狭义相对论时空观中“课程思政”的探索与实践

刘淑静，储信炜，罗明艳，吉 强，巨丹丹，刘峻宇，王大珅，谢明念

(天津医科大学 生物医学工程与技术学院，天津 300070)

2018年习近平总书记在全国教育大会的重要讲话中指出立德树人是教育事业发展必须始终牢牢抓住的灵魂，育人之本，在于立德铸魂. 培养德才兼备的有用人才，既要教育引导学生心无旁骛求知问学，又要融入思想道德教育培养学生综合能力和素养. 在此背景下，充分发挥课堂教学主渠道作用，使思想政治教育自然融入本科教育教学全过程，是“课程思政”课堂教学改革的目标. 因此需要深入挖掘专业知识中蕴含的思想政治元素，并融入课堂教学中，形成专业理论知识与思政元素的协同效应，使学生成长为社会需要的、综合发展的全面型栋梁之才[1,2].

大学物理是高校重要的基础理论课，具有教学内容广、授课对象多的特点. 大学物理课程中的物理知识是在“生活世界”中形成的一种特殊成就，体现着人的价值、情感及生存方式，是思想价值以知识形式的沉淀和积累，“析万物之理，判天地之美”是对物理的哲学之美、思想价值的一种认识和感悟[3]. 根据大学物理教材有关内容，深入发掘、精确提炼物理知识所蕴含的思想政治元素，在课堂教学中适当拓展，把物理知识教学转化为体现核心价值观教育的具体、生动和有效的载体. 在理解物理知识的基础上引起情感反应，产生积极联想和深刻理解，从而使学生的思想、精神、价值在物理的哲学性中得到体验、培养和熏陶. 综上，物理学展现在学生面前的不仅是客观世界的规律，而且是生机勃勃、充满人生智慧的宝库[4-6].

20世纪物理学所有重大进展，几乎都建立在相对论和量子力学的概念之上，狭义相对论在当今物理学体系中处于奠基性的地位，是大学物理教学中一个不可或缺的重要内容. 本文以大学物理中狭义相对论时空观所包含的物理、数学和哲学内容为载体，在课堂教学中探索思政元素有机融合的策略，以期达到激发学生学习兴趣，提高学生对知识的理解和灵活运用以及思政教育的多重目的. 力图在阐述狭义相对论建立的过程中，启发学生的创造性思维、科学发展观和马克思辩证唯物主义观念，并通过辩证唯物主义理论体系的贯通，使学生体会中国特色社会主义的道路自信、理论自信、制度自信、文化自信；在讲解狭义相对论的时空观基础上，通过类比、联想和引申等教学方法，合理自然地引导学生形成正确的世界观和人生观；在相对论应用中，如北斗卫星导航系统，倡导学生掌握基础理论，为攻克我国亟待解决的科技领域的卡脖子问题和掌握核心技术奉献自己的力量，为科技兴国和民族复兴添砖加瓦. 最后以问卷调查的形式了解学生对狭义相对论教学中融入思政元素的接受程度，根据调查结果改进教学方法，使教师的育人能力不断提升，形成闭环教学研究.

1 狭义相对论时空观蕴含的思政元素

1.1 狭义相对论的建立过程对创新思维和科学发展观的启迪

1) 经典物理学的危机

1865年麦克斯韦建立了麦克斯韦方程组，提出了光的本质是电磁波的预言，求得电磁波的波速为c=3×108m·s-1，并认为其值与参考系的选择无关. 但是根据伽利略变换, 如果一束光在惯性系S中的速度是c,在相对于S系以速度v运动的惯性系S′中,如果光束传播方向与v同方向,则光的速度是c-v,反方向则是c+v，因此该电磁理论与伽利略变换产生了矛盾. 同时，经典牛顿力学的规律在任何惯性系中是等价的，在两个相对运动的参考系中，电磁理论具有不同的形式，可见电磁理论与力学相对性原理也是矛盾的. 于是人们假设“以太”是一种能够传播光波的弹性媒介，光只是相对“以太”的绝对速度为c，“以太”是优于其它参考系的绝对参考系，物理定律在“以太”参考系中具有最简单的形式. 但是科学不能只靠想象力，需要找出证据证明“以太”的存在. 在物理学史上科学家们曾做过许多努力，企图寻找“以太”的存在，如：斐索实验、光行差测量、双星周期测量以及迈克耳孙-莫雷的精密光干涉实验等，但均以失败告终[7]. 这使得经典物理学遇到了前所未有的危机，意味着需要新的理论来解决相对性原理、伽利略变换和电磁理论之间的矛盾.

2) 解决问题的科学创新思维方法

依据常人的思维方式，遇到问题时首先会考虑使用已有的知识解决问题，选择以经验为基础的、最有希望的方法，并且沿着这个明显设定的方向去解决问题. 因此，许多物理学家不愿意面对寻找绝对参考系失败的事实，仍然做了大量理论和实验工作来拯救“以太”,比如当时最杰出的物理学家洛伦兹和庞加莱等人几乎已经走到了相对论的大门边，但由于当时没有一种理论可以协调实验和天文观测的事实，而他们在“以太”和时间绝对性为基础的动力学思想中陷得太深，虽然距离相对论只一步之遥，却未能实现时空观念的彻底变革[8].

爱因斯坦意识到解决以上矛盾的关键点，即放弃“以太”，否定特殊参考系的存在，修改伽利略变换. 1905年6月，爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》，提出了空间、时间的新概念，建立了狭义相对论. 他详细地分析了伽利略变换中时间和空间的概念,发现在伽利略变换中牛顿力学绝对时空观只是头脑中的一种抽象推测,并没有相关实验支持. 因此爱因斯坦坚信“凡是不能够由实验验证的概念和陈述,都不能在物理学中站住脚跟”. 于是他坚定地抛弃了当时物理学家们坚守的伽利略变换,否定了绝对参考系，摒弃了“同时”的绝对性，做出了相对性原理和光速不变原理两个假设，采用与相对性原理和与电磁理论协调一致的洛伦兹时空变换. 因此狭义相对论的建立离不开爱因斯坦的批判性哲学思维，攀登这样的一个思想高峰绝非轻而易举的事情，这需要不默守陈规、不拘囿于已有的概念和结论，尊重实验结果，保持足够的胆量和批判性创新思维[9].

3) 追求真理、勇于创新的科学发展观念的引导

在相对论这种突破性的物理理论建立过程中，即使迈克尔孙-莫雷等实验宣告失败，墨守陈规的人仍然抱着没有实验事实依据的传统时空观不放，还在苦苦追寻“以太”理论，而爱因斯坦大胆突破传统思维模式的禁锢，根据实验事实否定了伽利略变换，提出了光速不变原理，勇于质疑空间和时间的绝对性. 正因如此，他比同时代的物理学家(如庞加莱、洛伦兹等人)站得高、看得远、想得深，最终能在科学上取得根本性的突破. 一百多年来，爱因斯坦的相对论，包括狭义相对论和广义相对论，几乎得到所有天文观测和实验的支持. 判断一件事物需要以事实为依据，没经过实验验证的传统的固有认知有可能是站不住脚的，这种科学的思维方式，使得爱因斯坦成为经典物理学的颠覆者，他敢于打破传统，带来新的思想、新的启发，让人们拥有新的洞见. 爱因斯坦的故事不禁引发我们的思考，是做一个墨守成规的附属者，还是做一个追求真理不断创新的开拓者？答案显而易见.

1.2 从时空观认识过程，进行辩证唯物主义教育

1) 时空观认识过程

“天地者万物之逆旅，光阴者百代之过客”，古今先哲们不断探索时间和空间的基本性质. 随着文明的进步和科学的发展，人们的时空观不断完善与发展. 人们通常以现实中的具体物质作为参考物来认识时间和空间，在对参考系的认识上，由以地球为静止参考系的古老的“天圆地方”平直时空观，到以太阳为静止参考系的“日心说”，揭开了人类从物理学层面认识时空的序幕. 在开普勒、伽利略等人的研究基础上，牛顿建立了以“经典力学”为理论基础的绝对时空观[10]. 随着电磁学的发展，人们又提出了“以太”是静止参考系的时空观，但探测“以太存在”的实验以失败告终，因此爱因斯坦开创性提出了惯性参考系的狭义相对论时空观.

牛顿的绝对时空观认为：物体的运动虽在时间和空间中进行，但时间和空间的性质与物质运动没有联系，时空的量度不因参考系的选择而变；空间和时间是彼此独立的，同时性和质量都是绝对的. 设S′系沿x正方向以速度u相对S系运动，坐标原点O和O′重合时，t=t′=0. 在任意时刻t物体到达P点，S系和S′系的位置矢量分别为r(x,y,z,t)、r′(x′,y′,z′,t′)，符合伽利略的变换关系为x′=x-ut,y′=y,z′=z,t′=t，牛顿力学时空观反映在伽利略变换之中，把时间从物质演变过程中抽象出来, 变成既脱离空间也脱离物质的任意流逝.

当人们无法用绝对时空观合理、圆满地解释探索光速和光的相对运动的一系列实验时，爱因斯坦抛弃了绝对时空观念，建立了惯性参考系的狭义相对论时空观，这是时空观念的重大变革. 爱因斯坦认为：空间、时间、力、质量都不是绝对的，是与参考系有关的. 物理学的客观世界本质上是一个四维结构，由它分解出的三维空间和一维时间对不同的观察者来说是不同的. 时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质运动是不可分割的，空间距离、时间间隔、同时性也是相对的，它们随物体与观察者的相对运动状态而改变，这就是狭义相对论力学的时空观.

2) 相对论时空观中的辩证唯物主义

从时空观的认识过程以及历史的长河来看，受制于所研究的时空范围而建立的理论体系并不一定是永恒的，是随着人类思维和对外部世界的探索发展而不断进化的，这就是马克思的辩证发展观. 当人类的研究触角更深、更广或者更细微之时，将会面临严峻的考验，同时也可能带来新的科学曙光. 这是从相对真理逼近绝对真理的必然性，因此应对新理论、新事物树立一种创新、包容的态度. 从相对论发展历史的角度，理解马克思主义的理论也不是僵死不变的教条，它要在实践中不断丰富，只有实践是检验真理的唯一标准. 因此发展有中国特色的社会主义是在中国国情下对马克思主义的一种修正和拓展.

面对伽利略变换、力学相对性原理和电磁理论三者之间的矛盾，科学家们一筹莫展，物理学的发展陷入困境，此时爱因斯坦创造性提出了两个狭义相对论的基本原理，在洛伦兹变换基础上发展成为适用于任何惯性参考系的狭义相对论，实现了经典电磁理论与牛顿力学统一的综合创新. 可见事物的发展变化是由矛盾运动造成的，矛盾是事物发展的源泉和动力，旧理论的内在矛盾往往为走向新理论提供出发点. 这就是辩证唯物主义的对立统一规律，启发我们在学习和生活中，不要畏惧困难和矛盾，也许这就是黎明前的黑暗，解决问题的突破性进展就蕴含在这些矛盾之中. 正所谓在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭的山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点.

狭义相对论时空观告诉我们物质和运动是不可分割的，而静止是一种相对参考系运动的特殊情况. 这与哲学上的辩证唯物主义时空观不谋而合，即运动是绝对的，而静止是相对的，绝对运动和相对静止是辩证统一的. 课堂上结合古今圣贤的诗词，比如陈与义的“卧看满天云不动, 不知云与我俱东”、毛泽东的“坐地日行八万里”等所体现出来的朴素的辩证唯物主义，形象生动地认识到物理学的狭义相对论时空观和辩证唯物主义的时空观的融合，从而有意识地去引导学生思考. 相对论时空观是现代自然科学的基石，从物理学的相对论与哲学的辩证唯物主义时空观的和谐一致性可知，马克思的辩证唯物主义也是领先的社会科学理论. 从严密的物理理论到深刻的哲学思想阐述，发挥这种协同效应，可激发学生坚定中国特色社会主义道路自信、理论自信、制度自信、文化自信的信念.

1.3 狭义相对论时空观对世界观和人生观的引导

1) 狭义相对论时空观

狭义相对论时空观反映在洛仑兹变换之中，

(1)

假定在S′系中发生两事件的时间间隔为Δt′=t′2-t′1，则根据洛伦兹变换式，在S系中(相对S′系速度为u)测得两事件的时间间隔为

(2)

由此可以看出，若Δt′=0，但Δx′≠0，Δt≠0，即在S′系中的观察者看到的在不同地点同时发生的两事件，在S系中的观察者看来两事件不再是同时发生的. 可见同时性与所取的惯性系有关，即“同时性”具有相对性. 若在S′系中同一地点(Δx′=0)时间间隔为Δt′(固有时间)发生的两个事件，在S系中观察的时间间隔为

(3)

显然Δt>Δt′，同地发生的两个事件在一个相对事件做匀速直线运动的惯性系中,观察时间间隔变大了，称为时间延缓效应. 若在S′系测量静止的尺子长度为L′=x′2-x′1(固有长度)，由洛伦兹逆变换，在S系中测量尺子长度为

(4)

即L

2) 狭义相对论时空观对世界观的引导

狭义相对论探讨了时间、空间、物质与运动的关系，颠覆了传统的牛顿力学时空观，掀起了现代物理学革命，改造了人类的宇宙观，是人类观念上的变革和突破. 在教学过程中，笔者以相对论的两个基本原理为基础，由浅入深，用缜密的逻辑推理和数学推导得出狭义相对论效应，从数学形式上先认可这种理论的正确性. 再通过一系列生动的事例联想，使得枯燥的理论变得生动直观，让学生从感性上认同狭义相对论时空观，比如“洞中方一日、世上已千年”的神话故事，让学生发挥想象力，所谓的洞中，在地面上的人看来就可以认为是高速运动的天上神界，这样就可以符合时间延缓效应了. 以时下最流行的电视剧“三生三世十里桃花”和“枕上书”所描绘的主人公可以瞬间上天入地，可以想象他们的运动速度相当高了，当速度达到一定数值时时间膨胀效应比较明显，主人公们动辄几万岁仍然容颜未改得到了科学解释. 因此不论是中国的神话故事还是当前的玄幻小说，都不是无根之木，中国人民朴素的哲学智慧也体现了一定的科学思想，通过这些通俗易懂的事例，引导学生对中华优秀传统文化的自信与自觉. 同时辅助进行一些典型的例题训练，强化学生对这种新概念的理性认同.

例1：一宇宙飞船以u=1×104m·s-1的速率相对地面匀速飞行，如果飞船上的钟走了5 s，那么在地面上的钟测量经过了多少时间？假设u=1×105m·s-1，u=1×106m·s-1，u=0.95c，地面上的钟测量分别经过了多少时间？

原时间为Δt′=5 s，则根据时间延缓效应得到

(5)

同理，u=1×105m·s-1时，Δt= 5.000 000 28 s；u=1×106m·s-1时，Δt= 5.000 028 s；u=0.95c时，Δt=16.5 s.

所以，当u≪c时， Δt≈Δt′，低速宏观物体遵循经典物理学规律，这就是人们日常所感知的世界. 而当速度达到3×105m·s-1以上时，时间延缓效应才会显示出来. 采用Matlab软件模拟两种时空观中的时间和空间，其结果如图1所示[11]. 若把时空看做是以物体运动速度为变量的函数，牛顿力学时空观中的时空不随相对速度变化，而狭义相对论力学时空观中时间和空间均会发生变化，这种差异会随着相对运动速度的增加而增加. 显然当u≪c，即运动参考系的速度远小于光速时，狭义相对论力学时空观过渡到了牛顿经典力学时空观. 因而，牛顿力学时空观是相对论时空观的一种极限情况，这说明狭义相对论时空观是更全面、适用范围更广的理论体系，体现了新理论对旧理论的包容性. 牛顿经典力学时空仅仅是在速度非常低的极小范围内是正确的，还有更广阔的时空，虽然人们由于认知局限而感知不到，但它是客观存在的物理世界. 显然这种新的时空观念给我们打开了脑洞，让我们知道自己的认知存在局限，需要不断拓宽认知的格局、学习科学知识，使我们能更客观、更全面地看待世界.

图1 两种时空观中时间随速度的变化关系对比图

狭义相对论时空观相对于传统的经典时空观，不仅仅是客观物理规律的拓展，也是人们对时间和空间的颠覆性认识. 社会生活中是否也存在着如经典时空观一样的认知？虽然在一定范围内是正确的，但在更大的格局和眼界下，是否存在局限性呢？例如：谈恋爱时，喜欢自己的同班同学，可偏偏落花有情流水无意，有些学生会认为这就是此生挚爱，不可能再找到一个跟此人一样令自己心动的人了，可能会因此做出一些极端事情，逼迫对方与自己恋爱，也有人可能会郁郁寡欢，一蹶不振，从此不再相信爱情. 若以狭义相对论时空观来看待这个问题，选择的范围仅仅局限在本班级、本专业或者本校，限制了我们的认知，如果放眼全市、全国、全世界，一定会有更加令你心动的人.

通过狭义相对论时空观的学习，深入浅出地引导学生不要把自己局限在一个层面上，站在更高的层面会有更广阔的视野，看到不同的风景. 学习狭义相对论时空观可帮助提高学生的思想深度、眼界宽度、境界高度以及胸怀的广度，有利于启迪学生树立正确的世界观. 因此在学习和生活中应该打破固有、僵化的意识，不钻牛角尖，思考问题不要局限在小小的自我世界中. 认知在哪个层级，人生就在哪个状态，要不断学习科学文化知识并吸收内化为个人能力，树立对世界、对社会和个人正确的认识.

3) 狭义相对论时空观对人生观的引导

在狭义相对论时空中，同时性与所取的惯性系有关，同时不再是绝对的，所有与时间和空间相关联的事件的发生都变成相对的. 在某个惯性系中同时发生的两个事件,在另一相对其运动的惯性系中不一定同时发生. 这不但是物理学上的空前创举，在哲学上也具有深远意义：一切事物都是相对的，都具有两面性，是矛盾的统一体.

类比于生活中的很多情节，比如以1个小时的时间间隔为例，夏天独自坐在火炉边与在公园柳荫下谈情说爱，前者感觉度日如年，后者感觉光阴如梭，所以不同的处境，对时间间隔的感受是完全不同的. 狭义相对论时空观的时间延缓效应和长度收缩效应也同样是在不同参考系下得到的不同现象，下面以典型例题2详细阐述.

图2 不同参考系下观察同一事物的示意图

由此可见，站在桥上和在车中(不同参考系)观察，得到的结论完全不同，但在各自的参考系中都符合客观物理规律. 这从理性角度告诉我们，对同一个问题，所处角度不同造成的认知不同，甚至有可能相反，我们应当全面、辩证地看待世间事物. 相对论告诉我们要学会换位思考，摒弃“自我”，设身处地站在“他人”立场去思考问题，才可以得到超越固有思维和判断的结论，纠结的心会豁然开朗，由消极转向积极. 例如：同一宿舍中的两位同学，一个坚持早睡早起，身体好学习效率高，一个坚持晚睡晚起，越到晚上越精神. 在互相不理解的情景下，均会坚持认为自己是对的，对方无论是从科学还是大众习惯等角度都是没道理的，由此会因作息习惯不同产生矛盾，造成比较激烈的冲突. 学习相对论后，老师可引导学生换位思考，从不同角度和立场看问题，得到的结论均有其自身的道理，两位同学再继续论战下去的情绪会明显减弱.

相对论告诉我们每一件事用不同角度观察，会有不同的见解，生活中学会换位思考，思路会更宽阔. “换位思考”是人世间一种很好的思维方式，它不仅能让自己开心，还会使生活矛盾减少，人际关系融洽，社会关系和谐，这对我们的人生来讲是非常重要的. 在宏观、低速世界尺度下，相对论效应实在太小，此时相对论和牛顿力学是等效的. 而相对论效应只有在速度越接近于光速时，才越明显. 因此，我们才会觉得相对论很反常识. 这也告诉我们一个道理：不要被眼前的生活所欺骗，多去看看外面的世界，只有跳出自己的生活圈，才能够更深刻地理解世界.

1.4 相对论时空观的应用对科技兴国和民族意识的引领

也许有学生会问，既然我们日常生活在宏观低速的世界中，相对论效应无法体现，那对于实际生活有什么意义呢？还需要学习这么深奥的理论吗？其实相对论的应用早已深入我们的生活，典型的实例是目前手机导航采用的卫星定位系统.

以美国全球卫星定位系统(GPS)为例来了解一下相对论的应用. GPS卫星系统由24颗位置精心安排的卫星组成，使得地球上的任何地点随时能见到其中的4颗. 每颗卫星上携带着计时极为准确的原子钟，GPS导航仪通过比较从4颗GPS卫星发射来的信号的时间差异，计算出其所在的位置. 为了让卫星上的原子钟保持同步，就必须依赖卫星与地面观测站之间的通讯. 而GPS卫星以速度14 000 km/h绕地球飞行，同时持续向地面发射信号，报告时间和轨道位置. 由狭义相对论可知运动的星载原子钟会发生时间延缓效应，每天要比地球上的钟慢7 μs；由于广义相对论的时空弯曲导致星载时钟每天要快45 μs，最终星载时钟每天大约比地面钟快38 μs. 因此，每天由于相对论效应累积的定位误差大约是10 km，GPS系统失去了精确定位的功能，这真是差之毫厘谬以千里. 导航仪在定位时必须将星载时钟每天拨回38 μs修正这一误差. 高精度导航让普通人也能亲身体验到相对论的价值，采用卫星进行导航定位的技术已经深入到军事国防、科技、社会生活等各个领域[12].

上个世纪末，中国“银河号”货轮行驶到印度洋时，货轮导航系统因美国停掉印度洋海域的GPS信号而失灵，导致无法继续航行，并且自海湾战争开始使用精确制导武器，因此不论是国家安全还是经济社会发展，都促使我国自主建设运行自己的全球卫星导航系统，即北斗卫星导航系统，这是继美国全球定位系统(GPS)和俄罗斯GLONASS系统之后的第三个成熟卫星导航系统. 基于北斗系统的导航服务不仅应用于军事国防，亦已广泛进入中国大众的共享经济和民生领域，服务国家现代化建设和百姓日常生活，为全球科技、经济和社会发展做出贡献. 在当代世界政治与经济格局下，北斗系统为经济社会发展提供重要时空信息保障，是中国实施改革开放40余年来取得的重要科技成就之一，在大国之间的科技博弈中体现了中国实力，也彰显出中国的气魄和权威. 讲授相对论在北斗卫星导航系统中的应用，可使专业课教学呈现中国风格和中国气派，展现中国智慧.

除了相对论时空观在卫星定位系统中的应用，原子弹、放射线治疗、粒子加速器的制造和使用以及光子火箭的设想，都需要借助相对论时空效应和质能关系[13]. 相对论提出的“光速不变理论”“扭曲时空”的概念还有很多很多的推论，小到推测水星的运行轨道、在发生日全食时星星的位置，大到可以推演太阳的过去与未来、甚至宇宙的过去与未来，也为科幻主题电影提供了无限的创作灵感. 在中国人民不断探索和建设时期，科技兴则民族兴，科技强则国家强，少年强则国家强，这就更加要求当代大学生掌握相对论基础理论，在构筑强大的科技实力和创新能力方面做出贡献，为实现科技兴国和中华民族复兴的伟大梦想添砖加瓦.

2 课堂实践教学效果评价和反馈

根据王磊主编的医用物理学(第9版)第14章狭义相对论基础，设计必修阶段狭义相对论的教学课时、梳理教学内容[14]，坚持“立德树人”思想，在潜移默化中融入思政元素，最后再对教学效果进行问卷调查，分析问卷反馈数据[15]. 本教学实践对象为天津医科大学临床“5+3”专业的一年级学生，有6个教学平行班，共181人，狭义相对论基础的授课时间为4个学时，并组织学生课余进行主题讨论. 结课后进行无记名问卷调查，并对其中的主要几项调查结果进行归纳.

2.1 思政元素融入情况调查

图3(a)为学生认为教师授课过程中是否加入思政元素的饼状图，181份问卷中，选择“是”的为180人，选择“否”的为0人，选择“无法判断”的为1人. 图3(b)为是否感觉在讲授狭义相对论知识时融入思政元素能做到因势利导，潜移默化，180人中有178人认为狭义相对论理论知识和思政元素达到了“有机结合”，引导比较自然，1人认为思政元素加入得太突兀，1人认为思政元素融入的比较生硬. 调查结果显示，99.45%的学生都认为教师在授课过程中做到了思政元素与科学知识有机地融合，做到了寓教于无形、润物细无声.

对融入思政元素的狭义相对论知识点和教学方式也分别做了调查，调查结果如图4所示. 图4(a)表明多达164名学生选择时间延缓效应融入的思政元素容易接受和信服，与教师在授课过程中采用的教学方法有极大的关系. 讲解时间延缓效应时，以电视剧“三生三世十里桃花”和“枕上书”的情节为例，引导学生理解速度达到一定程度时，时间延缓，所以即使过了几万年，电视剧中的上仙仍然朱颜不改，和学生产生了共鸣. 最受欢迎的85版八仙过海中吕洞宾落榜轻生被两位神仙相救，仅过了一日回家，发现妻死子老，“洞中方一日，世上已千年”，让学生在不知不觉中深刻领悟晦涩难懂的狭义相对论时空观，并在此基础上用教师自己的学识、阅历、经验进行因势利导，让学生达到对传统时空观念认识的突破和拓展，以无缝对接和有机互融的方式引导学生树立正确的世界观，增强学生思维的广阔性和深刻性. 这与图4(b)中129人选择喜欢影视作品这种融合方式是相关联的. 图4(a)中148人选择长度收缩效应，113人选择同时的相对性，这与教师在授课过程中以同学们学习和生活中的事例来引导学生换位思考有极大的关系，因此在图4(b)中89人选择了学习生活事例的教学方法. 因此“课程思政”内容设计要从学生感兴趣的例子出发，利用恰当、自然渗透的语言方式，结合课程特点适时嵌入思政元素，引领学生进入情景，这会产生事半功倍的效果.

图5为相对论课程教学中融合的思政元素调研结果，其中169人选择世界观，156人选择人生观，87人选择爱情观，这说明教师凝练的课程思政元素达到了与课程知识点的共振效果. 91人选择了创新，50人选择拼搏进取，说明在相对论发展史、爱因斯坦轶事等方面的授课过程中实现了启蒙学生思想的效果. 同时注意到家国情怀投票率不高，这可能是由于课程学时的限制，中国北斗系统和粒子加速器中相对论应用的专业知识讲解时，嵌入思政元素的过程比较紧张，在引申思政元素环节上不够完善，没能催发学生良好的接受效果，因此未来需要在课程设计时改进课时安排和进度，丰富教学手段，组织灵活多样的教学活动.

图5 相对论课程教学中融合的思政元素问卷调查结果

2.2 教学效果评价和反馈

图6为教学效果评价和教学建议的问卷调查结果. 意识到本章“课程思政”教学非常有启发性的同学占93.92%，同学们认为能够开阔自己的眼界，打开一扇新的思想大门，对未来的生活和工作很有帮助. 但也有6.08%的同学认为“课程思政”没有太多作用，占用了课时. 另外，选择有必要继续采取这种授课方式为下一届学生授课的同学占87.29%，12.15%的学生认为思政元素的引申会占用课程的课时，影响专业知识讲授，只有0.55%的学生认为没有必要融入思政元素. 对此笔者认为课程思政的实施需要教师长期坚持，不断探索嵌入模式，研究当前学生的专业知识建构、思想动态、价值观、学习习惯和兴趣等，从而能够在课程思政实施过程中不断改进教学手段. 选择贴近目前社会主流话题的案例和视频，采用一些新媒体、互联网技术手段进行辅助教学，与学生在课上、课下形成良好互动[11,16]. 同时随着课程思政的燎原之势，学生们也会更加接受这种非智力隐性教育的理念.

3 结论

本文以狭义相对论时空观为例，对大学物理中课程思政进行了案例研究. 在传授知识的同时，不露痕迹地实施非智力教育，实现了知识传授、价值塑造和能力培养的多元统一. 首先立足狭义相对论的传承脉络和爱因斯坦的思想架构，引导培养学生追求真理、勇于创新的科学发展观念和辩证唯物主义观念；其次在狭义相对论时空观的知识讲授过程中，提升学生站在一个更高的维度去观察世界和人生的意识，从而使学生树立正确的人生观、世界观，增强学生思维的广阔性、深刻性和敏锐性；通过相对论在我国北斗导航系统中的应用，培养学生勇攀科学高峰的责任感和使命感，激发学生科技报国的意志. 最后对“课程思政”的课程内容、思政元素、教学成效和教学建议进行了问卷调查，大部分同学认为本次“课程思政”达到了大道至简、润物无声的教学效果. 而且通过“备”“教”“学”“评”的教学环节，帮助教师改进教学，提升教师的思想政治教育能力，有利于推进“课程思政”各层次的合作交流. 通过结合课程特点适时嵌入思政元素进行育人，笔者相信一个掌握扎实的基础理论的青年，一个拥有创造性思维能力的青年，一个身心健康、拥有正确世界观和人生观的青年，一定是堪当民族复兴大任的社会主义建设者和接班人.