以“電磁學”為例談專業課程思政成為滋潤學生成長沃土

吳小山,孫 亮,張海軍,劉俊明,忻 蓓

(1. 南京大學 物理學院，江蘇 南京 210093；2. 高等教育出版社，北京 100029)

黨的十八大以來，習近平總書記多次發表重要講話，引航中國教育前進方向，把“立德樹人”作為中國教育的根本任務.習近平總書記關于教育的重要論述，是習近平新時代中國特色社會主義思想的重要組成部分，是中國特色社會主義教育理論發展的最新成果，形成了科學、系統的新時代中國特色社會主義教育理論體系，開辟了馬克思主義教育理論和實踐發展的新境界.教育部課題組匯集了《深入學習習近平關于教育的重要論述》，由人民出版社出版發行[1].習近平總書記在黨的十九大報告中要求：“全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務，發展素質教育，推進教育公平，培養德智體美全面發展的社會主義建設者和接班人.”[2]

這里對為誰培養人，如何培養人，以及培養什么人都作了闡述，是新時代中國特色社會主義教育理論的精髓，已經成為推進我國教育現代化的指導思想和行動指南.社會主義事業需要一大批從事各個專業的專門人才，需要他們忠誠黨的事業，投身社會主義建設，全心全意為中國社會主義事業服務，為中國人民謀幸福，為實現中華民族偉大復興的中國夢貢獻聰明才智.這就需要學校在培養年輕人時，注重在專業教學中落實習近平總書記關于立德樹人、培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人等相關指示，就需要在加強專業培養的同時,加強對學生世界觀、人生觀和價值觀的塑造，也就是專業思政，將正確的三觀融入專業培養全過程.專業培養的落腳點是專業課程，因此專業育人的落腳點是課程育人.如何落實課程育人，把準專業教育的高度、深度和方向，而不是將育人元素生硬地添加到專業課程中.

中國高等教育學會教學研究分會楊祥理事長等在《中國高等教育》期刊上撰文指出[3]：課程思政不是教學內容的增減或課程體系的調整，它是一種方法，是高校在落實立德樹人根本任務的過程中體現馬克思主義指導地位、踐行社會主義核心價值觀的方法；是堅持用習近平新時代中國特色社會主義思想鑄魂育人，實現習近平新時代中國特色社會主義思想進教材、進課堂、進頭腦的方法.

唐朝詩人杜甫在《春夜喜雨》中的詩句“隨風潛入夜、潤物細無聲”[4]，就是課程育人的思路.萬物依靠雨露滋潤，但不是生硬的把雨水灌進去，而是潤物無聲，自然吸收，通過與陽光、空氣、土壤發生化合作用，化為萬物新的組成部分.課程育人就是要把馬克思主義唯物主義思想、正確的認識論、思想品德、家國情懷、勇攀科學高峰的精神等如雨露潤物般被學生有機吸收，和學生的專業知識、興趣、愛好融合，成為學生新專業知識的組成部分，讓知識有方向性、服務性，提高學生科學素養.通過老師的傳授把知識的內涵、專業的內涵融入學生成長過程，猶如“德之鹽”融入“專業之水”，甚至如光合作用一般，把專業知識、育人元素通過教師融為學生成長的重要組成部分.這樣培養的專業人才就可以成為中國未來社會的接班人，以中華民族的偉大復興為己任，去學習，去奮斗.

1 “電磁學”課程特點

電磁學是一門起源于總結自然界中電、磁現象規律的物理課程.課程中每個規律的提出總是從實驗現象出發，探索歸納形成本源的物理規律.“電磁學”課程理論性很強，對想象力要求較高的“場”是一個重要的概念，它與“力學”課程中的理想模型——“質點”、“剛體”——是不同的，“場”在空間連續分布，它是一種特殊的存在，是一種物質，它的規律須從整體上把握；因此對“場”的描述與力學中大不相同.

“電磁學”課程是第一次系統學習和處理“場”.課程中電磁場的規律是建立在數學應用的基礎上，并通過嚴格推導獲得的.課程描繪了一個從實踐到理論再到實踐的認識過程.從身邊的現象抽絲剝繭留下描述物理本源規律的數學描述，再通過數學推導預言新的物理現象并被實踐所證實.因此電磁學是一門理論與實踐高度融合的課程，也是與生活結合得最緊密的課程，我們身邊幾乎所有現象、重大科學發現、國家重大需求等都與電磁學規律的應用密不可分.如何融合實踐和理論、前沿和基礎、國家需求和知識應用，建設具有高階性、創新性和挑戰度(兩性一度)的優質課程，是提高課程質量、培養學生科學素養、提升學生創新創造能力的關鍵.

另外，“電磁學”是一門介紹人類對自然界中電和磁現象的認識以及電磁相互作用規律的課程.該課程的內容緊密聯系前沿重大科技進展、國民經濟發展重大需求；課程學習對專業內涵的理解，對知識的實踐應用，以及實現知識的創新具有重要意義.“電磁學”是一門典型的自然科學課程，該課程的基本框架是基于人類對自然現象的長期觀測和歸納總結，并在此基礎上提煉出漂亮的物理規律.這充分體現了人類長期認識自然、改造自然，并利用自然規律推進人類文明演化的歷史過程.課程內涵既包括馬克思主義唯物主義觀點，也包含了“從實踐中來到實踐中去”的正確認識論，同時，電磁規律的建立又充分展現了科學家“實事求是”追求真理的科學精神.

對電磁規律的認知，以及對電磁相互作用規律的應用和創新，促進創生了以電力和信息為基石的現代社會高度文明，也將在即將來臨的科學技術革命(如信息革命、量子革命)中發揮更重要的作用.“電磁學”更是后續物理學專業課程、選修課程的基礎課程，如“電動力學”、“統計物理”、“量子力學”“固體物理”、“鐵磁學”、“電介質物理”等，如何通過課程教學引導學生學好“電磁學”，激發學生報效祖國的熱情，是“電磁學”課程育人的重要任務.

2 南京大學“電磁學”課程教學簡介

南京大學物理學專業(物理學院)“電磁學”課程教學團隊由4位教授領銜，包括2位資深教授，即教育部長江獎勵計劃特聘教授1人、教育部新世紀人才計劃入選者1人，以及2名年輕骨干教師，包括一名中組部青年千人計劃教授和一名具有博士學位的年輕副教授，每年課程組還設置多名助教，確保課程的順利進行和各項教學改革方案的實施.

南京大學“電磁學”課程教學團隊采用以下措施進行教學.

首先，體現電磁學規律來源于實踐，又應用于推動人類文明進步.當代科學技術的發展，特別是電力技術、信息技術的進步，有賴于人類長期對自然界中電磁現象的研究，并得益于研究成果在人類改造自然過程的應用.知識的積累和應用可以助力人類文明提升，可以推動國家、社會發展.電力驅動改變了牛拉人推的原始社會，將人類帶入一個嶄新時代.電磁波的產生是電磁現象耦合的結果，也是當今信息社會發展的基礎，從電磁波到可見光，從電燈到激光，都是人們認識自然并反作用于人類社會的結果.

中國古代科學家在電磁學研究領域有著不可磨滅的貢獻[5]：西方航海的發展來源于中國指南針的發明；3000多年前我國就發明了代表電的甲骨文，2000多年前我們的祖先發明了類似現代避雷針的“茲吻”；戰國時期齊國丞相管仲對磁有研究，將磁鐵礦稱為“慈石”，并紀錄在《管子地數篇》中.明代名醫李時珍也進行過琥珀吸引輕小物體的記載.近代中國科學家在電磁學方面的貢獻就更多了，諸如拓撲絕緣體、鐵電、巨磁電阻效應等，都凝聚著中國科學家的成就.

電磁規律的建立，凝聚著大批科學家的心血，來源于他們長期孜孜不倦、實事求是的求索.卡文迪什十分認真執著，出于對科學負責的態度，即使將已經獲得的電荷平方反比相互作用規律的研究論文擱置近百年也在所不惜；科學家為了追求科學真理，建立一個正確的科學規律，常常在幾百年的時間里不斷“較真”.如前所述，銓釋電荷相互作用規律的庫倫定律，就經過了從17世紀到18世紀，卡文迪什、庫倫、麥克斯韋等科學家不斷的驗證.即使時至今日，仍有科學家在設計更精確的實驗驗證它[6,7]，科學就是需要這種“實事求是”的科學精神.

其次，鼓勵學生運用知識創新，并投身科學前沿.通過課外設置創新課題，引導學生參加相關科研課題，或若干前沿演示過程，帶動學生運用課堂知識圍繞選定的課題開展調研和創新.教學團隊發布了若干課題，比如運動多偶極子電場分布、各種磁行為的伊辛模型的蒙特卡洛模擬、霍爾效應(從普通霍爾效應到量子霍爾效應、分數量子霍爾效應、整數量子霍爾效應等)、制作場發射顯微鏡、制作范德格拉夫起電機、制作滴水起電機，或其它可實用化起電機、制作特斯拉線圈、制作電磁炮等等；還有組織學生調研凝聚態物理學前沿相關的一些重要領域，比如超薄鈣鈦礦氧化物多層結構器件，引導學生分析異質結構材料界面的電荷分布，設計可能的相關器件(二維電子氣、低溫磁電阻、電勢災難等)[8].學生分成若干小組，在選定課題中進行分工協作、交流和創作，利用課外時間完成相關工作，最后撰寫報告，在課堂進行匯報.教學團隊教師參與學生創新指導，并用四分之一課程時間讓學生介紹課外創新進展和成果，及其與電磁學知識和所掌握的其它知識的關聯，同學、老師則提供質疑和評價，同時教師或助教給予評點，這個過程使所有學生獲益.這既是一種翻轉課堂教學，也是學生創新活動.

再次，增強學生服務國家的意識.鼓勵學生利用課外時間自制一些發電裝置，不僅切身體會知識的應用，而且提升了學生創業意識和服務國家的意識.知識來源于前人的總結，又回到社會實踐中改造自然、造福人類.每屆學生都有成功作品，比如用易拉罐、塑料瓶蓋等制成滴水起電機；用簡易顯像管搭建場發射顯微鏡觀察金屬針尖結構；等等，實現從基本原理理解到實踐創作，并逐步理解所學知識如何應用到國家重大需求中.結合課程內容，通過專家講解、視頻展示等形式介紹當代大科學裝置，包括強磁場裝置、同步輻射裝置、強激光裝置等，展示電磁學理論促進我國高科技發展的成果，潛移默化引導學生產生學習電磁學課程可以服務國家前沿科技事業，并推動國家科技發展、推動國民經濟發展的理念.

課程曾聘請中國科學院合肥大科學中心田明亮研究員介紹強磁場裝置及其應用[9]，聘請上海光源邰仁忠研究員、高興宇研究員等介紹上海同步輻射裝置[10]，聘請合肥同步輻射實驗室陸亞林教授介紹合肥同步輻射裝置[11].這些裝置大部分是中國科學家自己設計、自己建造，但對全世界開放的大型裝置，其核心部分就是電磁學理論的實際運用.組織學生實地參觀托克馬克裝置、強磁場裝置、同步輻射裝置等，不僅開拓學生視野，也展示了我國在應用電磁學理論方面發展科技的成就.

最后，通過科學前沿拓寬學生國際化視野.課程教學過程中，課程團隊會把一些前沿進展、前沿課題等引入教學過程，促進學生了解基礎知識與前沿的銜接，提升他們探索前沿的興趣，例如引力波的探測[12]、CCD技術[13]、拓撲超導[14]、自旋流[15]等等.通過專題學術報告、學生調研、“物理講壇”、翻轉課堂等形式，多緯度、多層面展示電磁學相關的前沿科學發展，增強學生學好電磁學、探索前沿科學發展的信心和決心.課程組還鼓勵學生把圍繞前沿進行創新的成果推薦到國內、國際專業學術會議去交流[16]，增強學生科研自信，也幫助學生通過與專家交流開拓視野.

當然，課程育人是一個長期、全過程的工作.習近平總書記指示：立德樹人是人才培養的根本任務，這是一個全員、全方位、全過程的人才培養任務，從孩子出生到孩子走向社會，各個環節、各個階段都要融育人于人才培養，體現“潤物細無聲”的培養過程，“電磁學”的課程思政僅是其中的一程、一個階段，課程育人建設的效果還有待檢驗.畢業學生對南京大學“電磁學”課程教學有較高認同感.從南京大學物理學院近年來培養成果來看，優秀學生留在國內發展的比例得到了提高.2016年，出國人數達到約40%，2019年，出國繼續深造比例低于20%，這里也有課程育人的一點貢獻.

3 結語

“電磁學”是一門典型的自然科學課程，包含馬克思主義唯物主義觀點，對電磁學規律的認知體現了馬克思主義“從實踐中來到實踐中去”的認識論，電磁相互作用規律的認識過程是漫長的，體現了科學家堅持“實事求是”追求真理的科學精神；電磁學知識的掌握、創新能力的提升，可以很好的服務科學發展、服務國家重大需求，也是未來國家科技走向世界前沿的基礎.思政是一個長期的過程，需要堅持不懈，只要全社會都堅持立德樹人的人才培養理念，課程思政就能發揮最大作用.用偉大詩人屈原的話來表達對課程思政的漫長追求[17]：“路漫漫兮而修遠，吾將上下求索”.課程思政永遠在路上.