O-AMAS助力大学物理实验课程思政——以碰撞实验为例

张春玲，刘玉斌，文小青，刘丽飒，钱 钧，李飞飞，孔勇发

(南开大学 a.物理科学学院；b.有效教学团队，天津 300071)

“立德树人”是教育的根本任务. 高校大学生的思想政治认知和学习环节不能仅限于传统的、显性的思想政治理论课，专业课程同样具有思政教育的功能，成为践行立德树人根本任务的重要育人途径. 但是，如何避免课程内容与思政工作“两张皮”，避免生拉硬套，努力让思政内容被学生自然地接受，实现入脑入心，是急需解决的问题. 本文以碰撞实验教学为例，借助O-AMAS有效教学方法，将思想政治教育元素恰当地融入物理实验的课堂教学中，在教书的同时达到育人的效果.

1 课程思政的现状

中国古语云：有德无才，才不足以助其成；有才无德，德必助其奸. 如何对学生进行“德”的教育，使学生徳才兼备，是教育的根本任务之一. 2020年5月，教育部发布的《高等学校课程思政建设指导纲要》明确指出：把思想政治教育贯穿人才培养体系，发挥好每门课程的育人作用. 近年来各高校围绕课程思政开展了一系列的探索和实践，具有代表性的观点和模式主要有3类：

1)杨祥等提出的以课程思政为核心的课程建设路径，课程思政是方法而不是加法[1]；

2)上海市教委提出的突出高校党委主体责任的顶层设计路径，聚焦人才培养方案的课程思政设计和激励机制的建设[2]；

3)教育部在《新时代高等学校思想政治理论课教师队伍建设规定》提出的队伍建设路径，要从课程设计、教师思想政治素养和教育能力、课程思政评价、专业课程思政与思想政治理论课的关系等加强师资队伍建设[3].

自然科学课程是所有课程中意识形态最不明显的课程，在这类课程中尤其要注意不能生搬硬套、强硬嫁接，应该注重将思想政治教育与科学精神、创新意识、逻辑思维等相互融合，通过润物无声的方式潜移默化地影响学生[4]. 目前多数思政工作聚焦于思政的内容，努力挖掘课程中的思政元素，而忽略了思政工作的“形式”. 这里所说的“形式”并非形式主义，而是以何种学生喜闻乐见的形式将思政工作呈现出来. 例如对大学物理课程中的思政元素进行梳理，对应“四个自信”“构建人类命运共同体”“五大发展概念”“一带一路战略”和“总体国家安全观”，分别分析了知识点和融入点. 例如在讲卡诺循环知识点时，希望通过卡诺循环讲事物的普遍联系，进而引出“一带一路战略”的方式，但是，并未将“一带一路战略”的引入方式作为重点. 在讲卡诺循环时，如何引入事物的普遍联系？如何引出“一带一路战略”？是单纯的教师讲解，还是通过其他方式？会不会引起学生的反感“老师又开始思政了”？

在课程思政中，要注意思政的教学方法，绝不是在讲完专业课程的内容之后用几分钟的时间加点思政内容，学生会觉得生拉硬扯、强硬嫁接，有米中掺沙的感觉. 在网络发达信息便捷的情况下，知识本身的获得不是问题，课程思政的呈现方式以及知识的接受和掌握显得比以往更为重要.

2 大学物理实验课程思政的优势与目标

大学物理实验是面向理工科各专业开设的公共基础实验课. 相对于一般理论课程的大班授课，物理实验教师每次面对的学生一般为10～20人，因此在教学模式、考核方式及上课细节等方面有较大的自由度. 实验教学过程可以包含师生互动教学过程、公共活动情境和考核评价系统，具备提升道德认知、培养道德情感和强化道德行为的实践条件[5-6].

大学物理实验课程的教学内容涵盖力学、热学、声学、电磁学、光学、近代物理学等诸多分支学科的知识和技术，学科内涵拓展性广，其中许多成就本身即是人类实现价值理想的成果，体现了人类追求真理、不断超越的精神品质内涵. 中国古代在物理学上有辉煌的成就，《考工记》《墨经》《水经注》《淮南子》等中国古代著作记录的火药、指南针、地动仪、浑天仪等都是中国古人对物理学的具体应用，可以体现中国古代先贤的智慧，增强学生的民族自信心和自豪感. 中华人民共和国成立后，尤其是改革开放40年来，中国物理学家牺牲个人利益投身祖国的科研事业，“两弹一星”、载人航天、月球探测等显著成绩，可以激发学生的爱国情怀，培养学生为中国崛起努力学习的热情[7]，同时提高了学生对于物理实验重要性的认识.

此外，物理学是一门讲究唯物主义的科学，在教学过程中可以很自然地渗透马克思主义哲学思想，培养学生的哲学思维，帮助其树立科学的世界观和方法论，培养批判和质疑、创新和探索、实践与求真、平权与团队、奉献与人文的科学精神[8]. 因此，大学物理实验在融入课程思政教育方面具有独特的优势.

要进行有效的大学物理实验课程思政，必须明确大学物理实验的教学目标、思政融入的路径与方法、育人效果的考核与评价方法，只有考虑了这些方面才能真正在大学物理实验课程中为课程树魂，实现思政教育与专业教育的有机融合，真正实现育人为本的教育理念. 大学物理实验课程思政的目标是让学生在掌握大学物理实验的基本知识、方法和技能的同时，充分挖掘物理实验相关的思政元素，充分利用物理实验课程的优势，对学生进行思政教育.

3 O-AMAS有效教学方法

南开大学有效教学团队(Nankai effective teaching， NKET)坚持以学生学习结果为导向，以师生互动为核心的课堂设计，追求“教有道，学有效”，于2017年自主研发互动教学模型O-AMAS. 该模型浓缩涵盖高效课堂的5个环节，包括以教学目标为导向(Objective)的教学设计和以AMAS有效互动为核心的课堂实施环节，即课堂激活(Activation)、多元学习(Multi-learning)、有效测评(Assessment)和简要总结(Summary)4个环节[9]. 其中，教学目标是课堂教学的起点，设计教学目标时必须注意满足SMART原则. 课堂激活应该是全体学生参与、手段生动有趣、激活工具与学习内容紧密相关，能够激活学生的身体、情感和认知. 多元学习方式容易激发学生的学习热情，教师应根据学生差异，采用接受式学习、自主式学习、合作式学习、探究式学习、体验式学习等方式. 有效测评不仅是1张试卷，而是包括测评的设计、测评的实施和评后反馈三要素，“反馈三明治模型”易于上手. 简要总结不只是重述，有效的简要总结活动可以实现巩固知识和反思深化的双重效果.

4 O-AMAS助力碰撞实验课程思政实例

文献[9]介绍了O-AMAS有效教学方法在大学物理实验课上的一些具体实施，本文将以碰撞实验为例，介绍O-AMAS如何助力提高课程思政的效果.

4.1 以目标为导向的教学设计

按照目标为导向的教学设计，需要首先明确碰撞实验课程思政希望达到的目标. 因为不同实验涉及的原理和仪器不同，必须联系每个实验的实际情况挖掘思政元素，该思政元素不应该是很多实验都会涉及的，最好是某个实验独有的思政元素. 例如，日心说可以在理论课的绪论课上讲，可以在讲开普勒三定律时讲，甚至在所有想讲科学精神时都可以讲，那么这个思政元素就不是某节课所独有的. 对于碰撞实验，实验的原理主要为动量守恒，这在理论课上有涉及，实验仪器方面主要有气垫导轨、数字毫秒计和游标卡尺，游标卡尺在其他的力学、热学、电磁学和光学实验中也都会用到，那么就需要在气垫导轨和数字毫秒计上深挖掘思政元素.

针对数字毫秒计是本科学生在普物实验中用到的最高级的直接计时器，可以从计时的角度进行扩展，比如：介绍古代的计时器、现代计时器和最精密的计时器. 中国最高级的计时器在世界处于领先地位，针对这一线索，可以通过在课程中引入日晷和原子钟、北斗三号，增进学生对中国科学史的了解，增强民族自豪感. 同时，还可以通过实验设计、活动设计培养学生的冒险精神、批判精神和团队精神. 在确定目标之后，需要对AMAS进行教学设计，以确保取得预期的思政效果.

4.2 课堂激活

要想上好一堂课，课程开始的激活很重要. 因为多数学校的实验课排课方式是每位教师在固定的时间段在某个实验室只带某个实验，学生轮换教室，这就导致学生每次做实验面对的都是新教师，师生之间不够熟悉，激活的难度更大，重要性也更高. 但是，激活绝不是通过讲段子笑话或者“这个实验很重要”开场，而是要使用与本实验相关的手段. 对于碰撞实验，可以采用“猜词”或者“back to the board”的活动形式. 如果1个实验小组15人左右，可以在上课开始时将学生分为2组，每个组排成1排站在实验室的白板前，然后请每组出1位学生面对同学坐在凳子上，教师站在2位同学的身后，先介绍活动规则，即教师使用笔记本电脑或者在白板上展示1个词语或者1张与词语对应的图片，其他学生针对该词对本组坐在凳子上的同学进行解释，但是在解释中不能涉及该词中的任何字，可以使用肢体语言，2位坐在凳子上的学生中最先猜出该词的获胜，然后换本组的下一位同学，共猜10个词，猜对词多的小组获胜.

在本活动中，词语的选择和词语的排序至关重要，教师可以选择如图1(a)的词语顺序：首先从学生熟悉的“一箭双雕”成语开始，让学生熟悉活动的规则，然后通过“抵偿法”和“环差法”使学生回顾前面所学的杨氏模量和冰的熔解热实验中使用的实验方法，接下来“动量守恒”词语的解释能考察学生是否掌握本节碰撞实验的基本实验原理，而从“日晷”这一词语开始，后面都是与计时相关的词语，其中选择日晷是为了提升学生对我国古代发明的认可，机械表和石英表是为了引出计时精度的由来，扩大学生的知识面，数字毫秒计的词语解释帮助学生理解本实验所用仪器的工作原理. 随着时间测量精度的逐步提高，最后来到“原子钟”，在学生猜词之后教师介绍或者请了解原子钟的学生介绍原子钟的分类和工作原理、我国北斗三号上原子钟的种类和精度，介绍北斗卫星导航系统研制过程中的困难，提高学生的民族自豪感，同时提高科技兴国的紧迫感，最后介绍北斗三号工程副总指挥谢军，为学生树立起积极正向的爱国榜样，而通过恩斯·特叶格的技术服务美国，引入科学无国界，科学家有祖国. 经过这样的活动学生活跃起来，积极发言，脸上有笑，眼里有光，如图1(b)所示. 该活动不仅激活了身体，回忆了旧知识，考查了新知识的预习情况，而且激活了情感，为后面具体实验的学习开了好头.

(a)

(b)图1 激活环节的猜词部分内容及猜词环节现场照片

4.3 多元学习

在激活之后的授课中，可以采用多元化的学习方式，而其中同伴学习是一种非常适合的实验教学方式，可以多方面锻炼和培养学生. 在应用同伴教学方法进行实验步骤讲解时，一般不建议在黑板上写出详细的实验步骤，而是仅仅给出实验要求，介绍仪器的基本使用方法，因为这才是学生在未来的科研和工作中实际面临的状态. 教师不要低估学生的能力，也不要剥夺学生犯错误的机会，要引导学生勇于试错从而培养冒险精神. 可以将学生2～3人分为1个小组，教师在简单介绍仪器的使用方法和注意事项后，布置一系列思考题，例如：计时1和计时2应该选择哪个？有效挡光范围的测量方法？完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞中滑块的摆放位置？并且给每个小组安排单独的思考任务，然后给学生20～30 min，让学生预实验以及小组内讨论分配的题目. 中国学生不喜于表达自己的观点，为了解决学生不开口的问题，可以给学生布置2个任务：一是在预实验小组讨论后每个小组派1位代表介绍对应题目；二是其他小组的学生要向做分享的组“砸砖”，也就是要对做分享的组关于没有讲对或者讲得不够清楚之处提问和反驳，进而互相讨论.

图2(a)为多元学习环节中学生用于介绍游标卡尺使用方法制作的海报，图2(b)为相互“砸砖”环节学生讨论滑块摆放位置的现场照片. 同伴学习过程需要小组内部团结合作，因而增强了师生之间、生生之间的互动，引导学生主动实验，给学生提供展示的机会，鼓励学生勇于并善于提出问题，培养学生的思辨能力和理论联系实际能力，形成正确的价值观、人生观和世界观，为课程注入精神力量和思想灵魂，提高学生的综合素质.

(a)

(b)图2 多元学习环节中学生制作的海报以及讨论交流的现场照片

4.4 有效测评

物理实验课程中的测评与反馈包括2部分：

1)第1部分(也是最重要的部分)是在实验课进行过程中通过各种测评形式考查学生对该实验中仪器、原理、操作等的掌握程度. 这种测评属于过程测评，测评的结果可以帮助教师了解学生对知识的掌握情况，提醒教师及时调整教学内容与教学节奏.

2)第2部分是实验课后学生书写实验报告以及教师对实验报告的批改，这一部分属于结果性测评与反馈. 对于这一部分，有的教师只是在报告上给分数或者写“阅”字. 但是，如果反馈中只有分数，那么学生无收获；反馈中如果是分数+评语，那么分数会抵消掉评语的作用，学生也无收获；如果反馈只有评语，学生下次会进步30%[10]. 反馈并不等于简单的评价，也不等于建议. 好的反馈评语应该包括对学生的评价，同时也应该包括对学生学习方向的指导，也就是说学生改进的空间.

三明治模型是反馈的有效方法，要先对学生做得好的地方进行表扬，然后提出改进建议，最后提出期待. 教师采用好的反馈方法，学生会感受到学习是一件快乐的事情. 虽然大学生已经有比较强的心理承受能力，但是教师的评语还是会对学生的心情和后续学习有很大的影响. 曾有学生在做网上的预习题时，10道题目错了8道，该生通过学习微信群加笔者微信好友，抱怨题目太难. 我跟他说：“你没有全错，还对了2个. 如过说这是波谷，多看几遍教材和网站上的视频资料，你就是在往波峰上攀登，一定能够预习得更好. 你觉得你能够比这次对的题目再增加1个吗？”学生肯定地回答：“老师，比这错的再多也几乎不可能了，我再多花些时间预习，应该可以做得比目前好. ”如果教师能够在书写评语或者对学生的表现进行口头评价、书面反馈时注意这些，学生既能够感受到教师对本职工作的认真负责，同时能够获得努力的动力与方向，这本身就是思政.

4.5 简要总结

在AMAS课堂环节的最后一步是简要总结. 因为实验课时的时长有限，而且学生动手能力不同，完成实验所需的时间不同，并不适合组织统一的总结或者反思环节.

出门票的总结活动对于实验课是好的选择. 教师提前设计好出门票，里面可以包含简单的问题：今天我学到了……我认为重要的地方……在本课中，我做的不够理想的地方/我今后需要加强的地方……在即将结束实验时发放给学生，学生做完实验填写好出门票(图3)交给教师后可以离开实验室. 出门票活动既可以帮助学生回顾本堂实验课学到的知识，反思自己做得不够好之处，同时也为教师提供了信息，即如果某一部分很多学生反映自己做得不够理想，教师就要思考这一部分是否需要在后面的教学中加强指导或者进行教学方法的改革等. 此外，这种教学活动告诉学生“学而不思则罔,思而不学则殆”，做学问和做科研必须多思考.

图3 简要总结所使用的出门票

5 结束语

习近平总书记指出:“培养什么人，是教育的首要问题.”物理学的发展史为“培养什么人”提供了大量的思政教育素材，O-AMAS有效教学模型能够帮助大学物理实验课程教学与思想政治教育同向同行，形成协同效应. 根据O-AMAS有效教学模型，教师在进行课程思政的教学设计时，注意选择适合的教学方法，选择有趣的教学活动，不仅能实现“盐溶于水”“如春在花”的教学效果，而且能使教师教得开心，学生学得开心，实现“过程有趣，结果有效，脸上有笑，眼里有光”的四有课堂.