“大學物理”課程中課程思政教學探究

段秀芝 戶立春 徐園園

[摘 要] “大學物理”是面向理工科學生開設的一門必修基礎課，在“大學物理”課程中引入思政元素具有深遠意義。以“薄膜干涉”為例，首先描述相關理論知識，然后闡述思政元素。通過講述托馬斯·楊刻苦鉆研的事跡來培養學生勤奮好學的優良品質;使學生體會到物理現象之美、物理理論描述之美與理論結構之美，并將物理理論提升到哲學層面;通過薄膜干涉的應用引出工匠精神，并對學生言傳身教。在“大學物理”教學中融入思政元素，實現立德樹人的目標。

[關鍵詞] 大學物理;課程思政;薄膜干涉;立德樹人

[基金項目] 2020年度唐山學院博士創新基金（1402002）

[作者簡介] 段秀芝（1982—），女，河北邢臺人，工學博士，唐山學院基礎教學部講師（通信作者），主要從事材料物理與化學研究;戶立春（1979—），男，河北唐山人，碩士，唐山學院基礎教學部副教授，主要從事磁性材料研究;徐園園（1987—），女，河北邯鄲人，理學博士，唐山學院基礎教學部講師，主要從事凝聚態物理研究。

[中圖分類號] C229.29 ? [文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）41-0161-04 ?[收稿日期] 2020-11-22

唐代的文學家、思想家韓愈曾在《師說》中將教師的責任描述為“師者，傳道授業解惑也”，即教師的責任除了教授專業知識、解決學生困惑，還應對學生進行“傳道”。當下經濟社會發展迅速，教育的初心和使命顯得尤為重要。“教”既上所施，下所效也;“育”是指品格的教化。2016年，習近平總書記提出的“高校思想政治工作關系高校培養什么樣的人、如何培養人以及為誰培養人”的觀點，把高校思政教育的重要性提升到了一個新高度[1]。教師在完成講授學科知識的同時，還應對學生進行思想政治教育。思想政治教育的重要性有目共睹，從各學科中挖掘思政元素迫在眉睫。教育工作者應適時在專業知識這盤“菜”中加入一點“鹽”——思政元素[2-4]。

物理學包括力學、熱學、光學、電學及量子物理等，而“大學物理”是面向理工科學生開設的一門必修基礎課。“大學物理”的基本理論滲透自然科學的許多領域，應用于生產技術的很多部門，它是自然科學的許多領域和工程技術的基礎。目的是為了培訓學生的科學素養、解決實際問題和科研創新的能力，從而促進專業學習。“大學物理”還是一門以實驗為基礎的學科，與現實生活聯系密切。在“大學物理”中融入思政元素是一項重要的課題。“大學物理”不僅涉及的知識面非常廣泛，其各部分的思政元素均需教育工作者進行深入研究。在大學物理課程中進行思想政治教育的相關研究基礎上[5]，本文以“薄膜干涉”為例，討論“大學物理”中的思政元素，從而培養學生正確的人生觀、世界觀和價值觀，實現對學生的價值引領。

一、薄膜干涉相關理論的講解

首先將折射率為n的均勻薄膜放入空氣中，當光線垂直入射到均勻膜上時，薄膜的上表面和下表面對光線的反射光會發生干涉現象，在膜的表面能夠觀察到干涉圖樣。這兩條光線的光程差為：

其中，d為薄膜的厚度，為由于只有一條光線在被反射時產生的半波損失導致的光程差。光程差中是否包含與膜接觸的介質的折射率有關。假設與膜上方接觸的物質的折射率為n1，與膜下方接觸的物質的折射率為n2。當n1n>n2時，光程差中不包含λ/2;當n1n2或n1>n

1.厚度均勻的薄膜。當厚度均勻分布時，表面各點的光強相同。當用某一單色光垂直照射時，改變薄膜厚度，會看到薄膜由亮變暗，再由暗變亮，明暗交替變化。

2.劈尖。兩塊厚度均勻的玻璃板，一側接觸，另一側用圓柱形金屬絲隔開。兩塊玻璃之間會出現劈形膜，薄膜厚度線性變化，表面呈現出明暗相間的直條紋，條紋均勻分布。當下玻璃板不動，上玻璃板向上緩慢移動時，會看到條紋向棱邊方向移動，條紋間距不變;當下玻璃板不動，上玻璃板繞著棱邊逆時針旋轉時，條紋會向棱邊方向移動，條紋間距變小。

3.牛頓環。一塊平凸透鏡和一塊平板玻璃互相接觸，兩者之間會出現一層膜，薄膜厚度呈非線性變化，牛頓環裝置表面會呈現出明暗相間的圓環，內疏外密。當下方的平板玻璃不動，上方的平凸透鏡緩慢向上移動時，明暗相間的圓環會向中心匯聚。

上述干涉屬于等厚干涉，薄膜厚度相同的點的軌跡是同一級條紋。在劈形膜中，如果構成劈形膜的一塊玻璃板是平整的，可通過干涉條紋的形狀來判斷另一塊玻璃是否平整。如果能觀察到明暗相間的直條紋，說明另一塊玻璃是平整的。如果發現條紋存在彎曲，則在彎曲位置有瑕疵（存在凹陷或凸起）。同樣，也可以采用牛頓環裝置中的薄膜干涉來檢測平凸透鏡的質量。透射光線也能夠發生干涉現象，透射出的兩條光線的光程差與反射出的兩條光線的光程差相差半個波長，相遇后兩個分振動疊加之后的光強與反射光的光強互補，這是能量守恒的一種體現。當光線的斜入射到膜的上表面時，會出現等傾干涉，入射角相同的光線被薄膜的上下表面反射后，干涉疊加之后的點的軌跡是同一級譜線，其干涉圖樣是明暗相間的圓環。

二、課程思政元素的探討

考慮到科學家發現薄膜干涉的過程、薄膜干涉的特征及其與現實生活中的聯系，我們從物理學史、物理之美及薄膜干涉的應用三個方面，對思政元素進行挖掘。

（一）引入物理學史

光的本性是光學研究中的重要方面。早在公元前388年，我國的《墨經》中就記載了一些光學現象，如：影子是如何形成的;光的直線傳播;光的反射特性及平面鏡、凹透鏡和凸透鏡反射成像等。此外，墨家解釋了為什么能夠看見周圍的物體，相關描述為：人依靠眼睛見物，而眼睛依靠光見物。《墨經》是兩千多年前一部偉大的光學著作，可見我國的學者在很早之前就對光的特性進行了研究。

西方學者也對光學進行了研究，在19世紀以前，牛頓提出的“微粒說”比較盛行，此學說認為組成光的微粒沿直線傳播。隨著對光學的進一步研究，人們發現有的現象無法采用光的直線傳播來解釋，如：干涉和衍射現象，而波動光學能夠對此現象進行解釋。英國科學家托馬斯·楊在這個方面做出了巨大貢獻。他從小就聰慧好學。17歲時就已精讀過牛頓的力學和光學著作。盡管他是一名醫生，但對物理學有著深入地研究。他在研究眼睛接受不同顏色的光時，對光的波動性有了進一步認識，于1801年成功地解釋了光的干涉現象，既“當同束光的兩部分從不同的路徑，精確地或非常接近地沿同一方向進入人眼，則在光線上的路程差是某一長度的整數倍處，光強最強，而在干涉加強之間的中間帶則最弱，這一長度對于顏色不同的光是不同的。”這為進一步研究干涉現象奠定了基礎。盡管后來科學家們通過深入研究，發現光不僅具有粒子性，還具有波動性，出現了量子光學，并且量子光學具有許許多多的應用，如：激光技術和顯示技術等，但英國科學家托馬斯·楊在波動光學中的貢獻依然很重要，他堅持不懈、努力鉆研的品質值得我們學習。通過介紹光學方面的物理學史來激發學生的學習興趣。從我國對光學的研究來介紹這部分內容，體現出中華民族自古以來就是努力奮斗、拼搏進取的民族，這種民族精神需要青年一代傳承。強調他們肩負責任的重要性，這不僅有利于培養學生的民族意識，增強學生的愛國主義精神，而且有助于學生成長為有擔當、有責任感的社會主義建設者。