融合思政元素的“固體物理學”課程教學改革探索

孫 敏，李子炯，陳 鵬，謝羅剛，尚 翠

（鄭州輕工業大學，河南 鄭州 450002）

0 引言

2016年，習近平總書記全國高校思想政治工作會議上強調了高校思政工作、教師立德樹人的重要性，要把思政工作貫穿于整個教學過程中，實現全方位育人、全程育人，使得我國高等教育事業打開一個新局面。[1]在新的形勢下，思政教育強調教師首先要加強自身的理論修養，深入挖掘與專業課程相關的思政元素，每門課程都要與思政元素有機結合統一，并且思政元素要貫穿整個課程而不單單是某節課。習近平總書記強調，思政課本質就是講道理，這道理不同于一般的道理，而是馬克思主義的道理，教師要盡力將道理講得更加透徹、更加深入、更加生動吸引人。當然，如何挖掘與設計好思政元素，將思政元素與課堂內容更完美地結合起來，將是所有專業課教師都需要面臨的一大挑戰。思政元素與課堂教學的完美融合，不但可以提高青年學生的積極性和接受程度，起到潛移默化的效果，而且能夠拉近教育者和受教育者之間的距離，更能發揮課程的親和力與針對性，甚至能夠起到“無心插柳柳成蔭”的良好效果。

《固體物理學》是物理學和凝聚態物理學中最大的分支。該課程研究對象主要為固體材料，主要研究晶體結構，當然涉及一些準晶與非晶結構。其基本任務是研究固體的結構及其組成粒子之間相互作用與運動規律，在理論物理和應用物理學之間起到了紐帶和橋梁作用。固體物理中的能帶結構，對晶體管與集成電路的發現起到了十分重要的作用，對整個人類經濟和社會的發展均產生了革命性的影響。該課程具有典型的理工科特點，公式、推導過程較多，理論性較強，課程思政被提出以前，很難想象固體物理學與課程思政有什么關聯。最近，本課程團隊將深入挖掘固體物理學相關課程思政元素，將課程思政與本課程緊密聯系起來。本課程堅持立德樹人，注重學生德智體美勞全面發展。注重課程思政，根據課程內容，通過深入挖掘和精心設計思政元素，在知識傳授中融入價值引領、傳播正能量，加強學生愛國主義教育[2]。在課堂教學實施過程中，將思政元素以無聲、自然、潛移默化地融入課堂教學中，并且更加注重學生愛國主義精神、社會責任感和使命感、科學主義精神的培養。

1 課程思政融入課堂

課堂思政作為一種新型的教學教育理念，指的是思政不再單單是思想政治類課堂的基本任務，而是所有課堂都要具備這種傳授專業知識和思政教育的雙重功能，教師作為課堂知識的傳播者，如何設計課堂、將課堂思政與課堂知識完美地融合并傳遞給學生顯得十分重要。課堂思政承載著培養學生的世界觀、人生觀、價值觀的作用[3]。當然，設計課堂思政時，不能盲目地為了思政而思政，思政元素也不單單指的是愛國、民族責任感等元素，團結協作、科學地分析、解決問題的能力等都可以作為思政元素融入課堂中，我們不能每堂課都機械、教條地安排思政教育內容，而是需要結合課程本身特點，尋找好合適的思政元素，不著痕跡地將思政融入課堂中來。課程思政元素包含的內容十分廣泛，不僅包含傳統認知上的加強愛國教育、提高民族自豪感和認同感、增強社會責任感、樹立正確價值理念等，而且合作意識與溝通能力、正確分析解決問題的能力、競爭協作的意識的培養都屬于課堂思政的范疇，也就是說，凡是培養學生價值理念、社會責任、理想信念、政治信仰、正確學習方法、團隊協作意識等積極的教育都屬于課堂思政元素。

《固體物理學》主要研究固體的結構及其組成微觀粒子之間相互作用與運動規律以闡明其性能與用途的學科。本論文針對該課程特點，深入挖掘相關課堂思政元素，將最新科研成果融入教學中來，采用翻轉課堂、增加課堂討論及提問環節、增加小視頻教學等多元化的教學方式，從內容到教學方式全面調動學生學習積極性，提升學生自我管理和思考問題的意識，將思政元素無形地融入課堂中來。

1.1 提升教師的示范作用和引領作用

教師作為課堂教學的引路人，要及時、準確且全面地把握黨中央的重大決策部署，不斷學習黨的最新創新理論，挖掘一切可以挖掘的課堂思政元素，無聲地融入課堂中來；另外，教師要時刻牢記為國育才、為黨育人的使命，不能忘記立德樹人的初心，以高標準、嚴要求來要求自己，不斷提升自我修養和創新理論意識，做到以德治學、以德修身、以德施教，自覺堅持教書、育人的有機統一結合。立德樹人、思政教育不再是一句空話，也不單單是某一門課程的任務，所有專業教師都要有意識地將課堂思政與課堂內容進行有機結合，在傳道、授業、解惑的同時，將立德樹人的根本任務落到實處，將愛國主義、民族主義，責任感以及團結協作、分析問題解決問題等方法融入課堂中[4]。比如：在第一節課，我們可以講述下固體物理學的發展史以及固體物理學的重要性，以引起學生的興趣；在講述元素和化合物晶體結合的規律性時，可以讓學生對其進行總結，培養學生分析、總結、歸納的科學研究方法；在講述黃昆方程時，可以分享一下黃昆先生的事跡，以培養學生的愛國主義情懷，樹立正確的人生觀和價值觀。

1.2 教學內容與時俱進，融入最新科研進展

隨著現代科技的快速發展，固體物理學科不斷涌現新成果、新概念和新理論。因此，我們在教學內容中，適當增加固體物理的前沿研究成果和熱點知識，體現固體物理教學的與時俱進，開拓了學生的視野，強化對基礎知識的掌握，有助于學生創新能力的培養。比如：在講述第二章“固體的結合”時，可以引入具有代表性且應用十分廣泛的二維材料——石墨烯，石墨烯屬于二維層狀材料，層內包含三個較強的共價鍵和一個金屬鍵，層間為較弱的范德瓦爾斯結合，我們可以通過MaterialsStudio軟件將石墨烯原子結構畫出來，多角度全方位地對石墨烯原子結構有更清晰地認識。正是由于石墨烯獨特的結構，石墨烯基復合材料在催化、儲能、生物醫學、環境污染、航空航天等諸多領域的廣泛應用前景。2022年，蔣麗麗等人報道了缺陷調控石墨烯復合催化劑在氧化還原反應中的作用，以化學修飾石墨烯為原料，通過調控其表面缺陷并與銀-對苯二琨二甲烷（Ag-TCNQ）納米點復合，合成了不同缺陷程度的復合催化劑,在此基礎上比較了Ag-TCNQ/高缺陷石墨烯和Ag-TCNQ/低缺陷石墨烯的氧還原反應性能[5]；在講述準晶時，我們可以介紹一下準晶相關的科學家──2011年諾貝爾化學獎獲得者謝赫特曼，在一次準晶國際學術會議上，用自己的研究成果力爭諾貝爾化學獎得主鮑林批駁“準晶”一詞為廢話的不實觀點，郭可信院士堅持真理、不畏權威的科學態度值得我們每一個人學習，以樹立正確的人生觀和價值觀；在講述第四章能帶相關知識時，可以引入時事熱點，美國對我國企業的芯片制裁，面對該“卡脖子”技術問題，國內部分高新技術企業的發展受到了很大的限制，我們也逐漸認識到半導體行業的重要性，而通過調控能帶結構，可以有效地改善半導體的性質，進而激發學生的愛國熱情和學習科研興趣，比如：李夢軻等人通過對本征及摻雜的SnO、Sb/SnO和In/SnO體系的電子結構進行計算，結果表明，晶體摻雜是調節電子能帶結構并改善材料導電特性的有效方法。研究發現，在SnO晶格中替位摻雜不同比例的Sb和In均能顯著改善SnO體系的態密度和電導率；In原子的替位摻雜能使SnO體系的禁帶寬度減小，并且摻雜形成的空穴受體能級將占據價帶的空能級，導致系統的費米能級非常靠近價帶。該研究結果對二維SnO半導體材料未來器件在新型器件的研究與應用都具有一定的參考價值[6]。

1.3 多元化小課堂，變傳統“一言堂”教學為“學生中心，教師主導”

改變傳統“一言堂”教學為“學生中心，教師主導”的教學方法，變學生的被動接受為主動探索，突出了課堂教學師生互動、生生互動環節。課程依托智慧教室，積極運用互聯網、人工智能、虛擬現實等現代信息技術，充分利用課程思政小視頻、慕課、翻轉課堂等手段，實現教學手段和考核方式多元化[7]。

啟發式教學：可以在課堂結束時，對本節課知識點進行系統總結，并提出與下節課教學內容有關的帶有啟發性的問題，這樣可以有效引導學生進行高效地預習，不僅可以大大提高學生學習的主動性和學習興趣，而且還可以培養學生獨立思考和分析解決問題的能力。比如：在講解第一章倒格子時，可以給學生留下思考題：什么是倒格子？為什么要引入倒格子？怎么引入倒格子？倒格子和正空間晶體結構之間存在什么對應關系？學生面對倒格子這樣一個之前沒有接觸過的概念，可以更有針對性地進行預習，達到事半功倍的效果，大大地改善預習效果。

參與式教學：教師主要起到有效引導作用，傳統教學就是課堂上以教師“教”為主，學生坐在下面被動接受新知識，課堂參與度不高，不利于提高學習興趣和學習積極性。而參與式教學則鼓勵學生主動地、積極地參與到學習和教學環節中來，該教學模式充分發揮了教師“教”和學生“學”兩個主體的作用，在輕松、愉快的互動過程中完成課堂學習，使得教學目標得以順利實現。該課堂教學模式充分調動了學生學習和教師教學的積極性，體現了學術自由、教學民主、師生平等的課堂教學特點，營造了和諧愉快、輕松平等、健康的學習氛圍，是教師教學方法和學生學習方法的融合和統一。該教學模式尤其強調了學生在課堂學習過程中的主體作用和積極參與性，而不再是傳統的填鴨式教學，旨在激發學生的學習興趣和增加學習的樂趣。比如：在講述第二章固體的結合時，可以將本章節分為共價鍵結合、離子鍵結合、金屬鍵結合、分子晶體四個部分，讓學生提前調研、學習，然后在課堂上對各部分內容進行講解，教師隨后進行總結和補充，可以使得學生的參與度大大提高，真正地變被動接受為主動參與學習，有效激發學生的學習熱情。

微課堂教學：微課堂教學是一種新型的教學模式，指的是運用現代信息技術，將課程知識點碎片化、系統化。比如，我們可以將課程知識點進行分解，每個知識點錄制一個10分鐘以內的小視頻，課堂上講解到該知識點時，可以采用現場教學和視頻教學兩種方式相互補充，也可以當作學生預習或者課堂自主學習的資料，以提高學生的學習熱情和參與度；除了知識點講解，我們也可以提前下載一些與課堂教學內容相關的前沿知識，給學生科普，以激發學生對科研的興趣。微課堂教學具有內容精煉，時間短，資源構成“情景化”，傳播途徑多樣化，主題突出，針對性強。比如：我們可以將固體物理學這門課程分解成三十多個知識點，針對每個知識點進行視頻錄制，時間十分鐘以內，配套以對應的作業題，同學們可以在課前對新知識點進行預習，課后對已講解過的知識點進行復習，并且每個知識點都可以無限次的觀看、回放、學習。微課堂學習不僅時間上比較自由，學生學習效率也可以得到大大提高。

討論式教學：在知識點講解之前，可以留出幾分鐘時間，將學生進行分組，對上節課布置的問題進行討論，對新知識點的預習情況以及上節課知識點的掌握情況，預習時有沒有新的難點？帶著問題進行復習和預習，可以更好地增加學生的學習興趣和參與度，并且能夠更好地理解老師課堂講解的內容。比如：在講解倒格子時，課堂上可以推演一下面心立方的倒格子是體心立方結構，布置思考題：那體心立方的倒格子是什么結構？簡單立方的倒格子是什么？在講述完第三章一維單原子鏈的振動之后，可以讓同學們自己思考一下，如果是一維雙原子鏈，與一維單原子鏈又有什么區別呢？同學們課下可以通過自己計算對課堂知識進一步鞏固，或者帶著問題進行預習，下節課課前對該問題進行討論，同時可以對上節課重要知識點進行簡單回顧、歸納、總結，不但可以激發同學們的學習興趣，同時也可以大大提高學習效率。

2 結語

本論文結合固體物理學課程的特點，通過深入挖掘課程思政元素，將課程思政潤物無聲地融入課堂中來，有效地提高了學生的學習熱情、激發了學生的科研興趣，并且能夠積極主動地參與到課堂中來。課程思政元素的融入，使得學生的愛國熱情、民族責任感等都得到了增強，并且具備了分析解決問題的能力，團結協作意識也有了明顯提升。目前，固體物理學課程思政還處于探索階段，在課程思政元素的設計、教學手段多元化、科研前沿元素的融入等方面還有很大的潛在空間，值得廣大專業教師繼續探索和完善，才能真正地將課程思政和課堂進行有機地融合。