普通物理實驗育人探索

李曉文

(北京師范大學 物理學系，北京 100875)

2019年8月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《關于深化新時代學校思想政治理論課改革創新的若干意見》(簡稱《若干意見》)，為解決好培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人這些根本問題，對教育改革創新提出了指導性意見. 為了落實《若干意見》,貫徹落實習近平總書記關于教育的重要論述和全國教育大會精神，2019年10月，教育部發布了《關于深化本科教育教學改革 全面提高人才培養質量的意見》和《關于一流本科課程建設的實施意見》，指出“把思想政治教育貫穿人才培養全過程”，“把課程思政建設作為落實立德樹人根本任務的關鍵環節，堅持知識傳授與價值引領相統一”.

大約在10年前，筆者發現部分學生對前途感到迷茫，缺乏學習動力；對專業缺乏認識，沒有認同感，因而提不起學習的興趣，同時也缺乏堅強的意志去克服學習中遇到的各種困難. 為了解決學生普遍存在的思想問題，幫助他們更好地成長，筆者嘗試在普通物理實驗的教學過程中加入物理人文思想,在傳授物理知識的同時對學生進行適當的價值引領，這些做法無意中契合了以上幾個意見中對新時期本科教育的要求. 本文將從課程育人元素和價值引導的方式2個方面總結了普通物理實驗課程思政建設的探索經驗，并且給出了具體實例.

1 物理實驗課程的育人元素

1.1 利用科學精神引領學生樹立崇高的人生目標，培養堅強的意志品質

物理學的發展史，是一代代物理學家孜孜不倦地追求真理的發展史，每個物理發現的背后，都有物理學家鍥而不舍的故事，這些感人的故事，可以啟發大學生思考人生的價值和意義，激勵他們樹立崇高的人生目標，并為實現人生目標而奮斗. 筆者挖掘了與普通物理實驗相關的物理學發展史，并將相關的物理學史加入到實驗教學中，在傳授物理學知識的同時傳承科學精神，關注科學精神對學生學習目標、生活目標及個人意志品質的影響.

在夫瑯禾費衍射實驗中，引入衍射現象的發現及對衍射的定性、定量分析的歷史. 講到格里馬第和胡克分別發現衍射現象，惠更斯原理對光的衍射現象的定性解釋，以胡克和惠更斯為代表的波動說與以牛頓為代表的微粒說關于光的本質的爭論. 講到1818年法國科學院的懸賞征文，希望通過征文，鼓勵用微粒理論解釋衍射現象. 菲涅耳提交的論文從惠更斯-菲涅耳原理出發，定量計算了圓孔和圓屏的衍射. 講到泊松運用菲涅耳方程推導圓盤衍射，得到在盤后方一定距離的屏幕上影子的中心應出現亮點，泊松認為這是荒謬的，于是聲稱菲涅耳的波動理論被駁倒. 阿拉果從實驗上證明了泊松亮點的存在. 阿拉果本來是牛頓派支持微粒說的，經過與菲涅耳共同研究衍射現象之后，轉向了波動說.

這一段歷史，傳達了一代代物理學家追求真理、實事求是、不懼權威的科學精神.

1.2 利用科學思想與方法培養學生優秀的思維品質

科學理論的形成離不開科學思想的指導和科學方法的應用，正確的科學思維和科學方法是認識世界的手段，是創新、發明的必要條件. 每個實驗都包含美妙的物理思想和奇妙的研究方法，在教學過程中引導學生體會、總結和提煉所做的實驗中包含的物理思想和使用的研究方法，培養學生優秀的思維品質和正確的工作方法，引領學生享受物理的情與趣，欣賞物理的妙與美.

在實驗過程中引導學生體會實驗包含的物理思想，總結實驗使用的研究方法，這在每個實驗項目中都會貫徹落實. 普通物理實驗開設的時間是大一第二學期和大二第一學期，學生還沒有接觸量子力學. 光電效應的實驗內容是：用紅、黃、綠、藍和紫色光照射金屬板，測量光電流隨電壓的變化曲線，研究截止電壓與入射光頻率的關系. 在做實驗之前，提問學生，根據光的波動理論，預期的實驗結果是怎樣的？實驗結果出來之后，再與學生討論，結果是否與預期一致？用波動理論能不能解釋得到的結果？接著再提出問題：如果光是具有一定能量的粒子，能不能解釋實驗得到的結果？如何解釋？通過這些提問，引導學生認識光的量子性這一深邃的物理思想. 接著，可以再讓學生們討論如何理解光的波動性和粒子性？二者是否矛盾？通過討論，讓學生理解波動性和粒子性是光在2個不同層次上的性質，二者看似矛盾，實際上統一，學會辯證地思考問題[1].

在解釋光電效應實驗內容時，適時地向學生講授定量分析的科學研究方法. 在學生測量完數據，進行數據分析階段，向學生講述了光電效應研究初期，勒納德如何用契合法[2]確定了截止電壓與頻率有因果關系，以及怎樣用共變歸納法[2]由伏安特性曲線得到截止電壓，由截止電壓與頻率的關系得到普朗克常量. 通過光電效應實驗，學生可以了解定量分析、契合法以及共變法等科學研究方法.

1.3 認識物理學對社會發揮的作用，提升學生自我價值認識

物理學廣泛而深刻地影響著人類社會，改變了世界. 物理學科為應用技術提供了理論基礎，對工程和技術的發展產生了巨大推動力，引起了傳統社會生產方式和產業結構的巨大變革，并向各個領域滲透，推動社會的發展，導致了人類生活方式的變化，改變了世界面貌[3]. 筆者在課程中引導學生認識自然與社會中與實驗項目相關的現象，與實驗項目相關的物理知識在科技及日常生活中的應用，對人類生活帶來的變化，提高學生作為物理學學習者及未來物理學工作者的自豪感，提升對自身價值的認識和肯定，提高學生的自信心，減輕對前途的迷茫和無助感.

在偏振光實驗中，引入偏振概念時，筆者講到動物與偏振光，舉了翠鳥捕魚、蜜蜂的搖擺舞[4]、非洲糞金龜[5]、螳螂蝦隱私通信[6]的例子. 講到日常生活利用偏振光的例子，如立體電影、液晶顯示器、偏光太陽鏡、汽車擋風玻璃等. 講到偏振在科學技術領域的應用，比如電光開關、應力測量、偏振遙感探測等. 引入這些例子，讓學生認識到物理既有趣又有用，提高學習興趣，提升學生對專業的認可度，堅定學習物理的決心和信心，提升學生做為物理人的價值感. 華東師范大學同行觀摩偏振光綜合實驗教學后評價：教師引入偏振光概念非常用心，從自然界中生物的例子，到偏振光在日常生活、科學領域的應用，非常豐富、有趣，可看出教師做了很多調研，實驗內容設計也非常有趣.

2 物理實驗課程加入育人元素的方式

成功的實驗教學，會讓學生獲得許多能力和心理體驗，在“潤物細無聲”中影響學生的人生觀和價值觀. 在知識傳授過程如何實現有效的價值引導，需要教師不斷地探索. 筆者嘗試以下方式：

1)講授及討論. 每個實驗的第一個環節是教師講解實驗，大部分內容都可以在這個環節以講授的形式傳達給學生. 每個實驗項目蘊含的物理思想、使用的研究方法，適合在做實驗過程面對面地引導學生進行思考、討論，然后加以歸納總結.

2)網絡平臺. 利用課程網絡平臺開設了“影視中的物理實驗”及“三色書屋”主題論壇.

a.“影視中的物理實驗”主題論壇介紹學生觀看涉及物理實驗的影片，然后展開討論，引導學生思考日常生活中的物理及物理實驗在日常生活中的應用，提高學習興趣，激發學生的創作熱情.

b.“三色書屋”論壇向學生推薦物理人文方面的書籍，師生就閱讀進行交流，旨在提高學生的科學及人文素養.

3)課后作業. 一些內容可以做為課后作業,比如，全息照相實驗，留的作業是“調研全息技術的應用”，學生了解到全息干涉計量、全息光學元件、全息顯微術、模壓全息、超聲紅外及微波全息. 講到全息在醫學診斷、舞臺設計、工業檢測、軍事等方面的應用，大部分作業是內容豐富而且詳實的調研報告. 通過調研，學生不僅開闊了知識面，加深了對全息技術的了解，也深刻地體會到全息豐富了人類的生活，提高了學習物理的興趣，也提升了做為物理人的自豪感.

4)實驗室展板. 將物理學家的生平故事和經典的實驗做成展板，營造良好的文化氛圍.

3 結束語

愛因斯坦曾說：科學對于人類事務的影響有2種方式,第一種是大家熟悉的,科學直接地并且在很大程度上間接地生產出完全改變人類生活的工具；第二種是教育性質的，它作用于心靈. 盡管草率看來,這種方式好像不太明顯,但至少同第一種方式一樣銳利. 物理既是科學，也是文化[7]，物理課程思想政治元素在塑造學生的世界觀和價值觀方面發揮著獨特的、不可替代的作用. 建設適應新時代要求的一流物理實驗課程,需要把立德樹人做為課程的根本標準,以此設置課程、設計課堂教學. 習近平總書記指出：教師不能只做傳授書本知識的教書匠，而要成為塑造學生品格、品行、品位的“大先生.” 優秀的教師不僅要指導學生如何在知識的海洋中遨游，領略科學的魅力，也要注意，在獲取知識的過程中，科學家的理想信念、科學精神和人文情懷才是學生應該掌握的、更為珍貴的財富.