電磁學課程思政的探索與實踐
——以線上線下混合式教學為例

富笑男， 張軟靜， 王俊斐

(河南工業大學 理學院，河南 鄭州 450001)

0 引言

教育部高等教育司在2020年印發了《高等學校課程思政建設指導綱要》，明確全面推進高校課程思政建設是落實立德樹人根本任務的戰略舉措[1]。電磁學課程是物理學本科生的專業必修基礎課，是一門理論與實踐高度融合的課程[2]，重大前沿科技進展、國民經濟發展都與其密不可分。它給予人類的不僅是科技的進步、生產力的解放，更重要的是一種智慧，一種獨特的思維。

為了響應教育部全面推進高校課程思政建設戰略舉措，我校電磁學教學團隊對該課程融入思政元素進行了深入的探索與實踐。我們遵循不生搬硬套、強行升華的原則[3]，結合學科自身特點，把思政元素巧妙地融入課程中，達到“潤物細無聲”的教學效果[4]。通過該課程的學習，不僅希望學生具有一定的分析和解決電磁學相關問題的能力，為后續課程的學習奠定較為扎實的理論基礎；同時，還強調學生要具備強烈的社會責任感、科技創新和求真務實的精神。由此培養擁有正確的世界觀、人生觀和價值觀，擁有積極向上生活態度、堅定理想信念、崇高愛國主義情懷的大學生。

1 電磁學課程思政挖掘點

我們結合學科專業、課程類型的育人要求和特點，深入挖掘該課程蘊含的思政教育資源，將其總結歸類為：方法類、人物類、設計類、應用類及實踐類。

1)方法類。如點電荷模型、有極分子、無極分子等基本概念的提出；用高斯定理、環路定理求解電場與磁場等基本公式的掌握；電磁場高斯定理與環路定理等基本知識的理解；法拉第電磁感應定律、麥克斯韋方程組等基本關系的理解等。使學生在學習知識點的同時提升思辨能力，養成良好的科學素養。

2)人物類。如庫倫、高斯、安培、法拉第、麥克斯韋等在電磁學發展過程中有突出貢獻的科學家，也有如倫琴(X射線)，塞曼、洛倫茲(塞曼效應)，湯姆遜(氣體導電)，馬可尼、布勞恩(無線電報)，密里根(基本電荷和光電效應)，勞倫斯(回旋加速器)，布洛赫、珀塞爾(核磁共振)等基于電磁原理榮獲諾貝爾物理學獎的科學家。用科學家的故事激發學生追求真理的科學精神，學習他們做人的理念、為人處世的能力。

3)設計類。如庫倫設計的扭秤實驗(電荷相互作用)；奧斯特設計的小磁針實驗(電流周圍有磁場)；法拉第設計的電磁感應實驗(變化磁場產生感應電動勢)；安培設計的電流和磁鐵相互作用實驗(安培環路定理)；亨利設計的線圈內部產生電動勢的實驗(自感現象)；赫茲驗證電磁波存在的實驗等。以此培養學生不畏權威，勇于創新的科學精神。

4)應用類。如金屬罩、屏蔽服等靜電屏蔽的應用；回旋加速器、質譜儀等洛倫磁力的應用；發電機、電動機等電磁感應的應用；手機通信、導航等電磁波的應用等。讓學生明白知識的積累和應用可以助力人類文明的提升，可以推動國家、社會的發展。

5)實踐類。如課前預習、課中測試、課后練習、小組討論、小論文的撰寫、章節的總結、測驗及考試等。以此鍛煉學生自主探究和自主學習的能力。

2 電磁學課程思政教學案例——帶電粒子在磁場中的運動

我們團隊選擇的教材為高等教育出版社出版，趙凱華、陳熙謀主編的新概念物理教程《電磁學》[4]。我們選取教材中第4章第5節的帶電粒子在磁場中運動為例，闡述課程思政如何在線上線下混合授課模式中實施。

2.1 課前思政引領

首先，教師團隊在準備理論知識的同時，深挖本節的思政元素并總結歸類為人物類、應用類、實踐類。

2.1.1 人物類

洛倫茲是近代卓越的理論物理學家、數學家，經典電子論的創立者，諾貝爾獎獲得者。他在學術方面有很高的威望，通曉多種語言并善于總結最為復雜的爭論，同行都非常佩服他淵博的學問、高超的技術、無比精煉的語言。愛因斯坦曾在他的葬禮上這樣致辭：“洛倫茲終其一生都在細致入微地進行著可謂藝術的工作。時時刻刻地和善、慷慨、公正以及對人和環境深刻的直覺讓他無論走到哪里，都能執一方之牛耳。所有人都能感受到他并不是去管制人們，而是為他們服務，因而都很樂意跟隨他。洛倫茲的成就對我產生了最偉大的影響，他是我們時代最偉大、最高尚的人。”通過這個人物我們可以引導學生向洛倫茲學習，在知識學習和為人處世方面共同進步。

諾貝爾獎獲得者湯姆遜不僅取得了非凡的成績，享譽整個物理學界。而且他還培養了一批優秀的學生；他的學生中，有9位諾貝爾獎獲得者。這是因為湯姆遜認為大學要培養可以獨立思考、有工作能力的人才，所以他要求科研工作者不僅要做實驗的觀察者，更要做實驗的創造者。他進一步要求自己學生在開始做研究之前，必須掌握應有的實驗技術，甚至在研究時用到的儀器也要自已動手制作。可引導學生向這些優秀的前輩學習，用真心、使真勁，學在深處、干在實處，努力成為閃閃發光的人。

2.1.2 應用類

帶電粒子在磁場中的運動有兩個主要應用，一個是回旋加速器。1958年8月30日，中國第一座原子反應堆回旋加速器開始運轉，標志著我國進入原子能科學研究和應用階段。此后，很快突破了核彈、導彈和人造衛星等尖端技術，取得舉世矚目的輝煌成就。2020年9月21日，我國首臺超導回旋加速器的質子束能量達到231 MeV。 據公開文獻報告，這是亞洲地區自主研發緊湊型超導回旋加速器質子束能量首次達230 MeV以上。通過上述例子可以引導學生建立國家科技自信，激發他們的愛國情懷。

另一個是霍爾效應。它可以用來研制磁流體發電機，是一種新型高效的“直接發電”方式。對比其他發電方式，具有結構緊湊、體積小、發電啟停迅速、對環境污染小、發電功率大等優越性。但磁流體發電機要求材料具有耐高溫、耐堿腐蝕、耐化學燒蝕等特性，而所用材料的壽命都較短，因此現階段磁流體發電機不能長時間運行。以此引導學生努力掌握科技知識，改進磁流體發電機，并使學生意識到科技的力量，堅定信心、敢于創新，不斷增強科技實力，為實現世界科技強國的目標而奮斗。

2.1.3 實踐類

本節實踐類主要集中在測量荷質比部分。教材中介紹了磁聚焦法和湯姆遜測電子荷質比的方法。而實際上到目前為止有很多種測量荷質比方法。老師建議學生自己查找相應文獻，了解其他測量方法，并撰寫調研報告。通過上述學習方法可以增強學生的主體意識，不僅讓學生掌握知識，又培養他們主動探求知識，自愿學習知識的能力。

通過上面的分類深挖思政元素，教師可以根據課程需要精心設計涵蓋思政元素的課程教案，并搜尋精選拓展資源，比如校外經驗豐富老師講解帶電粒子在磁場中運動的視頻，科學家洛倫茲、安培、湯姆遜的故事，測定荷質比、霍爾效應等實驗視頻，回旋加速器、熱核反應的簡介，最后將這些資源放置線上學習通平臺，以滿足學生自主預習和課外拓展知識面的需求。

2.2 課中思政實施

課程伊始，先播放陰極射線在磁場中偏轉的視頻，迅速吸引學生注意力，進入課堂狀態。由電子束的偏轉引出洛倫茲力的表達式F=qv×B，隨后借助學習通，發放一道定時測試題，通過答題結果了解學生對于預習知識的掌握情況，如圖1所示。

圖1 洛倫茲力測試題結果 Fig.1 The result of test of Lorentz force

然后提問學生，對于課前了解的洛倫茲以及測定荷質比的湯姆遜的故事有何感想。最后教師總結，任何科學家的成功都不是一蹴而就的，他們都熟讀萬卷書，存儲龐大知識，精通專業圖表數據，而且科學家不但具有深沉獨到的理論修養，還具有強烈執著的社會責任感、自我超越的創新精神。通過科學家故事的學習，使青年大學生從中得到深刻的啟迪，認真學習他們求真求實的科學精神、創造性的思維品質；使他們明白靈感喜歡勤奮者，機遇垂青有心人；使他們懂得怎樣珍惜大學時光，怎樣做人，走怎樣的路。激勵青年大學生在人生道路上刻苦學習、奮力拼博。

在荷質比部分，先提問學生，除了磁聚焦法和湯姆遜測電子荷質比的方法，課前了解到有其他測量方法嗎？在學生回答過后，可以布置課后撰寫調研報告，讓學生總結測量荷質比的實驗方法，并對比每種方法的優劣，形成文字報告，課后線上提交。這既調動學生的主動性、積極性，做到自己發現問題、提出問題、分析問題、解決問題，也可鍛煉學生分析比較、歸納總結、探究結論和文筆寫作能力。

最后，講到帶電粒子在磁場中的運動有兩個主要應用時，先理論講解回旋加速器和霍爾效應的原理，然后講述關于我國回旋加速器歷史和磁流體發電的問題。由此促使學生以科技創新為己任，鍛煉自我、追求卓越，為提高社會生產力、提高國際競爭力、增強綜合國力、保障國家安全做貢獻。

2.3 課后思政強化

課后，教師會在學習通上傳帶電粒子在磁場中偏轉的練習題，加深學生對知識點的理解；利用任務驅動法要求學生對知識脈絡進行梳理，做好章節的總結；要求學生在學習通上傳荷質比測量方法的調研報告，作為實踐作業，培養學生“自主探究性學習”能力，使他們掌握科學的學習方法，為學生真正做到工作后終身學習奠定基礎。

以上是貫穿著思政元素的“帶電粒子在磁場中運動”的全部教學過程，圖2為此過程的總結。通過本節課的學習，我們希望學生不僅具有扎實的理論知識、科學的學習方法，還具有創新的科技精神以及強烈社會責任感；使他們成為對國家、對社會、對人民有用的人才。

圖2 涵蓋思政元素的教學過程 Fig.2 A teaching process including ideological and political education

3 總結

本文主要探索電磁學線上線下混合教學模式中如何融入思政元素。首先，我們通過總結歸納，把電磁學課程中的思政元素分為方法類、人物類、設計類、應用類及實踐類等五大類。然后，以帶電粒子在磁場中的運動這一小節為例進行了“課前思政引領、課中思政實施、課后思政強化”整個教學路徑的闡述。我們希望通過這樣的教學相長模式不僅使學生具有扎實的理論知識、科學的學習方法，還促使學生以科技創新為己任，為國家發展添磚加瓦。