大學(xué)物理實驗開展課程思政的研究與實踐*

吳慶州 王 濤 李 雷

(南京理工大學(xué)紫金學(xué)院 江蘇 南京 210046)

1 引言

新時代國家對課程建設(shè)提出了新的要求，無論是習(xí)總書記的系列講話還是教育部的系列會議、文件都明確了課程思政的重要性.2020年6月1日教育部發(fā)布了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，指出全面推進(jìn)課程思政建設(shè)是落實立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措，明確了課程思政建設(shè)的目標(biāo)要求和內(nèi)容重點[1].高等教育的根本目的是人才培養(yǎng)，實驗教學(xué)通過實驗課程的設(shè)計，讓學(xué)生通過自己動手去驗證和創(chuàng)新科學(xué)原理，能夠更好地激發(fā)學(xué)生去求真、求是，在實踐中形成科學(xué)思維悟得科學(xué)原理，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)品格.物理實驗作為自然學(xué)科通識類知識課程，是工科學(xué)生進(jìn)入大學(xué)校園后的第一門系統(tǒng)的學(xué)習(xí)實驗方法、技能的實驗課程.實驗教學(xué)中如何在開展課程思政的同時，更好地塑造學(xué)生科學(xué)品格是物理實驗教師在教學(xué)中值得深思的一個問題.

2 實驗課程育人的目標(biāo)要求和內(nèi)容重點

高等教育法第五條規(guī)定，高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才，發(fā)展科學(xué)技術(shù)文化，促進(jìn)社會主義現(xiàn)代化建設(shè).高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才[2].物理實驗課程育人的目標(biāo)與高等教育的育人目標(biāo)完全一致，就是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，將新時代中國特色社會主義思想融入到實驗教學(xué)的每一個過程，提升學(xué)生的認(rèn)知能力、判斷能力、動手能力、實踐能力和創(chuàng)新能力.

物理實驗課程育人的內(nèi)容要根據(jù)不同實驗項目特點而定，以愛黨、愛國、愛社會主義、愛人民、愛集體為主線，引導(dǎo)學(xué)生堅定理想信念、確立科學(xué)的價值觀念、增強(qiáng)自身的綜合素養(yǎng)[3].在實驗背景、實驗原理、實驗?zāi)康摹嶒灢僮鞯拳h(huán)節(jié)中，通過巧妙和科學(xué)的內(nèi)容設(shè)計將社會主義核心價值觀、愛國情懷、奮斗精神等思政元素以潛移默化的形式融入教學(xué)中，實現(xiàn)實驗思政教育的“潤物細(xì)無聲”，在提升學(xué)生實驗?zāi)芰Α⑺茉鞂W(xué)生科學(xué)品格的同時增強(qiáng)學(xué)生的“四個自信”.

3 開展課程思政的方法與途徑

物理實驗課程通過傳授給學(xué)生基礎(chǔ)的物理知識、基本的實驗技能，使學(xué)生在學(xué)習(xí)和實踐實驗知識的過程中掌握物理觀念，學(xué)會科學(xué)思維，通過科學(xué)探究解決實際問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，逐步形成受益終身的科學(xué)品格.

3.1 講好實驗故事發(fā)揮榜樣的力量

物理實驗在知識傳授前都要進(jìn)行實驗背景的介紹.挖掘?qū)嶒灡尘爸械乃颊兀瑢⒖茖W(xué)精神、愛國主義和家國情懷通過真實生動的科學(xué)家的故事講給學(xué)生，能更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自然科學(xué)知識的興趣，培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)觀、人生觀和價值觀.

用思政的思維設(shè)計好實驗背景，講好科學(xué)家故事能更好地實現(xiàn)育人效果.比如，幾乎每個學(xué)校都會開設(shè)的霍爾效應(yīng)實驗，在講述實驗背景的時候就可以融入豐富的思政元素如圖1所示.

圖1 霍爾效應(yīng)發(fā)現(xiàn)過程中的育人設(shè)計

1879年24歲的霍爾還是一個研究生，在讀到英國物理學(xué)家麥克斯韋的《電和磁》和瑞典物理學(xué)家愛德朗的論文《單極感應(yīng)(Unipolar Induction)》時，發(fā)現(xiàn)其中關(guān)于通電導(dǎo)體在磁場中受力的相關(guān)論斷是相互矛盾的[4].霍爾帶著疑問請教導(dǎo)師羅蘭教授，在導(dǎo)師的幫助下以此作為讀研的課題設(shè)計實驗進(jìn)行驗證.在多次失敗后霍爾并沒有放棄而是改變實驗思路最終利用窄條金箔得到了科學(xué)的實驗數(shù)據(jù)，成功地證實了霍爾效應(yīng)現(xiàn)象.通過對霍爾效應(yīng)發(fā)現(xiàn)的過程講解啟迪學(xué)生在科學(xué)研究的道路上形成良好的科學(xué)品格，抓住當(dāng)下勤奮好學(xué)，不僅要有敢于質(zhì)疑的勇氣，還要有創(chuàng)新的思維和堅持不懈的努力.

實驗進(jìn)展和應(yīng)用的介紹可以激勵學(xué)生勇于探索，關(guān)注科技前沿，樹立遠(yuǎn)大理想和抱負(fù).前沿領(lǐng)域的每個物理實驗都包含了豐富的物理學(xué)知識，很多前沿的研究都是來自于基礎(chǔ)的實驗.人類對霍爾效應(yīng)的研究從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在一直持續(xù)不斷，很多偉大的科學(xué)家因相關(guān)研究獲得了諾貝爾獎.霍爾效應(yīng)的研究進(jìn)展和應(yīng)用如圖2所示，既有獲得諾貝爾獎的美籍華裔科學(xué)家崔琦[5]，又有世界科研前沿的張首晟、薛其坤、修發(fā)賢等華人科學(xué)家[6～7]，他們的研究成果、愛國精神都可以很好地增強(qiáng)學(xué)生的愛國自信和愛國熱情，塑造學(xué)生的良好科學(xué)品格.

圖2 霍爾效應(yīng)的研究進(jìn)展和應(yīng)用

3.2 建好實驗室環(huán)境發(fā)揮有形育人的作用

實驗室環(huán)境育人的作用非常明顯，能夠激發(fā)學(xué)生積極向上、嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)習(xí)精神[8].實驗室是未來科學(xué)家的搖籃，是懷揣科學(xué)夢想的大學(xué)生向往之地.良好的實驗環(huán)境能夠營造一個好的實驗氛圍，讓參與實驗的人心情愉悅，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)實驗習(xí)慣的形成，利于培養(yǎng)其科學(xué)品格.

在實驗室文化建設(shè)中我們做了如圖3所示的各種場景布置，突出了勇攀科學(xué)高峰和愛國情懷的引領(lǐng)，發(fā)揮了其顯性育人的積極作用.

圖3 實驗室布置

在實驗室外面走廊張貼了許多與實驗相關(guān)的畫報，既有經(jīng)典的諾貝爾獎也有國內(nèi)科學(xué)家的愛國故事，還有最新的科學(xué)技術(shù).學(xué)生每次來到實驗室都能看到、感受到科學(xué)精神和愛國情懷，有利于在其科學(xué)品格形成中堅定科學(xué)理想和愛國信念.海報結(jié)合時事適時更換，可以給學(xué)生帶來新鮮感，也能激發(fā)他們的求知欲.2019年我們制作了解密5G毫米波的海報,一上墻就吸引了許多同學(xué)駐足觀看，2020年疫情期間做了顯微鏡下的新冠病毒海報，介紹了顯微鏡的光學(xué)知識和各國疫情對比，彰顯了社會主義制度優(yōu)勢.實驗室內(nèi)裝飾簡潔明了，實驗教學(xué)模板、各種規(guī)章制度、安全指引上墻，讓學(xué)生一進(jìn)入實驗室就感受到實驗室內(nèi)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)氛圍，從而規(guī)范自己的實驗行為，使單一的實驗內(nèi)容和方法在實際應(yīng)用中得到延伸.實驗室的環(huán)境是實驗的同學(xué)所見所聞和親身經(jīng)歷，會給他們留下深刻的印象，啟迪他們形成良好的科學(xué)品格.

3.3 選好網(wǎng)絡(luò)資源加強(qiáng)信息引領(lǐng)

課程思政在大學(xué)教育中應(yīng)無處不在，尤其是在提倡信息化教學(xué)的今天，無論是線下教學(xué)，還是MOOC、直播課等線上教學(xué)都應(yīng)具有思政元素.2020年疫情的影響使得網(wǎng)絡(luò)教學(xué)得以普及，隨著國家大力推進(jìn)虛擬仿真實驗的建設(shè)，實驗課程借助虛擬仿真實驗也從傳統(tǒng)的線下搬到了線上，實現(xiàn)了居家實驗.公眾號、QQ群、微信群、直播室等信息平臺被廣泛使用，讓老師和同學(xué)、同學(xué)和同學(xué)之間的交流更為方便.線上教學(xué)對網(wǎng)絡(luò)資源的需求更是不言而喻，在浩瀚的信息資源中，教師信息引領(lǐng)作用就尤為重要.

圖4 實驗中心公眾號推送文章

好的網(wǎng)絡(luò)資源不但可以使學(xué)生們獲得知識，更能培養(yǎng)其良好的科學(xué)品格.教師通過精選和自建網(wǎng)絡(luò)資源將優(yōu)良的信息推送給學(xué)生，可以起到良好的育人效果.如圖4所示，我國第一個量子計算云平臺發(fā)布后，實驗中心公眾號第一時間向?qū)W生推送相關(guān)專題，介紹量子處理器的前言知識，凸顯中國科學(xué)家在量子技術(shù)研究中的優(yōu)勢地位.

3.4 編好教材和教學(xué)大綱明確育人方向

通過對實驗教材重新編寫，實現(xiàn)思政育人的有形融入.我們在2019年啟動了實驗新教材的編寫，更加注重育人和科學(xué)品格的培養(yǎng).新教材為每個實驗精選了實驗背景，增加了前沿科技和相關(guān)應(yīng)用介紹. 在學(xué)生閱讀實驗背景的時候能夠體會到科學(xué)家們巧妙的設(shè)計和研究思路，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和探究熱情.在學(xué)生閱讀前沿科技和相關(guān)應(yīng)用的時候引導(dǎo)學(xué)生了解國外、國內(nèi)科學(xué)發(fā)展情況，感受實證求真的科學(xué)精神，明確“四個正確認(rèn)識”，增強(qiáng)“四個意識”，樹立“四個自信”.

教學(xué)大綱明確立德樹人的育人內(nèi)涵，通過在不同實驗中穿插育人理念加強(qiáng)對學(xué)生科學(xué)品格的塑造.如表1所示，摘錄了部分實驗對應(yīng)的思政內(nèi)容和科學(xué)品格培養(yǎng)目標(biāo).通過實驗大綱明確每個實驗項目的思政內(nèi)容，能理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法；明確每個實驗的科學(xué)品格的基本要求，能運用科學(xué)的思維方式認(rèn)識事物、解決問題、指導(dǎo)行為等.

表1 實驗大綱的思政內(nèi)容和科學(xué)品格培養(yǎng)目標(biāo)節(jié)選

3.5 做好教學(xué)設(shè)計強(qiáng)化育人效果

好的教學(xué)設(shè)計更能促進(jìn)育人效果，是培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)品格的重要手段.近幾年來，我們實驗中心在物理實驗教學(xué)模式上進(jìn)行了一系列改革創(chuàng)新，在互聯(lián)網(wǎng)+、MOOC等技術(shù)背景下，教學(xué)上注重思政元素與信息化相結(jié)合.在實驗教學(xué)的預(yù)習(xí)、講授、測量、數(shù)據(jù)處理、實驗報告等環(huán)節(jié)中融入思政教育強(qiáng)化了學(xué)生科學(xué)的實驗?zāi)芰Γ嵘私虒W(xué)效果.

教學(xué)設(shè)計應(yīng)遵循學(xué)生認(rèn)知過程，科學(xué)育人.學(xué)生在做實驗時，先通過聆聽教師講解，然后再自己動手去驗證實驗原理還原事物真相，對原理的理解和認(rèn)知更加印象深刻.如全息照相實驗中，從干涉光路搭設(shè)過程中理解干涉的原理和條件，到底片沖洗理解顯影、定影的原理，再到全息再現(xiàn)理解光的衍射原理，以及全息模壓技術(shù)在商標(biāo)、防偽中的應(yīng)用，每一個知識講述中都可以融入科學(xué)精神，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)創(chuàng)新能力.

在講授物理實驗方法中的補(bǔ)償法的時候，穿插一些科學(xué)家利用補(bǔ)償法解決科學(xué)難題的故事，更能加深學(xué)生對知識的理解和記憶.如講述溫度補(bǔ)償法時給同學(xué)們介紹王澤山院士通過對一系列材料結(jié)構(gòu)和工藝的創(chuàng)新，利用燃料補(bǔ)償效應(yīng)發(fā)明了新型低溫感含能材料，實現(xiàn)了材料中的溫度補(bǔ)償，讓火炸藥的燃燒速率可以在不同溫度下保持不變，解決了常溫下武器能效不高的世界軍事領(lǐng)域難題，既讓同學(xué)們一下子就記住了溫度補(bǔ)償?shù)脑砗蛻?yīng)用，還激發(fā)了同學(xué)們的愛國熱情和民族自豪感.

4 結(jié)束語

新時代課程思政建設(shè)是全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要任務(wù).物理實驗與其他學(xué)科的實驗有相通的科學(xué)共性，是學(xué)生學(xué)會科學(xué)實驗、養(yǎng)成科學(xué)品格的基礎(chǔ)實驗.將思政融入實驗教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的理想信念、家國情懷、勇于實踐、勤于探索、善于總結(jié)的科學(xué)實驗精神，對塑造學(xué)生科學(xué)品格有著十分重要的意義.