物理學史融入“大學物理”課程思政的路徑研究

吳濤 劉陽 王世芳

摘? 要：物理學史融入“大學物理”課程進行教學，對培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)、促進課程思政建設有著不可替代的地位。文章從引入物理學史輔助“大學物理”課程教學與思政的重要性、方法與途徑、教學設計實例與思路三個方面進行了論述，教學實踐表明，在大學物理教學中適當?shù)?、選擇性地融入物理學史，能夠激發(fā)學生學習興趣，提高學生科學素養(yǎng)與思想政治素質。

關鍵詞：大學物理;物理學史;課程思政;科學素養(yǎng)

中圖分類號：G641? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2021）40-0097-03

“大學物理”作為一門通識性課程，是普通高校理工科學生重要的、傳統(tǒng)的必修公共基礎課，在大學生科學素質的培養(yǎng)中具有重要地位，擔負著新時代合格人才培養(yǎng)的重要任務。在現(xiàn)代信息技術高速發(fā)展的背景下，各高等院校根據(jù)本校的具體實際情況進行了大量的大學物理教學模式的探索與改革^[1-5]，對貫徹執(zhí)行教育部全面提升本科教育教學水平，“以生為本”和“四個回歸”重要指示提供了重要支撐。黨的十八大以來，黨中央高度重視高校思想政治教育工作，在非物理類的理工科專業(yè)的大學物理課程中有機地引入物理學史的相關教學內容，是開展課程思政的重要抓手，對培養(yǎng)學生愛國主義情懷和科學素養(yǎng)具有重要作用。

一、引入物理學史輔助“大學物理”課程教學與思政的重要性

（一）物理學史激發(fā)學生學習興趣，輔助物理概念的理解

興趣是最好的老師，學生良好的自覺性和積極主動性源自興趣和自身的內驅力。學生學習物理的興趣不僅源于對各種物理現(xiàn)象的好奇和探索未知領域的期待，物理學史的引入也是一種引起學生學習興趣的有效手段。首先，教師可以從物理學人物著手介紹物理學史，例如在講授牛頓力學時，可以對物理學史上公認的神級人物的傳奇一生進行介紹;講授電磁學時可以對電磁理論的集大成者麥克斯韋進行介紹;講授相對論時則可以引入愛因斯坦的傳奇經歷;講授量子力學時，可以重點介紹的物理學人物就更多了，如薛定諤、泡利、狄拉克等。這些人物可講的事例很多，教師應盡可能精心地挑選具有代表性和傳奇性的經歷進行介紹，這樣可以較快地激起學生的學習興趣，集中學生注意力。物理學概念多、公式多、內容抽象，在教學中教師可以通過挖掘物理概念和公式背后的故事，使學生對所學知識的內涵和外延有更加深入的理解，例如講授光學儀器的分辨本領的公式時，可以介紹現(xiàn)代射電望遠，如貴州的中國天眼口徑大小，可以把天眼想象成一口大鍋裝上茅臺酒，夠全世界每人喝四斤，這種類比介紹可讓學生印象深刻。物理學史是一個巨大的寶庫，需要充分挖掘相關內容以激發(fā)學生學習興趣，幫助學生升華所學物理知識。

（二）物理學史培養(yǎng)愛國主義情懷和科學探索精神

中國在古典物理學和古代科學技術方面曾經領先世界長達幾個世紀，如《墨經》《論衡》《莊子》《夢溪筆談》等古籍充滿自然科學知識和思維規(guī)律的研究，四大發(fā)明聞名于世。在教學中通過對中國古代物理學史料的講述，能夠增強學生的民族自豪感和自信心，激發(fā)學生的愛國熱情。近代物理誕生在西方，有非常古老和深刻的原因，而從近代中國物理學人一代代奮斗與拼搏的歷史，從早期的格物致理到后來科技興國，從一窮二白基礎上的積累與追趕，到新時代的偉大復興與中國夢，無不彰顯中國物理學人的奉獻與擔當。教學中，教師可以講述中國杰出物理學家的偉大事跡，學習老一輩物理學家為國為民的愛國情懷與培養(yǎng)后輩的無私奉獻精神，從而堅定學生科技報國的理想信念。在物理學史的長河中，許多科學家為尋求真理百折不撓，甚至獻出了生命。很多科學家的名字如雷貫耳，如伽利略、愛迪生、諾貝爾、居里夫人、法拉第等，他們頑強的意志與科學探索精神是課程思政的永恒內容。

（三）物理學史培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力

物理學的發(fā)展歷程可以說是物理基本觀念的演變歷史，而物理觀念的演變是建立在非常規(guī)邏輯思考上的。物理學史為學生提供了一套獨辟蹊徑、開展非常規(guī)思維邏輯培養(yǎng)的有效途徑。通過對一些突破常規(guī)思維、不走常規(guī)路的物理觀念的演變歷史的介紹，學生可在大學物理的教學中樹立創(chuàng)造性思維的思想，培養(yǎng)判斷力、洞察力和想象力。例如，洛倫茲實際上早于愛因斯坦提出洛倫茲變換公式，但是洛倫茲缺乏非常規(guī)、非邏輯想象力，太拘泥和糾纏于已有的概念，無法突破觀念上的障礙。但是，愛因斯坦卻能夠另辟蹊徑，提出了對時空觀念的重新認識，建立了狹義相對論。通過物理學史上愛因斯坦和洛倫茲對待同一個公式理解的對比，培養(yǎng)學生的非常規(guī)思維能力和創(chuàng)新精神。還有伽利略質疑亞里士多德的“力是物理產生運動的原因”的觀點，從而建立起正確的力和運動之間關系的觀點，成為現(xiàn)代物理學之父。物理學史料蘊含著非常多的創(chuàng)新教育素材，教師可通過挖掘相關史料，引導大學生產生創(chuàng)新的動機，樹立創(chuàng)新目標，并發(fā)揮自身的創(chuàng)新潛力。

二、物理學史與“大學物理”課程思政融合的方法和途徑

（一）物理學史資料收集與制作

物理學史資料可以說浩如煙海，需要平時的大量積累和收集，需要的時候才能信手拈來，應用起來得心應手?！按髮W物理”課程內容包含力、熱、光、電和近代物理幾大模塊。教師可按照各個模塊來搜集相關物理學史資料，選擇重點收集國內近代物理學家的視頻和文字資料，這些資料可能來自網站介紹、期刊論文和新聞報道等，通過對人物和事跡的介紹，對學生進行愛國主義教育，如吳有訓、錢學森、吳健雄、楊振寧等。此外，還要注重收集中國現(xiàn)代科技發(fā)展的相關資料，特別是一些大科學裝置，例如天眼、上海同步回旋加速器、蘭州重離子加速器、東莞散裂中子源等等，在大學物理教學中引入這些現(xiàn)代科技與中國的大科學裝置，可以建立學生大國自豪感和民族自豪感，從而進行愛國主義熏陶。此外，一些物理學史上重大發(fā)現(xiàn)和著名爭論的史料也是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的重要素材，通過這些重大發(fā)現(xiàn)和爭論的背后故事，不僅能吸引學生的興趣，還能培養(yǎng)學生追求真理、培養(yǎng)科學素質的精神與品質。

（二）物理學史資料推送共享

隨著現(xiàn)代信息與互聯(lián)網技術的發(fā)展，各種互聯(lián)網終端設備和手段已經深度融入大學校園，如慕課、手機QQ、微信、各種教學平臺的應用程序等等。教師應充分利用這些第二課堂，通過此類互聯(lián)網手段提供的時空便利開展教學活動，實現(xiàn)線上線下的優(yōu)勢互補。教師在教學中可以借助微信公眾號、博客、在線教學平臺等共享物理學史料，將物理學史有機融入大學物理的教學中。鑒于微信幾乎是每個大學生經常使用的手機應用軟件，在教學實踐中，教師可通過微信公眾號向學生實時推送相關自制物理學史料，便于學生隨時隨地查看和學習。同時還利用公眾號的外部鏈接功能，篩選網絡上優(yōu)秀的物理學史文章和視頻，分享給學生，配合物理學史融入大學物理教學的實踐探索。

（三）授課過程中穿插物理學史料

課堂上穿插物理學史料，需要對不同的章節(jié)精心設計，準確掌握時間節(jié)點和時機，真正起到活躍課堂氛圍，感染學生樹立愛國主義情懷和培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的效果?！按髮W物理”課堂上這樣的案例有很多，比如教師在講到帶電粒子在電磁場中的運動部分的時候，國際上有很多大科學裝置大顯神威，例如歐洲的強子對撞機，發(fā)現(xiàn)了黑格斯粒子，解釋了質量的起源，對人類認識宇宙起到了巨大的推動作用。我國也有北京正負電子對撞機、上海同步輻射光源和重離子加速器等國之重器，在國際上也占有重要地位，通過介紹這些大科學裝置，實現(xiàn)了物理學上的重大發(fā)現(xiàn)，由此激發(fā)學生探索未知的興趣，并認識到當今中國是為數(shù)不多的擁有這些大科學裝置的國家，激發(fā)學生的民族自豪感和自信心。在講解狹義相對論的時候，對于愛因斯坦質能方程的應用，教師可引入我國老一輩“兩彈一星”科學家的艱苦奮斗歷史，讓學生真正認識到“兩彈一星”的豐功偉業(yè)，學習他們敢于戰(zhàn)勝一切艱難險阻，勇攀科技高峰的精神。

（四）課后學生撰寫小論文

物理學史是人類在物理學領域認識自然、改造自然，獲取知識的歷史紀錄。物理學史也是物理問題的解決史，在教學中要讓學生融入探索、解決問題的氛圍之中。小論文寫作是培養(yǎng)學生綜合應用所學知識開展創(chuàng)造性思維和能力訓練的教學過程，教師應鼓勵學生較為靈活和自由地進行調研，創(chuàng)造性地開展總結工作。在“大學物理”課程期末的時候，要求學生結合自己的專業(yè)，對感興趣的內容查閱物理史料，完成一篇關于物理學史的小論文，并計入平時成績。學生通過小論文的撰寫，增強了學習物理的興趣，開闊了科學探究的視野，體會到了物理學家追求真理的品質和探索未知的科學精神。

三、融合物理學史“大學物理”課堂教學與思政的教學設計思路

在“大學物理”課程教學中融入物理學史的教學重在一個“融”字，要采取固定性和靈活性相結合的方法，固定性是指在每一個教學節(jié)點融入課堂的物理學史內容要相對固定，但在實際講授中還應根據(jù)學生的課堂反饋靈活調整，例如在學生比較困乏的時候就可以適當加入相關內容，引起學生的學習興趣。在某個重要物理概念的講授時，當學生覺得比較抽象和難以理解的時候，可以適當加入物理史料，幫助學生理解和掌握相關概念。

教學設計思路如下：首先，教師要進行學情分析，準備好教學資料，調查學生對哪些物理學史料會比較感興趣，同時教師要非常熟悉物理學史料的內容，一切從學生實際出發(fā)。課前，教師首先要從物理學史料中挖掘好思政元素，結合大學物理教學的特點，找準切入點和發(fā)力點，要思考通過該物理學史的講述可以培養(yǎng)學生什么樣的能力，樹立什么樣的觀點。這些觀點和能力可能包括辯證思維能力、創(chuàng)新精神、愛國情懷、人生哲理、道德品質等。其次，還可讓學生利用微信公眾號和課程線上的物理學史資料進行預習，完成預習題目和了解思政素材。課中，教師可采用演示實驗、問題驅動和互動討論等方式講解物理內容，根據(jù)不同的講授內容可以設計在新課導入的時候引入物理學史，例如學習角動量的時候，可以講述開普勒的生平事例，雖然開普勒童年患上天花，視力衰弱，雙手殘疾，但是對天文學的研究矢志不渝，被譽為“天空的立法者”，然后對開普勒行星運動三定律進行介紹，提出通過本節(jié)角動量的學習如何推導出開普勒行星運動三定律。根據(jù)授課的實際情況，教師還可以組織學生觀看相關紀錄片，例如近代中國杰出物理學科學家的偉大事跡或者宣傳介紹我國大科學裝置的一些簡短視頻資料。課后，在一些物理知識和內容講授完成之后，教師可補充一些物理學史的資料，讓學生能夠溫故而知新。例如近代物理這一模塊，物理學史的案例非常豐富，而物理概念有非常抽象、難以理解，且和人們日常經驗往往背道而馳，這些基本觀點的形成都有大量的物理史料支撐，是很多物理大師從實驗、哲學和數(shù)學等不同的角度，不斷思考而形成的，這些物理史資料都是對物理課堂學習的必要補充，對升華學生對物理概念和圖像的認知起到重要作用。

四、結語

物理學史沉淀了人類歷史上寶貴的智慧結晶、光輝的科學方法、科學思想與科學精神以及豐富的人文內涵。在大學物理課程的教學中融入物理學史開展科學素質培養(yǎng)和思想政治教育是符合學生認知規(guī)律的，也是符合國家全新的教育理念的。同時，教師也要認識到，大學物理課程體系和知識的講授是主體，應當有“授人以漁，知其所獲”的意識，物理學史引入教學一定要堅持適當、適度的原則，這樣才能有效地發(fā)揮課程思政的教育功能。

基金項目：“基于Jupyter Lab/Notebook平臺大學物理可視化‘新工科教學模式的改革與實踐教學”武漢工程大學教學研究項目資助;“物理學與人類文明”武漢工程大學課程思政項目資助;湖北省一流大學物理線上本科課程資助。

作者簡介：吳濤（1980—），男，博士，武漢工程大學數(shù)理學院副教授，研究方向：大學物理教育、非線性物理與等離子體物理;劉陽（1975—），男，博士，武漢工程大學數(shù)理學院教研室主任，副教授，研究方向：物理學與物理教育;王世芳（1978—），女，博士，湖北第二師范學院物理與機電工程學院教授，研究方向：非線性物理學。

參考文獻：

[1] 秦丹，邢娟，李光仲，等. 大學物理“對分課堂”教學模式實踐探索[J]. 大學物理，2021，40（04）：32-36.

[2] 許飛，羅鍛斌，謝海芬，等. 基于MOOC平臺下大學物理實驗翻轉課堂教學模式的應用與探討[J]. 物理與工程，2021，31（01）：50-54.

[3] 張靜，江海燕，楊艷芳，等. 基于雨課堂的大學物理混合式教學模式的研究與實踐[J]. 物理通報，2021（02）：29-32.

[4] 覃方麗. 基于現(xiàn)代信息技術的大學物理形象化教學[J]. 大學物理，2021，40（04）：50-52+59.

[5] 王曉鷗，張伶莉，袁承勛，等. 新工科背景下的大學物理課程建設與實踐[J]. 大學物理，2021，40（04）：45- 49.

（責任編輯：陳華康）