“課程思政”理念下大學物理課堂教學探究與實踐*
——以多普勒效應為例

馬曉波 林妹平 曹志杰

(寧夏大學物理與電子電氣工程學院 寧夏 銀川 750021)

1 引言

課程思政是指以構建全員育人、全程育人、全方位育人格局的形式將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應，把“立德樹人”作為教育的根本任務的一種綜合教育理念[1].教育部2020年6月1日印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》指出課堂教學是課程思政建設的出發點和落腳點，要求課堂教學中必須將價值塑造、知識傳授和能力培養有機融合到一體，在課堂教學的各個方面、各個環節中，進而培養學生的政治認同、家國情懷、文化素養、憲法法治意識、道德修養等，使學生樹立起正確的世界觀、價值觀、人生觀[2].

大學物理課程以物理學基礎為內容，涵蓋了力學、熱學、電磁學、光學等系列學科基本內容，具有注重理論與實踐相結合、重視科學探索的方法與科學邏輯突出的特點，是一門面向全校理工科專業的公共基礎課程.根據《高等學校課程思政建設指導綱要》中要求“公共基礎課要提高大學生人文素養、科學精神、愛國情懷、增長知識見識”[2].結合大學物理具有豐富人文、科學背景，對大學物理課程教學進行精心設計，將思政元素融入課程中實現立德樹人的目標.落實好課程思政的關鍵在于弄清楚“上什么”，“怎么上”的問題，本文以大學物理中“多普勒效應”一節的內容為例，探索課程思政元素提煉和案例挖掘，及思政元素融入后課堂教學策略的選擇與實施方法，為促進大學物理課程思政教學建設提供參考.

2 課程思政理念下構建以“學生為主”的大學物理課堂教學模式

2.1 大學物理“課程思政”設計流程

以“課程思政”理念指導大學物理學科教學是指在大學物理課堂教學中，以物理知識、物理規律的得出、發展的歷史過程為基礎，根據學生已有的知識經驗和能力發展水平，有機融合生活情境、科技成就以及實驗探究等多方面的內容，對科學探究過程再次重演.在教學過程中，利用合適的教學策略，深度挖掘培養學生科學和人文素養的元素[3]，使物理課堂不僅有理論、有實踐，還有故事和方法，同時充滿人文關懷和科學精神，具體設計流程如圖1所示.

圖1 大學物理“課程思政”教學設計流程

2.2 課程思政視角下的學情分析

(1)在知識儲備方面：學習本階段之前，學生已經掌握了平面簡諧波波函數推導和波動物理量之間的關系，為本節課運用速度合成定理推導多普勒效應起到了較好的鋪墊作用.

(2)在心理特征方面：授課對象為大學一年級本科生，具有高漲的學習熱情，沿襲了高中物理中的學習方法，習慣“題海”戰，受高中知識儲備和學時限制，多數同學對物理知識的具體工程應用領悟不夠透徹，對科學問題的綜合分析能力不足，不具備跨學科創新能力.因此，導致學生對物理學科的認識停留在“做題”和“考試”層面，對物理原理在生產、生活中的應用，及我國取得的重大科技成果知之甚少，理論與實踐“相脫離”，知識與育人“兩張皮”，學生對大學物理公共課的學習動機不明確，學習熱情不高、主動性不強.以改革開放以來我國取得的重大科技成果為載體，深入挖掘其中蘊含的思政元素，如科學精神、科學方法、人文精神等，培養學生的科學素養、工匠精神和家國情懷，實現知識傳授與思政育人的有機結合.

2.3 構建“以學生為主”的課堂教學模式

目前我國高等教育課堂教學模式以知識傳授為主，而歐美國家則以能力培養為主[4].以知識傳授為主的課堂教學模式優點是教師占主導、強調學習的知識性與系統性，可以有效地組織學習內容、學習方式，提高教學效率.缺點是學生的課堂參與度較低，學生學習的自主性、自覺性下降[5]，導致理論與實踐這兩個重要的教學環節嚴重脫離彼此，使得大部分學生解決工程實際問題的能力嚴重匱乏，更加不利于學生自主學習和創新能力的培養.以能力培養的課堂教學模式可以有效規避知識傳授為主的課堂教學模式的缺點，但其本身需要教師具有很好的引導能力和規范性作用，從而有效避免由于學生啟動點和學習目標分差太大造成的課堂教學時間浪費.在構建“以學生為主”的課堂教學模式中需要教師從如下幾個方面進行建設[6]：

(1)在心理上重新構建師生關系.師生關系是指教師和學生在教育教學過程中結成的相互關系，包括彼此所處的地位、作用和相互對待的態度等.現代教育觀認為，教師與學生是平等、合作、互動的關系.教師在教學過程中不可片面強調學生對教師的無條件服從及教師在教學過程中處于絕對的領導地位.

(2)情感豐富的教學語言.教學語言包括肢體語言和口頭語言.肢體語言主要包括面部表情、形體姿態和手勢傳遞等,與口頭語言音調相配合，可以最大限度地表達教師的情感、態度和心理特征，是進行“課程思政”表達觀點、立場的重要方式.得體大方、積極向上、充滿力量的肢體語言可以豐富課堂信息、增強觀點表達的效果，增強課堂感染力.口頭語言是教師進行知識傳播、情感態度表達的直接方式，更具影響力，它可以增加課堂氛圍的生動性、活潑性.真誠的語氣和溫潤的語言能拉進學生與教師的距離，帶動學生的興趣和情緒，減少學生課堂聽課的壓力.教師要少用或者不用祈使句、喝令語句與學生溝通交流，心理上與學生保持平等關系.

(3)整合課堂教學內容.大學物理作為理工科學生的基礎課程需要面向不同專業的學生，因此，對于不同專業的學生培養方案就有了大學物理不同的知識重點，如化工和食品工程專業的學生培養方案更加側重于熱學、電學和原子物理的教學內容，而土木工程和機械工程專業的學生培養方案更加側重于力學、熱學和電磁學的教學內容，因此，大學物理授課中要依據不同專業的特點選擇適合的教學內容，并將大學物理課程教學的內在邏輯或價值關聯不同學科的內容、技能和價值，打破傳統大學物理學科教學的壁壘，幫助學生建立不同學科相同知識之間的聯系，消除相關知識之間的界限，使學生形成對知識的整體認識和全息觀念，進而培養學生深刻理解和靈活運用知識綜合解決問題的能力.

(4)選擇合適的教學策略，增加課程的高階性.適當的教學策略的選擇可以使課堂教學事半功倍，獲得良好的教學效果.“以學生為主”的教學策略有“指導性教學策略”“生成性教學策略”和“替代性教學策略”等，通過科普報告、合作學習、分課堂及辯論賽等激勵學生參與課堂教學，提高學生科學思維，激發創造力，培養學生團隊合作精神，讓學生能將物理理論應用到學科實踐中.

(5)重視學習體驗，多維度的評價學習效果.“課程思政”的最終效果是實現學生德育，德育在心理學上是指受教育者在接受教育的過程中品格的形成，而人的品格的評價具有隱蔽性，難以直觀評價.因此,在大學物理思政教育的過程中，需要重視學生的學習體驗，建立多維度的課程思政育人成效評價體系，通過問卷調查、課堂觀察、角色扮演等方式對思政育人效果進行多維度評價，保障課程思政育人落到實處.

3 課程思政實例——多普勒效應

3.1 “多普勒效應”知識結構及學情分析

下面以高等教育出版社程守洙主編的《大學物理》(第5版)第七章第7節內容“多普勒效應”一節內容為例，闡述“課程思政”理念指導的大學物理教學設計.“多普勒效應”是波動過程特有的現象，隸屬于大學物理力學模塊中的波動部分，它泛指因為觀察者(或波源、或兩者)相對媒質運動導致觀測頻率與波源頻率差異的現象，被廣泛應用于多個學科領域，如生物醫學、交通、氣象觀測、太空探測、食品、化工檢測、土木工程及計算機通信等領域[7].“多普勒效應”的學習內容安排在機械波章節的最后一節，是學生學習了機械波的產生與傳播、平面簡諧波、明確波動物理量之間關系的基礎上，以聲波為例的多普勒效應，通過速度合成定理推導多普勒效應，目的在于使學生明確多普勒效應的物理本質，了解多普勒效應的實際應用.教學重點在于“速度合成定理”演繹多普勒效應的物理本質，教學難點在于構建多普勒效應空間物理圖景.具體教學內容和知識結構如圖2所示.

3.2 “多普勒效應”課程內容思政元素挖掘及教學設計思路

本節課的教學設計以“北斗衛星導航”為載體，學習多普勒效應的物理本質，培養學生主動觀察、深度思考的科學思維.培養數理邏輯推理能力和嚴謹認真的科學態度，弘揚民族精神和敬業精神，培養愛國情懷和工匠精神.具體教學設計流程如圖3所示.

(1)采用“雨課堂”課前推送“智能手機測定多普勒效應實驗”操作視頻，完成實驗準備.

(2)通過情境創設：展示衛星導航技術給我們的生產生活帶來的巨大改變.

(3)設計問題：衛星是如何實現導航定位的？

(4)采用實驗探究法，通過開展“智能手機測定多普勒效應實驗”充分調動學生的感官探究多普勒現象，提高學習興趣.

(5)采用邏輯推演法推導多普勒效應的數學表達式，科學解釋“智能手機測定多普勒現象”，明確多普勒效應的物理本質.采用類比法通過類比可視化水波的多普勒效應，將抽象的聲波多普勒現象具體化，使學生構建聲波多普勒效應的物理圖景.

(6)聯系實際，利用多普勒效應詮釋我國“北斗”衛星定位原理，介紹我國“北斗”自主研發的“三步走”戰略.

(7)“雨課堂”課后推送紀錄片《北斗》，留取具有學科背景的個性化作業題目實現對知識點的加深鞏固.

圖3 “課程思政理念”下“多普勒效應”章節的教學設計流程圖

教學活動一：課前通過信息化教學借助雨課堂平臺推送“手機演示實驗——多普勒效應”[8]，通過小組學習完成下述預習題目:

(1)觀看視頻手機安裝“Phyphox”APP;

(2)熟悉實驗步驟；

(3)當使用“Tone generator”功能改變聲音，你的感受有何不同？(目的：區分音調和音量)

教學活動二：導課環節創設問題情境，教師讓學生想象身處陌生城市在無手機導航的情況下，如何在陌生城市到達指定目的地.講述海灣戰爭中美國通過GPS技術取得戰爭的勝利，提出問題,若中國沒有自己的衛星導航技術，我們該如何看待中美關系？衛星是如何實現導航定位的？讓學生帶著這樣的問題進入“多普勒效應”的學習.

設計意圖：由問題導入，激發學生的求知欲，探索新的科學問題.

教學活動三：課上學生分組通過智能手機“Phyphox”APP完成多普勒效應實驗探究，實驗內容為:

(1)使用“Tone generator”功能保持聲音頻率不變時，當走進和遠離聲源時你的感受有何不同？(目的：感受多普勒效應)

(2)通過手機端導出的“測量多普勒效應”實驗數據，你得到什么規律？通過總結實驗規律得出多普勒效應的物理定義，介紹多普勒效應發現的物理背景.(目的：探索多普勒效應規律).

設計意圖：通過實驗探究調動學生的聽覺和視覺，手腦并用，增強對“多普勒效應”的定性和定量描述，培養學生主動觀察、深入思考的科學思維.

教學活動四：基于速度合成定理推導多普勒效應的數學表達式，運用數學科學語言推理解釋“智能手機測定多普勒效應”實驗現象.實驗內容包括以下3種情況.

(1)波源靜止，觀察者運動；

(2)觀察者靜止，波源相對介質運動；

(3)波源和觀察者同時相對介質運動.

分別推導這3種情況下觀察者的接收頻率與波源頻率的關系，進而得到普適性的多普勒效應數學表達式，明確多普勒效應的物理本質.采用類比法通過類比可視化水波的多普勒效應，將抽象的聲波多普勒現象具體化，使學生構建聲波多普勒效應的物理圖景.

設計意圖：應用板書和多媒體PPT，詳細講解推導過程，使學生更加直觀、深刻地理解多普勒效應的物理本質.

教學活動五：教師聯系實際回答導課部分的課前提問，利用本節課所學多普勒效應原理詮釋我國“北斗”衛星導航定位原理，介紹我國“北斗”自主研發的“三步走”戰略.課后通過雨課堂推送央視“北斗”紀錄片鏈接，觀看紀錄片，要求學生結合所學和所觀看的紀錄片，談談多普勒效應在你所在學科領域的重要應用并提交短視頻或者PPT做口頭報告，教師擇優選3個優秀作業案例做班級分享.

設計意圖：體會“北斗”研發的自主創新之路，弘揚民族精神和培養愛國情懷，培養學科交叉創新能力.

4 結束語

在知識傳授過程中引入思政元素的教學，不僅可以促使學生主動建構知識，加深對物理學科知識的理解，同時，在學習過程中能掌握更多的物理思維與物理技能，在探究過程中，還能不斷汲取人類科學發展史上的科學探究方法，以及獨特的科學思維促進科學精神與人文精神的統一.本文以大學物理教學中多普勒效應章節為例，以“北斗”導航定位原理為載體，采用雨課堂線上資源使學生沒有進入課堂就融入到課程中，激發學習興趣.借助智能手機開展課上多普勒效應小組探究實驗，提高學習的興趣，培養團結協作和主動觀察深度思考的科學思維.采用數理推理，在課堂教學過程中通過數學推理得出多普勒效應的物理數學關系式，明確物理本質，培養數理思維.最后，基于所學詮釋“北斗導航”定位原理，介紹北斗“三步走”戰略，弘揚民族精神，培養愛國情懷.通過課后調研報告培養學生建立學科交叉創新能力.通過課前、課中、課后3個階段將課程思政融入課堂，深入落實課程思政育人目標，實現思政育人與知識傳授的有機結合，為探索課程思政教學提供參考.