VR技術在物理學史課程思政教學中的實踐研究*

舒春花 李嵩松 何科榮 姜迪友 羅聲平

1 南昌師范學院物理與電子信息學院 南昌 330032 2 南昌航空大學測試與光電工程學院 南昌 330063

0 引言

課程思政是落實立德樹人根本任務的重要途徑之一，黨和政府高度重視課程思政。習近平總書記在2016年全國高校思想政治工作會議、2018年全國教育大會、2019年學校思想政治理論課教師座談會上均強調了課程思政的重要性。2020年5月，教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》[1]也明確提出“專業課程是課程思政建設的基本載體，要深入梳理專業課教學內容，結合不同課程特點、思維方法和價值理念，深入挖掘課程思政元素，有機融入課程教學，達到潤物無聲的育人效果”[2]。課程思政目標的達成關鍵在教師，重點在學生，難點在方法。

物理學史是物理學專業本科生的一門專業基礎課，其主要教學內容包括古代物理學、西方古代及中世紀的物理學、資本主義萌芽時期的科學革命--建立日心說的斗爭、從伽利略到牛頓--經典力學的建立、力學的進一步發展、光學的發展、電磁學的發展、熱力學發展史概述、世紀之交的三大發現和物理學革命、量子理論的產生和發展和相對論的建立等。物理學史是物理學和自然科學、人文科學、社會科學、思維科學交叉滲透的綜合學科。物理學史中蘊含著大量的思政元素，易于融合學科內容與思政內容，在知識傳授和能力培養中實現價值塑造，在潛移默化中達成思想政治教育的目的。

目前國內對課程思政的教學改革研究和實踐探索取得了大量的優秀成果，但是物理學史課程思政的實踐探索研究卻較為有限。檢索中國知網可以發現：截至2022年7月15日，關于物理學史課程思政的研究論文僅有9 篇。其主要原因之一就是重要的物理問題爭論和高危險性物理實驗難以通過簡單的課程教學達到課程思政的教學目標。

VR 是Virtual Reality（虛擬現實）的英文縮寫，能夠使體驗者沉浸在360 度全景畫面里，從而產生身臨其境的感受和體驗，廣泛地應用在教育培訓、高端制造、娛樂、購物、展覽等領域。2018年10月19日，世界VR 產業大會在南昌盛大開幕之時，習近平總書記發來賀信指出：“新一輪科技革命和產業變革正在蓬勃發展，虛擬現實技術逐步走向成熟，拓展了人類感知能力，改變了產品形態和服務模式”。VR 對人類帶來的改變是巨大的，對推動經濟發展是顯著的，VR 產業在黨中央、江西省委省政府的關心和支持下不斷發展壯大，成為了江西省的一面產業旗幟，廣泛應用于旅游、金融、教育等各行各業，發展有目共睹。2019年2月23日，中共中央、國務院印發的《中國教育現代化2035》里明確指出：“到2035年，總體實現教育現代化，邁入教育強國行列”，“實現優質均衡的義務教育”，同時文件的十大戰略任務第二點“發展中國特色世界先進水平的優質教育”中明確提出“充分利用現代信息技術，豐富并創新課程形式”。VR 與教育有天然的結合點，尤其在第二課堂領域，VR 提供的教學場景能使學生很快地沉浸于教學內容，幫助學生建立復雜的空間結構，理解抽象的原理，受到廣大師生的歡迎。

本文探討將虛擬現實（VR）技術[3-4]應用于物理學史課程思政教學實踐[5]，采用計算機技術生成逼真的視、聽、觸覺一體化的物理問題爭論的虛擬環境和高危險性物理實驗場景，以解決物理學史課程思政教學中存在的難點問題。通過以信息技術豐富教學手段，激發學生學習物理學史的熱情和動力、提高學生成績、引導學生樹立正確的三觀，為中國特色社會主義事業培養合格建設者和可靠接班人[6]。

1 物理學史課程思政教學目標

物理學史課程思政教學目標及思政育人目標為以下兩方面。

1.1 課程教學目標

通過課程教學，使學生知曉物理學發展過程中的每一個基本概念、基本定律和基本理論都有其萌芽、形成和發展演變的曲折歷程，加深對物理概念和理論的深刻理解；使學生了解物理學發展的歷程，了解物理學的進展，了解許多重大物理發現中物理學家的探索過程等，從而在潛移默化中使學生樹立辯證唯物主義和歷史唯物主義的觀點，掌握科學的認識論和方法論，培養學生的思辨能力、批判性思維和分析、解決問題的能力、溝通表達能力和團隊協作能力。

1.2 思政育人目標

通過梳理和調整教學內容、激活課程思政元素，把思想政治教育導向與物理課程的知識、技能傳授有機融合，將課程思政元素以潤物無聲的形式融入課堂教學，將“知識傳授”“能力培養”和“價值引領”有機地結合起來，引導學生將個人發展與國家、民族的命運結合起來，投身于社會進步的歷史洪流，成為社會主義事業的合格接班人。

1）通過學習著名物理學家的人物事跡，培養學生對優秀中華傳統文化的自豪感、使命感、責任感、愛國精神、奮斗精神。

2）通過課外觀看老舊儀器和開展討論，培養學生實事求是的科學態度、團隊協作精神和不畏權威的創新勇氣。

3）通過VR 復現危險性高的物理實驗，培養學生的奮斗精神、開拓創新精神、大國工匠精神。

2 物理學史課程思政教學模式

本課程根據課程內容分別采用線上與線下相結合、講授與研討相結合、課內與課外相結合、現實與虛擬相結合的教學模式，服務于課程思政教學目標和思政育人目標。

2.1 線上與線下相結合

對于一些相對容易理解的教學內容，教師在線上布置學習任務，學生自主觀看中國大學MOOC 網的教學視頻，并在雨課堂完成測試題。教師根據測試情況在線下與學生進行交流、討論，及時了解、追蹤學生的學習狀態和思想精神狀態。

2.2 講授與研討相結合

對于思政元素較多的教學內容，課堂講授時，教師可采用互動式、提問式的教學方法，引導學生自主挖掘和運用課程思政元素。此外，還要安排學生進行小組討論，針對思政元素和思政內容精心設計研討環節和小組任務。讓學生通過小組討論的方式梳理科學家的成就、科學素養及人文精神，將課程思政落到實處。

2.3 課內與課外相結合

實驗儀器的發展史是物理學史的重要組成部分之一。除了課堂介紹相關的物理實驗儀器，還要求學生按自由組合進行分組，利用課余時間參觀學院的老舊物理實驗儀器、查閱相關的資料、挖掘其中的思政元素，并在全班作PPT 匯報。通過課內與課外相結合，培養學生實事求是的科學態度、團隊協作精神和不畏權威的創新勇氣。

2.4 現實與虛擬相結合

物理學史課程中的實驗大多在以前的實驗中做過，但也有少量危險性高的物理實驗。對于這些高危險性物理實驗的學習，則利用VR技術，采用情境模擬教學法等教學法，使學生獲得身臨其境的感受，加深對教學內容的記憶和理解，培養學生的艱苦奮斗精神、開拓創新精神、大國工匠精神。

3 物理學史課程思政教學實踐

物理學史是物理學專業的一門重要課程，蘊含大量思政元素，易于融合學科內容與思政內容，在知識傳授和能力培養中實現價值塑造，在潛移默化中達成思想政治教育的目的[1]。但是物理學史進行課程思政教學也存在兩個難點：一是某些枯燥的物理問題的爭論蘊含了大量實事求是的科學態度和不畏權威的創新勇氣等思政元素，如何將這些思政元素通過現代教育技術融入物理學史的專業教學中，易于學生理解、接受。二是某些高危險性物理實驗難以復現。盡管這些實驗蘊含著開拓創新精神、大國工匠精神等思政元素，但是由于其高危險性難以復現。VR技術能夠使體驗者沉浸在360 度全景畫面里，從而產生身臨其境的感受和體驗，廣泛地應用在高危險、高成本、高頻變、不可逆、不可觸、不可及、不可述等現場，如教育培訓、高端制造、娛樂、購物、展覽等領域。因此，利用VR技術在一定程度上有望解決物理學史課程思政教學存在的兩個難點，其教學改革實踐流程詳見圖1。

圖1 物理學史教學改革實踐流程圖

3.1 教學實踐方案

依據物理學專業人才培養目標和物理學史專業基礎課程的學科專業特點，深入挖掘物理學史課程蘊含的豐富的思想政治教育元素和內容，找準課程思政切入點，梳理和調整教學內容，采取“以史聯知、以史激趣、以史育德、以史明志、以史增信”的形式，將課程思政元素融入物理學史的教學內容中[7]。采取“自主開發+廣泛獲取”相結合的方式，完成物理學史思政課程VR 課件的制作，并根據物理學史課程及其各章節特點來選擇合適的、多元的課程思政的教學方法。將課程思政元素以潤物無聲的形式融入課堂教學，實現“知識傳授、能力培養”和“價值引領”雙目標。物理學史課程思政教學實踐方案可以分成以下三個有機部分。

3.1.1 深入挖掘物理學史中的課程思政元素

從物理學科與專業的形成背景、發展歷程、現實狀況和未來趨勢等方面切入，可以將物理學史的課程思政元素分為三類。

1）通過學習著名物理學家的人物事跡，挖掘蘊含的自豪感、使命感、責任感、愛國精神、奮斗精神等思政元素。

2）通過討論一些重要的物理問題爭論，挖掘蘊含的實事求是的科學態度和不畏權威的創新勇氣等思政元素。

3）通過VR 復現危險性高的物理實驗，挖掘蘊含的奮斗精神、開拓創新精神、大國工匠精神等思政元素。

將物理學史中蘊含的課程思政元素分門別類，再在此基礎上擬定教學大綱、教案講義是進行物理學史課程思政教學的重要一步。第二步就是根據這些課程思政元素制作物理學史的課程思政VR課件，豐富VR 教學資源庫。

3.1.2 建設課程思政的VR 教學資源庫

在深入挖掘物理學史中的課程思政元素的基礎上，將這些課程思政元素分成三大類，采取“自主開發+廣泛獲取”相結合的方式，完成物理學史課程思政VR 課件的制作、建設物理學史課程思政的VR 教學資源庫。VR 課件的自主開發可以將收集的教學資源，利用建模軟件3DMax 構建情境中的三維模型，再將構建好的模型導入到虛擬現實引擎Unity3D 中，根據教學設計為模型添加行為和交互，完成虛擬現實模塊的制作，最后，輸出場景文件，完成場景發布，生成VR 課件資源[8]。通過自主開發和廣泛獲取相結合的方式，可以逐步完善物理學史的課程思政的VR 教學資源庫的建設。

3.1.3 探究融合VR技術的新的教學方式

利用VR 教學資源庫進行物理學史的課程思政教學實踐，主要包括下面兩方面的內容。

1）調整課程內容。在深入挖掘課程思政元素的同時，調整現有的課程內容，減少以前教學中的數學推導和難度較大的占比，加大對科學家在探究科學問題過程中所必需的科學方法、科學精神和科學素養等方面的分析和探討的比重，使課程思政與本課程專業課堂內容融為一體，再潛移默化地滲透育人元素。

2）開展形式多樣的課程組織實施方式。根據物理學史課程各章節特點及“能實不虛”的原則，選擇合適的、多元的課程思政的教學方法。對于著名物理學家的人物事跡等能使用傳統的文字、圖形、音視頻等形式達到良好教學效果的思政元素仍采用案例教學法、討論式教學法等教學法學習，培養學生的使命感、責任感、愛國精神、奮斗精神；對于需要使用沉浸式教學形式才能達到良好教學效果的思政元素如一些重要的物理問題爭論，則采用討論式教學法、結合VR 課件講解，培養學生實事求是的科學態度和不畏權威的創新勇氣；對于危險性高的物理實驗的學習，則利用VR技術，采用情境模擬教學法等教學法，使學生獲得身臨其境的感受，加深對教學內容的記憶和理解，培養學生的艱苦奮斗精神、開拓創新精神、大國工匠精神。在培養學生的物理學職業素養和技能的同時，還使學生養成敢創新、善創新的習慣和能力，樹立正確的三觀，成為中國特色社會主義事業的合格建設者和可靠接班人[6,9]。

3.2 需要解決的關鍵問題

利用VR技術進行物理學史課程思政教學實踐是一次復雜而煩瑣的教學改革，需要解決大量的實踐問題，其中需要解決的關鍵問題主要有以下三個方面。

1）如何實現以“以史聯知、以史激趣、以史育德、以史明志、以史增信”的形式將課程思政元素融入物理學史的教學內容中。

2）如何制作高質量的物理學史VR 課件。制作高質量的VR 課件需要大量的人力、物力資源，因此，需要采取“自主開發+廣泛獲取”相結合的方式，完成物理學史思政課程VR 課件的制作、建設物理學史的思政課程的VR 教學資源庫。

3）如何利用VR 開展物理學史的課程思政教學，激發學生的學習熱情，提升學生的思政素質、提高學生的學習效果。實現“知識傳授、能力培養”和“價值引領”雙目標[2]。

4 結束語

本文探討了如何將VR技術應用于物理學史課程思政教學實踐，主要解決物理學史課程思政教學實踐中存在的兩個難點問題，即重要的物理問題爭論和高危險性物理實驗難以通過簡單的課程教學達到課程思政的教學目標。

由于VR應用于課程思政教學還處于起步階段，其應用范圍仍然不廣，但是，可以想見，隨著VR技術的發展，VR技術在課程思政教學實踐中的應用將越來越廣泛。