电磁学课程思政的探索与实践——以线上线下混合式教学为例

富笑男， 张软静， 王俊斐

(河南工业大学 理学院，河南 郑州 450001)

0 引言

教育部高等教育司在2020年印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》，明确全面推进高校课程思政建设是落实立德树人根本任务的战略举措[1]。电磁学课程是物理学本科生的专业必修基础课，是一门理论与实践高度融合的课程[2]，重大前沿科技进展、国民经济发展都与其密不可分。它给予人类的不仅是科技的进步、生产力的解放，更重要的是一种智慧，一种独特的思维。

为了响应教育部全面推进高校课程思政建设战略举措，我校电磁学教学团队对该课程融入思政元素进行了深入的探索与实践。我们遵循不生搬硬套、强行升华的原则[3]，结合学科自身特点，把思政元素巧妙地融入课程中，达到“润物细无声”的教学效果[4]。通过该课程的学习，不仅希望学生具有一定的分析和解决电磁学相关问题的能力，为后续课程的学习奠定较为扎实的理论基础；同时，还强调学生要具备强烈的社会责任感、科技创新和求真务实的精神。由此培养拥有正确的世界观、人生观和价值观，拥有积极向上生活态度、坚定理想信念、崇高爱国主义情怀的大学生。

1 电磁学课程思政挖掘点

我们结合学科专业、课程类型的育人要求和特点，深入挖掘该课程蕴含的思政教育资源，将其总结归类为：方法类、人物类、设计类、应用类及实践类。

1)方法类。如点电荷模型、有极分子、无极分子等基本概念的提出；用高斯定理、环路定理求解电场与磁场等基本公式的掌握；电磁场高斯定理与环路定理等基本知识的理解；法拉第电磁感应定律、麦克斯韦方程组等基本关系的理解等。使学生在学习知识点的同时提升思辨能力，养成良好的科学素养。

2)人物类。如库伦、高斯、安培、法拉第、麦克斯韦等在电磁学发展过程中有突出贡献的科学家，也有如伦琴(X射线)，塞曼、洛伦兹(塞曼效应)，汤姆逊(气体导电)，马可尼、布劳恩(无线电报)，密里根(基本电荷和光电效应)，劳伦斯(回旋加速器)，布洛赫、珀塞尔(核磁共振)等基于电磁原理荣获诺贝尔物理学奖的科学家。用科学家的故事激发学生追求真理的科学精神，学习他们做人的理念、为人处世的能力。

3)设计类。如库伦设计的扭秤实验(电荷相互作用)；奥斯特设计的小磁针实验(电流周围有磁场)；法拉第设计的电磁感应实验(变化磁场产生感应电动势)；安培设计的电流和磁铁相互作用实验(安培环路定理)；亨利设计的线圈内部产生电动势的实验(自感现象)；赫兹验证电磁波存在的实验等。以此培养学生不畏权威，勇于创新的科学精神。

4)应用类。如金属罩、屏蔽服等静电屏蔽的应用；回旋加速器、质谱仪等洛伦磁力的应用；发电机、电动机等电磁感应的应用；手机通信、导航等电磁波的应用等。让学生明白知识的积累和应用可以助力人类文明的提升，可以推动国家、社会的发展。

5)实践类。如课前预习、课中测试、课后练习、小组讨论、小论文的撰写、章节的总结、测验及考试等。以此锻炼学生自主探究和自主学习的能力。

2 电磁学课程思政教学案例——带电粒子在磁场中的运动

我们团队选择的教材为高等教育出版社出版，赵凯华、陈熙谋主编的新概念物理教程《电磁学》[4]。我们选取教材中第4章第5节的带电粒子在磁场中运动为例，阐述课程思政如何在线上线下混合授课模式中实施。

2.1 课前思政引领

首先，教师团队在准备理论知识的同时，深挖本节的思政元素并总结归类为人物类、应用类、实践类。

2.1.1 人物类

洛伦兹是近代卓越的理论物理学家、数学家，经典电子论的创立者，诺贝尔奖获得者。他在学术方面有很高的威望，通晓多种语言并善于总结最为复杂的争论，同行都非常佩服他渊博的学问、高超的技术、无比精炼的语言。爱因斯坦曾在他的葬礼上这样致辞：“洛伦兹终其一生都在细致入微地进行着可谓艺术的工作。时时刻刻地和善、慷慨、公正以及对人和环境深刻的直觉让他无论走到哪里，都能执一方之牛耳。所有人都能感受到他并不是去管制人们，而是为他们服务，因而都很乐意跟随他。洛伦兹的成就对我产生了最伟大的影响，他是我们时代最伟大、最高尚的人。”通过这个人物我们可以引导学生向洛伦兹学习，在知识学习和为人处世方面共同进步。

诺贝尔奖获得者汤姆逊不仅取得了非凡的成绩，享誉整个物理学界。而且他还培养了一批优秀的学生；他的学生中，有9位诺贝尔奖获得者。这是因为汤姆逊认为大学要培养可以独立思考、有工作能力的人才，所以他要求科研工作者不仅要做实验的观察者，更要做实验的创造者。他进一步要求自己学生在开始做研究之前，必须掌握应有的实验技术，甚至在研究时用到的仪器也要自已动手制作。可引导学生向这些优秀的前辈学习，用真心、使真劲，学在深处、干在实处，努力成为闪闪发光的人。

2.1.2 应用类

带电粒子在磁场中的运动有两个主要应用，一个是回旋加速器。1958年8月30日，中国第一座原子反应堆回旋加速器开始运转，标志着我国进入原子能科学研究和应用阶段。此后，很快突破了核弹、导弹和人造卫星等尖端技术，取得举世瞩目的辉煌成就。2020年9月21日，我国首台超导回旋加速器的质子束能量达到231 MeV。 据公开文献报告，这是亚洲地区自主研发紧凑型超导回旋加速器质子束能量首次达230 MeV以上。通过上述例子可以引导学生建立国家科技自信，激发他们的爱国情怀。

另一个是霍尔效应。它可以用来研制磁流体发电机，是一种新型高效的“直接发电”方式。对比其他发电方式，具有结构紧凑、体积小、发电启停迅速、对环境污染小、发电功率大等优越性。但磁流体发电机要求材料具有耐高温、耐碱腐蚀、耐化学烧蚀等特性，而所用材料的寿命都较短，因此现阶段磁流体发电机不能长时间运行。以此引导学生努力掌握科技知识，改进磁流体发电机，并使学生意识到科技的力量，坚定信心、敢于创新，不断增强科技实力，为实现世界科技强国的目标而奋斗。

2.1.3 实践类

本节实践类主要集中在测量荷质比部分。教材中介绍了磁聚焦法和汤姆逊测电子荷质比的方法。而实际上到目前为止有很多种测量荷质比方法。老师建议学生自己查找相应文献，了解其他测量方法，并撰写调研报告。通过上述学习方法可以增强学生的主体意识，不仅让学生掌握知识，又培养他们主动探求知识，自愿学习知识的能力。

通过上面的分类深挖思政元素，教师可以根据课程需要精心设计涵盖思政元素的课程教案，并搜寻精选拓展资源，比如校外经验丰富老师讲解带电粒子在磁场中运动的视频，科学家洛伦兹、安培、汤姆逊的故事，测定荷质比、霍尔效应等实验视频，回旋加速器、热核反应的简介，最后将这些资源放置线上学习通平台，以满足学生自主预习和课外拓展知识面的需求。

2.2 课中思政实施

课程伊始，先播放阴极射线在磁场中偏转的视频，迅速吸引学生注意力，进入课堂状态。由电子束的偏转引出洛伦兹力的表达式F=qv×B，随后借助学习通，发放一道定时测试题，通过答题结果了解学生对于预习知识的掌握情况，如图1所示。

图1 洛伦兹力测试题结果 Fig.1 The result of test of Lorentz force

然后提问学生，对于课前了解的洛伦兹以及测定荷质比的汤姆逊的故事有何感想。最后教师总结，任何科学家的成功都不是一蹴而就的，他们都熟读万卷书，存储庞大知识，精通专业图表数据，而且科学家不但具有深沉独到的理论修养，还具有强烈执着的社会责任感、自我超越的创新精神。通过科学家故事的学习，使青年大学生从中得到深刻的启迪，认真学习他们求真求实的科学精神、创造性的思维品质；使他们明白灵感喜欢勤奋者，机遇垂青有心人；使他们懂得怎样珍惜大学时光，怎样做人，走怎样的路。激励青年大学生在人生道路上刻苦学习、奋力拼博。

在荷质比部分，先提问学生，除了磁聚焦法和汤姆逊测电子荷质比的方法，课前了解到有其他测量方法吗？在学生回答过后，可以布置课后撰写调研报告，让学生总结测量荷质比的实验方法，并对比每种方法的优劣，形成文字报告，课后线上提交。这既调动学生的主动性、积极性，做到自己发现问题、提出问题、分析问题、解决问题，也可锻炼学生分析比较、归纳总结、探究结论和文笔写作能力。

最后，讲到带电粒子在磁场中的运动有两个主要应用时，先理论讲解回旋加速器和霍尔效应的原理，然后讲述关于我国回旋加速器历史和磁流体发电的问题。由此促使学生以科技创新为己任，锻炼自我、追求卓越，为提高社会生产力、提高国际竞争力、增强综合国力、保障国家安全做贡献。

2.3 课后思政强化

课后，教师会在学习通上传带电粒子在磁场中偏转的练习题，加深学生对知识点的理解；利用任务驱动法要求学生对知识脉络进行梳理，做好章节的总结；要求学生在学习通上传荷质比测量方法的调研报告，作为实践作业，培养学生“自主探究性学习”能力，使他们掌握科学的学习方法，为学生真正做到工作后终身学习奠定基础。

以上是贯穿着思政元素的“带电粒子在磁场中运动”的全部教学过程，图2为此过程的总结。通过本节课的学习，我们希望学生不仅具有扎实的理论知识、科学的学习方法，还具有创新的科技精神以及强烈社会责任感；使他们成为对国家、对社会、对人民有用的人才。

图2 涵盖思政元素的教学过程 Fig.2 A teaching process including ideological and political education

3 总结

本文主要探索电磁学线上线下混合教学模式中如何融入思政元素。首先，我们通过总结归纳，把电磁学课程中的思政元素分为方法类、人物类、设计类、应用类及实践类等五大类。然后，以带电粒子在磁场中的运动这一小节为例进行了“课前思政引领、课中思政实施、课后思政强化”整个教学路径的阐述。我们希望通过这样的教学相长模式不仅使学生具有扎实的理论知识、科学的学习方法，还促使学生以科技创新为己任，为国家发展添砖加瓦。