大学物理课程思政的切入点探讨

贾 敏 王玉生 罗世钧 张巧丽

为贯彻落实习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的讲话精神，需要进行课程思政建设。梳理和挖掘课程中的德育元素，将思政教育引入日常教学，这样不仅可以完善课程体系建设，实现“三全育人”的核心内容，而且也是当前教育改革及发展的必经之路。大学物理是所有理工科专业中非常重要且必不可少的一门课程，授课面比较广泛，知识内容中蕴含着丰富多样的思政素材，是落实立德树人教学根本任务的重要途径。寻找高校物理课程思政教育的切入点，充分挖掘其所蕴含的思政要素，成为该课程思政建设的重要突破口。

本研究团队成员通过线上线下混合式教学模式的实践探索[1]，以物理学史和物理学家、中华文化、科技前沿等方面为切入点，挖掘思政元素，进行物理教学和思政教育的融合。

一、思想方法

物理学是用于研究物质的基本结构、运动方式和相互作用的一门自然科学，很多知识具有逻辑性、推理性、抽象性、归纳性和实验性，蕴含着丰富的辩证唯物主义思想[2]。物理学影响着人类对物质世界的基本认识和人类的思维方式，为人类探索未知世界提供了一系列科学的认识论和方法论，它的发展在生产生活的各个领域都有重要的指导意义。教师基于物理学基础知识所传授的基本概念、理论和方法，于教学中潜移默化地鼓励学生敢于质疑和勇于批判，提高辩证思维能力，掌握科学的物理方法。小到夸克，大到天体，再到看不见摸不着的“场”，都表明了世界的物质性。物体的运动是绝对的，对其运动的描述是相对的；势能的值是相对的，而势能差是绝对的。这些都告诉我们事物是具有两面性的。静摩擦到滑动摩擦的转变、电容器的击穿、磁畴瓦解的居里点和布儒斯特角等体现了量变和质变关系，使学生认识到事物变化和发展的质量互变规律，即唯物辩证法的基本规律之一。分子间存在斥力与引力、磁极总是成对出现不可分割等揭示了矛盾内在的辩证统一性。永动机的失败说明了自然规律的必然性，人们要顺应和利用自然规律，而不能违背自然规律。很多物理规律和理论都是以实验为基础，遵从了“实践—理论—实践”循环往复的认识论和方法论，比如爱因斯坦相对论的建立等。光的微粒说和波动说的长久斗争体现了否定之否定规律，最终统一为光的波粒二象性则反映了事物发展的前进性和曲折性的统一，即变革和继承相统一的扬与弃。这些都可以让学生清楚地认识到物质世界的客观性，要勤于观察和思考，通过实践人们既能发现真理又能检验真理，解决问题要善于抓住主要矛盾，顺应事物的发展变化规律，做到与时俱进，而不是拘泥不变，生搬硬套。

在物理学的研究和发展中处处存在着科学的物理研究方法，比如类比法，其可以启发思路，提供线索，指明方向。法国科学家库仑在研究真空中两带电球体间的作用力时，大胆地将其类比于牛顿万有引力定律，得到了后来被实验所验证的库仑定律。学习刚体力学时，学生大多一时难以理解和理顺“力矩、动量矩、冲量矩和转动惯量”这些新概念与“角速度、角加速度和角位移”物理量间的关系及规律公式，这时教师可以让学生类比熟悉的质点力学中的“力、动量、冲量和质量”与“速度、加速度和位移”间的关系和公式，使晦涩抽象的物理概念和复杂深奥的规律变得更加具体，这样学生很快就能理解并融会贯通。根据电学中电通量的概念和求法，利用类比法学生很快就能掌握磁学中磁通量的概念和求法。物理研究方法还有理想模型法、等效法、归纳总结法等，这些方法的应用使得物理问题的分析和解答变得更容易理解，也为学生将来融入社会打下了良好的基础。

二、物理学史和物理学家

除了物理科学知识外，物理学还包括探索和发现理论和规律的过程，以及所涉及的众多物理学家和他们身上所具有的科学精神和研究方法。不管是基本概念的提出与完善、定律的发现和理论的创立，还是学科分支的建立，都经历了曲折、漫长的思维辩证过程[3]。因此物理学发展的历史，是由千千万万位物理学家探索钻研的光辉事迹共同铸就的，其中蕴含着人类历史上宝贵的智慧结晶和思想文化沉淀，这些都是重要的物理教学资源。将这些物理学家的故事与他们严谨求实和尊重实践的科学态度、崇高忘我和捍卫真理的科学精神等融入物理课堂，可以对学生科学素养的培养和精神品格的提升起到很好的促进作用。

电学中在讲解电荷及其发展时，教师可以穿插如下内容：史册传芳的“风筝实验”是物理学家富兰克林在1752年冒着生命危险设计的“捕捉天电”的实验，证明了“天电”和“地电”是同一性质，证明了雷电是自然界一种大规模的放电现象，从而发明了沿用到现在的避雷针。这种为科学而献身的忘我精神、敢于实践和挑战的勇气以及追求真理的执着都可以使学生产生触动，入脑入心，对于后面学习尖端放电和避雷针这部分内容也是很好的铺垫。1753年，为了验证富兰克林的实验，著名电学家利赫曼不幸遭雷击中，献身于科学，这也告诫学生要有理性的科学态度。再如学习电磁感应这部分内容时，可以创设情境。电流对磁针的作用是奥斯特在1820年发现的，一向敏锐的法拉第意识到了它的重要性，既然电能生磁，那么磁可以生电吗？自此他进行了十多年的实验探索。法拉第不但善于实验，更善于思考，最终于1831年发现了利用磁场产生电流的条件和规律，进而发明了发电机，造福人类。这些都可以潜移默化地帮助学生形成提出、分析、解决问题的思维能力。对于相对论力学部分，可以介绍中国“氢弹之父”于敏的事迹，以他为代表的大批物理学家长期隐姓埋名，突破了核武器研究设计中的诸多理论性问题，为我国核武器的进一步发展作出了卓越贡献。这种不求名利和国家需要同频同振的精神，正是习近平总书记所说的“我将无我”精神的写照。

三、中华文化

承载着人类文明结晶的物理学，内容丰赡，博大精深，蕴含着丰富的文化底蕴。物理学的研究需要坚实的实验基础、丰富的想象空间和高度的抽象能力，集形象思维与逻辑思维之大成。因此，物理教学理应成为文理两种文化交融的有效载体。历史悠久的中华民族，为物理学的发展贡献了无穷的智慧。倘若把传统文化引入物理教学，学生会被中华文化所熏陶、感染，汲取其中的精华，了解我国技术发展的历程，这有利于弘扬传统文化，文、理、德深度交融[4]，提高学生的科学和人文素养，对于学生坚定文化自信、厚植家国情怀都具有积极意义。

中国古代的许多著作都包含了对自然现象的认识和对自然规律的领悟，涉及力学、热学、光学、电磁学等方面的知识和应用。比如汉代刘歆的《西京杂记》中记载了“环转四周，而炉体常平”的被中香炉，设计精巧，巧妙应用了刚体力学中角动量守恒定律。还有《墨经》《考工记》《梦溪笔谈》和《天工开物》等古代著作，内容都有涉及物理知识及技术应用，这些都显示出了中国古代劳动人民的非凡智慧和高超技能。另外，成语“隔墙有耳”反映了声波的衍射的性质，“震耳欲聋”生动地告诉学生声强的大小，即声波平均能流密度的大小。还有诗词歌赋也处处体现出物理的魅力[5]，如敦煌曲子词中的《浣溪沙·五两竿头风欲平》写道“满眼风波多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行”，说明了对物体运动状态的描述依赖于参照物的选择。又如梁元帝萧绎所作的《早发龙巢》，提道“不疑行舫动，唯见远树来”，反映了同样的物理现象，同时也说明了中国古人善于观察生活和勤于思考。教师也可以根据所讲解的物理知识对诗词歌赋进行改编，增加课堂的趣味性，既实现了文理交融，又是美育和德育的交融，也继承和发扬了中华传统文化。

四、科技前沿

小到夸克大到天体都是物理学的研究对象，其内容包罗万象，其理论和方法可以渗透到自然科学的任何领域。物理学的每一次重大突破都会引起社会生产力的巨大变革，并且重大科技创新成果的出现，无不体现了创新思维[6]。历史上的三次工业革命既是科学的革命，也是技术和产业的革命。蒸汽机的发明得益于牛顿力学和热力学的研究，电力的开发和利用则是基于电磁学，进入信息化时代是基于相对论、量子论的发展，可见科学技术和社会发展离不开物理学这一强大推动力。目前科技飞速发展，我国重大科技创新成果也层出不穷，出现了诸如高铁、量子信息、5G技术等成就，这些成果离不开物理学家和广大科技工作者的辛勤钻研与奋斗攻关，他们敢于创新、奋力拼搏、团队协作的科学精神和为国争光、科技报国的爱国精神，对大学生的创新意识和创新动力、理想信念和世界观、人生观、价值观都能产生深远的影响。

教师在讲解力学中动量守恒定律部分时，可以引入搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，从“神州”载人到“天问”探火、“嫦娥”探月、“北斗”指路，再到“天宫”空间站等航空工程，一次次刷新中国高度，每一项都饱含着中华民族伟大复兴的决心，展示着中国人民勇攀科技高峰的能力和自信，这些辉煌的成就都是很好的爱国主义教育素材。华北水利水电大学和长沙天仪空间科技研究院有限公司合作的“华水星座”的实验星——巢湖一号卫星发射成功，更是大大激发了学生的创新动力，激发了学生的自豪感。在讲解角动量守恒的应用时教师可以引导学生思考直升机为什么要装尾翼，在清楚基本原理后，启发学生探究其他形式的直升机，如“并列式”双旋翼、“串列式”双旋翼和共轴双旋翼直升机。而角动量守恒在惯性导航中的应用，可以延伸到中国自主创新的“北斗卫星导航系统”，使学生体会“科技强国、创新兴邦”的真正含义。近几年的热门科学词汇“引力波”和“小小中子源，托起国之重器”的中国散裂中子源都可以在狭义相对论部分进行介绍，用以激发学生的探究兴趣。讲到热学部分的循环过程时，教师可以适当介绍我国处于调试阶段的“高效低碳燃气轮机试验装置”，其能够帮助研究人员模拟真实环境，从而积累关键科学数据，对促进航空、电力、船舶等产业自主发展，保障国家能源安全和国防安全具有重要意义，这会大大提升学生的科技自信和科技报国信念。

结合大学物理课程的内容和特点，以物理学史和物理学家、中华传统文化和科技前沿等为切入点，进行辩证、批判思维，品格风貌和家国情怀、创新意识和创新动力等方面的思政教育，使价值塑造、思想引领和对知识的促进有机融合，可以有效践行立德树人的育人目标，同时也为其他学科的思政建设提供参考和示范。需要注意的是，思政材料的呈现方式要力求简洁、直观，可以视频、动画和图片等形式展示，这可以给予学生最直接的视觉冲击和触动。另外，思政教育内容要和具体的知识点紧密结合，这更有利于学生对知识的理解和掌握。总之，把思政教育贯穿教育教学全过程，是每一位教育工作者要坚持的一项工作，也是新时代教育教学改革与发展的必然要求。