)系.

(3)整合課堂教學(xué)內(nèi)容.大學(xué)物理作為理工科學(xué)生的基礎(chǔ)課程需要面向不同專業(yè)的學(xué)生，因此，對于不同專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)方案就有了大學(xué)物理不同的知識重點，如化工和食品工程專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)方案更加側(cè)重于熱學(xué)、電學(xué)和原子物理的教學(xué)內(nèi)容，而土木工程和機械工程專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)方案更加側(cè)重于力學(xué)、熱學(xué)和電磁學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，因此，大學(xué)物理授課中要依據(jù)不同專業(yè)的特點選擇適合的教學(xué)內(nèi)容，并將大學(xué)物理課程教學(xué)的內(nèi)在邏輯或價值關(guān)聯(lián)不同學(xué)科的內(nèi)容、技能和價值，打破傳統(tǒng)大學(xué)物理學(xué)科教學(xué)的壁壘，幫助學(xué)生建立不同學(xué)科相同知識之間的聯(lián)系，消除相關(guān)知識之間的界限，使學(xué)生形成對知識的整體認識和全息觀念，進而培養(yǎng)學(xué)生深刻理解和靈活運用知識綜合解決問題的能力.

(4)選擇合適的教學(xué)策略，增加課程的高階性.適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略的選擇可以使課堂教學(xué)事半功倍，獲得良好的教學(xué)效果.“以學(xué)生為主”的教學(xué)策略有“指導(dǎo)性教學(xué)策略”“生成性教學(xué)策略”和“替代性教學(xué)策略”等，通過科普報告、合作學(xué)習(xí)、分課堂及辯論賽等激勵學(xué)生參與課堂教學(xué)，提高學(xué)生科學(xué)思維，激發(fā)創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作精神，讓學(xué)生能將物理理論應(yīng)用到學(xué)科實踐中.

(5)重視學(xué)習(xí)體驗，多維度的評價學(xué)習(xí)效果.“課程思政”的最終效果是實現(xiàn)學(xué)生德育，德育在心理學(xué)上是指受教育者在接受教育的過程中品格的形成，而人的品格的評價具有隱蔽性，難以直觀評價.因此,在大學(xué)物理思政教育的過程中，需要重視學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，建立多維度的課程思政育人成效評價體系，通過問卷調(diào)查、課堂觀察、角色扮演等方式對思政育人效果進行多維度評價，保障課程思政育人落到實處.

3 課程思政實例——多普勒效應(yīng)

3.1 “多普勒效應(yīng)”知識結(jié)構(gòu)及學(xué)情分析

下面以高等教育出版社程守洙主編的《大學(xué)物理》(第5版)第七章第7節(jié)內(nèi)容“多普勒效應(yīng)”一節(jié)內(nèi)容為例，闡述“課程思政”理念指導(dǎo)的大學(xué)物理教學(xué)設(shè)計.“多普勒效應(yīng)”是波動過程特有的現(xiàn)象，隸屬于大學(xué)物理力學(xué)模塊中的波動部分，它泛指因為觀察者(或波源、或兩者)相對媒質(zhì)運動導(dǎo)致觀測頻率與波源頻率差異的現(xiàn)象，被廣泛應(yīng)用于多個學(xué)科領(lǐng)域，如生物醫(yī)學(xué)、交通、氣象觀測、太空探測、食品、化工檢測、土木工程及計算機通信等領(lǐng)域[7].“多普勒效應(yīng)”的學(xué)習(xí)內(nèi)容安排在機械波章節(jié)的最后一節(jié)，是學(xué)生學(xué)習(xí)了機械波的產(chǎn)生與傳播、平面簡諧波、明確波動物理量之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，以聲波為例的多普勒效應(yīng)，通過速度合成定理推導(dǎo)多普勒效應(yīng)，目的在于使學(xué)生明確多普勒效應(yīng)的物理本質(zhì)，了解多普勒效應(yīng)的實際應(yīng)用.教學(xué)重點在于“速度合成定理”演繹多普勒效應(yīng)的物理本質(zhì)，教學(xué)難點在于構(gòu)建多普勒效應(yīng)空間物理圖景.具體教學(xué)內(nèi)容和知識結(jié)構(gòu)如圖2所示.

3.2 “多普勒效應(yīng)”課程內(nèi)容思政元素挖掘及教學(xué)設(shè)計思路

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計以“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航”為載體，學(xué)習(xí)多普勒效應(yīng)的物理本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生主動觀察、深度思考的科學(xué)思維.培養(yǎng)數(shù)理邏輯推理能力和嚴(yán)謹認真的科學(xué)態(tài)度，弘揚民族精神和敬業(yè)精神，培養(yǎng)愛國情懷和工匠精神.具體教學(xué)設(shè)計流程如圖3所示.

(1)采用“雨課堂”課前推送“智能手機測定多普勒效應(yīng)實驗”操作視頻，完成實驗準(zhǔn)備.

(2)通過情境創(chuàng)設(shè)：展示衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)給我們的生產(chǎn)生活帶來的巨大改變.

(3)設(shè)計問題：衛(wèi)星是如何實現(xiàn)導(dǎo)航定位的？

(4)采用實驗探究法，通過開展“智能手機測定多普勒效應(yīng)實驗”充分調(diào)動學(xué)生的感官探究多普勒現(xiàn)象，提高學(xué)習(xí)興趣.

(5)采用邏輯推演法推導(dǎo)多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式，科學(xué)解釋“智能手機測定多普勒現(xiàn)象”，明確多普勒效應(yīng)的物理本質(zhì).采用類比法通過類比可視化水波的多普勒效應(yīng)，將抽象的聲波多普勒現(xiàn)象具體化，使學(xué)生構(gòu)建聲波多普勒效應(yīng)的物理圖景.

(6)聯(lián)系實際，利用多普勒效應(yīng)詮釋我國“北斗”衛(wèi)星定位原理，介紹我國“北斗”自主研發(fā)的“三步走”戰(zhàn)略.

(7)“雨課堂”課后推送紀(jì)錄片《北斗》，留取具有學(xué)科背景的個性化作業(yè)題目實現(xiàn)對知識點的加深鞏固.

圖3 “課程思政理念”下“多普勒效應(yīng)”章節(jié)的教學(xué)設(shè)計流程圖

教學(xué)活動一：課前通過信息化教學(xué)借助雨課堂平臺推送“手機演示實驗——多普勒效應(yīng)”[8]，通過小組學(xué)習(xí)完成下述預(yù)習(xí)題目:

(1)觀看視頻手機安裝“Phyphox”APP;

(2)熟悉實驗步驟；

(3)當(dāng)使用“Tone generator”功能改變聲音，你的感受有何不同？(目的：區(qū)分音調(diào)和音量)

教學(xué)活動二：導(dǎo)課環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)問題情境，教師讓學(xué)生想象身處陌生城市在無手機導(dǎo)航的情況下，如何在陌生城市到達指定目的地.講述海灣戰(zhàn)爭中美國通過GPS技術(shù)取得戰(zhàn)爭的勝利，提出問題,若中國沒有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，我們該如何看待中美關(guān)系？衛(wèi)星是如何實現(xiàn)導(dǎo)航定位的？讓學(xué)生帶著這樣的問題進入“多普勒效應(yīng)”的學(xué)習(xí).

設(shè)計意圖：由問題導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生的求知欲，探索新的科學(xué)問題.

教學(xué)活動三：課上學(xué)生分組通過智能手機“Phyphox”APP完成多普勒效應(yīng)實驗探究，實驗內(nèi)容為:

(1)使用“Tone generator”功能保持聲音頻率不變時，當(dāng)走進和遠離聲源時你的感受有何不同？(目的：感受多普勒效應(yīng))

(2)通過手機端導(dǎo)出的“測量多普勒效應(yīng)”實驗數(shù)據(jù)，你得到什么規(guī)律？通過總結(jié)實驗規(guī)律得出多普勒效應(yīng)的物理定義，介紹多普勒效應(yīng)發(fā)現(xiàn)的物理背景.(目的：探索多普勒效應(yīng)規(guī)律).

設(shè)計意圖：通過實驗探究調(diào)動學(xué)生的聽覺和視覺，手腦并用，增強對“多普勒效應(yīng)”的定性和定量描述，培養(yǎng)學(xué)生主動觀察、深入思考的科學(xué)思維.

教學(xué)活動四：基于速度合成定理推導(dǎo)多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式，運用數(shù)學(xué)科學(xué)語言推理解釋“智能手機測定多普勒效應(yīng)”實驗現(xiàn)象.實驗內(nèi)容包括以下3種情況.

(1)波源靜止，觀察者運動；

(2)觀察者靜止，波源相對介質(zhì)運動；

(3)波源和觀察者同時相對介質(zhì)運動.

分別推導(dǎo)這3種情況下觀察者的接收頻率與波源頻率的關(guān)系，進而得到普適性的多普勒效應(yīng)數(shù)學(xué)表達式，明確多普勒效應(yīng)的物理本質(zhì).采用類比法通過類比可視化水波的多普勒效應(yīng)，將抽象的聲波多普勒現(xiàn)象具體化，使學(xué)生構(gòu)建聲波多普勒效應(yīng)的物理圖景.

設(shè)計意圖：應(yīng)用板書和多媒體PPT，詳細講解推導(dǎo)過程，使學(xué)生更加直觀、深刻地理解多普勒效應(yīng)的物理本質(zhì).

教學(xué)活動五：教師聯(lián)系實際回答導(dǎo)課部分的課前提問，利用本節(jié)課所學(xué)多普勒效應(yīng)原理詮釋我國“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理，介紹我國“北斗”自主研發(fā)的“三步走”戰(zhàn)略.課后通過雨課堂推送央視“北斗”紀(jì)錄片鏈接，觀看紀(jì)錄片，要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)和所觀看的紀(jì)錄片，談?wù)劧嗥绽招?yīng)在你所在學(xué)科領(lǐng)域的重要應(yīng)用并提交短視頻或者PPT做口頭報告，教師擇優(yōu)選3個優(yōu)秀作業(yè)案例做班級分享.

設(shè)計意圖：體會“北斗”研發(fā)的自主創(chuàng)新之路，弘揚民族精神和培養(yǎng)愛國情懷，培養(yǎng)學(xué)科交叉創(chuàng)新能力.

4 結(jié)束語

在知識傳授過程中引入思政元素的教學(xué)，不僅可以促使學(xué)生主動建構(gòu)知識，加深對物理學(xué)科知識的理解，同時，在學(xué)習(xí)過程中能掌握更多的物理思維與物理技能，在探究過程中，還能不斷汲取人類科學(xué)發(fā)展史上的科學(xué)探究方法，以及獨特的科學(xué)思維促進科學(xué)精神與人文精神的統(tǒng)一.本文以大學(xué)物理教學(xué)中多普勒效應(yīng)章節(jié)為例，以“北斗”導(dǎo)航定位原理為載體，采用雨課堂線上資源使學(xué)生沒有進入課堂就融入到課程中，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣.借助智能手機開展課上多普勒效應(yīng)小組探究實驗，提高學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)團結(jié)協(xié)作和主動觀察深度思考的科學(xué)思維.采用數(shù)理推理，在課堂教學(xué)過程中通過數(shù)學(xué)推理得出多普勒效應(yīng)的物理數(shù)學(xué)關(guān)系式，明確物理本質(zhì)，培養(yǎng)數(shù)理思維.最后，基于所學(xué)詮釋“北斗導(dǎo)航”定位原理，介紹北斗“三步走”戰(zhàn)略，弘揚民族精神，培養(yǎng)愛國情懷.通過課后調(diào)研報告培養(yǎng)學(xué)生建立學(xué)科交叉創(chuàng)新能力.通過課前、課中、課后3個階段將課程思政融入課堂，深入落實課程思政育人目標(biāo)，實現(xiàn)思政育人與知識傳授的有機結(jié)合，為探索課程思政教學(xué)提供參考.