科技前沿在大学物理思想政治中的育人作用探究

陈靖　代海洋　刘德伟

[摘 要] 课堂中及时推送相关重大科技成果，可在潜移默化中获得学生的情感认同，起到价值引领和提升学生创新能力的作用。在科技发展过程中，科学普及与科技创新具有同等重要的地位，把科技前沿引入大学物理课堂是推进科学普及的有效途径。文中列举了部分实践案例，并探讨了科技前沿进课堂过程中对教师提出的要求。教师坚持深度学习、团队协作可以使科技前沿有机渗透于课程体系，最终与思想政治育人相得益彰，实现大学物理课程与思想政治两者同向而行，同频共振。

[关键词] 课程思政;大学物理;科技前沿;价值引领

[基金项目] 2021年度郑州轻工业大学第十三批教学改革与研究项目“诺贝尔物理学奖融入大学物理的探究式教学研究”（郑轻大〔2021〕1号）;2021年度教育部大学物理教学指导委员会高等学校教学研究项目“工科类院校‘大学物理’一流课程建设探索与实践”（DWJZW202131zn）;2021年度河南省研究生教育改革与质量提升工程项目“2021年河南省专业学位研究生精品教学案例”（HNYJS2021AL027）

[作者简介] 陈 靖（1980—），女，河南商丘人，硕士，郑州轻工业大学物理与电子工程学院副教授，主要从事大学物理教学和凝聚态物理研究;代海洋（1982—），男，河南睢县人，博士，郑州轻工业大学物理与电子工程学院副教授，主要从事功能材料教学和材料电磁性能研究;刘德伟（1979—），男，河南濮阳人，博士，郑州轻工业大学物理与电子工程学院副教授，副院长，主要从事光电材料教学和材料物理研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）11-0181-04 [收稿日期] 2021-07-30

物理学于19世纪建立了系统的经典物理框架，于20世纪上半叶建立起相对论、量子力学、量子场论等现代物理理论。近现代的100年间，物理学依然显示出勃勃生机，在理论和工程技术领域均有重大发现和突破，引力波、钙钛矿电池、石墨烯、拓扑绝缘体、量子通信等研究成果在全球范围内掀起了巨大波澜。物理学科因科技发展而细分，又与其他学科大规模地融合产生了众多新生分支学科、交叉学科和技术学科，所以物理学科作为一门基础学科，是其他相关学科发展的基石，更是高新技术开发和创新的土壤。

2016年6月，习近平总书记在“科技三会”上的讲话中指出“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼，要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。”2018年3月在学校思想政治理论课教师座谈会上习近平总书记强调：“要坚持显性教育和隐性教育相统一，挖掘其他课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育人[1]。”结合上述讲话精神，将科技前沿引入大学物理课堂，既可以推进科学普及，又可以提升学生对所学知识的认同感，把大学物理课堂打造的更有溫度、深度和广度，为培养创新型人才打下了基础。

一、科技前沿引入物理思想政治课堂的意义和现状

根据高等学校课程思政建设指导纲要中对公共基础课程的要求，“大学物理”课程作为理工科院校一门重要的通识性必修课程，肩负着提高大学生的科学精神和认知能力，并在潜移默化中坚定学生的理想信念，厚植爱国主义情怀。其中科学精神的培养是“大学物理”课程思政的主要目的之一[2]。首先，物理学作为自然科学的基础，概括了更多的科学思维方式和科学研究方法，对实事求是的科学精神的传播及科技引领有着重要的基础性贡献，为科学素养的培养提供了丰富的教育资源，这是大学物理开展思想政治教育的优势。其次，物理学有深邃厚重的历史底蕴，物理规律背后隐藏着深厚的人文情怀和丰富的人文价值，人文元素的引入有助于学生情感目标的培养[3]。最后，物理学对物质世界的探索遵循“观察—提出假设—逻辑推导—实验验证—反复验证”的规律，符合马克思主义世界观和辩证唯物主义价值观，有利于学生哲学思想的培养[4]。

为了杜绝课程教学与思想政治教育、教书与育人“两张皮”的现象，让课程思政在育人方面达到润物无声的效果，必须有好的课堂设计。强制性的灌输、毫无热情地被动式求学过程难以使学生获得受益终生的知识，调动学生对所学课程的兴趣，进而激发学习内动力，这正是探究式教学方法的核心。在介绍教材相关理论发展线索时，引导学生了解物理科学发展现状，适当地引入某些物理定律相关的最新科研成果，这是进行探究式教学的较为有效的手段。

二、科技前沿引入物理课程思政的效果

（一）引入科技前沿以实现情感认同

大部分非物理专业的学生对物理缺乏专业认同感。大学物理学本身具有理论性强、内容抽象、公式繁多等特点，对学生的高等数学和基础物理知识有一定的要求;物理基础薄弱，考研和就业压力使学生把更多的精力放在相关专业课的学习上，这些因素都严重影响了学习大学物理的积极性。同时，大学物理教材内容更新速度落后于科学技术的飞速发展，内容与时代发展的脱节让学生难以对其科学精神产生情感共鸣，不利于培养学生的科学素养和科学研究能力。

我们从本校工科类专业两个班抽样共200名本科生进行调查，如图1所示，绝大部分学生倾向于在“大学物理”课程思政中引入科技前沿成果，其中一个班级中持有此观点的学生达到93%，表明学生对于大学物理中引入科技前沿知识的认同和渴望。前沿物理站在社会发展的前端，用发展的眼光和新的高度去审视基础的东西。前沿物理不仅可以开阔学生的眼界，提高学习兴趣，而且能为学生进一步学习前沿知识作铺垫。

为了获得更多的情感认同，可以选择与社会热点相关的科技前沿，用讲故事的方式，把课本中枯燥的定理定律和烦琐的物理公式，用贴近生活的实例引入，以增加知识的带入感。比如，在讲到光学仪器分辨本领时，以阿雷西博射电望远镜崩塌的事件为切入点。2020年12月2日，由于缺乏美国国家科学基金会的持续经济资助，阿雷西博射电望远镜上方900吨的接收器坠落，以悲壮的方式紧紧拥抱了在其下方的球形镜面。直径350米的阿雷西博曾经是地球上最大的“天眼”，它在57年的光辉岁月中，为人类天文学做出了卓越的贡献。通过它的观测数据，科学家计算出水星的自转周期是59天，证实了中子星的存在，检测到第一个毫秒脉冲星。失去阿雷西博，人类就缺失了观察宇宙的眼睛，所以我国的“天眼”担当起了此重任。现在，我国拥有了直径500米的世界最大射电望远镜“中国天眼”（FAST），更大的直径使它拥有更高的分辨本领，它将在寻找暗物质、暗能量方面为人类做出更大的贡献。在测试和早期科学运行期间，FAST已开始进行天文发现，尤其是各种脉冲星，包括毫秒脉冲星、双星等。现今多个国家的顶尖科研团队正在开展FAST有关的天文学研究。可以自豪地说，这一技术在未来20多年的时间里将一直处于世界领先水平，这体现了中国在基础科研领域的突破，大国需要重器，只有国力强大，才可以为人类发展做出更长远的贡献，以此树立学生的民族自豪感，以及对物理的情感认同。

在讲解电磁学内容时，可以从现在流行的跑步软件作为切入点，测量运动轨迹的精确度非常高，这取决于卫星定位系统的精确度，世界上现有的三个成熟的卫星定位系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和中国的北斗。为了避免受制于人，介绍我国北斗导航系统建设的必要性，让学生明白科技兴国的重要性，增強学生的责任感和使命感。对于某些我国处于领先地位的科技，定会让学生深感自豪，国家荣誉感油然而生，而对于某些我国处于劣势的科技，比如芯片、光刻机等技术的落后，通过剖析科技层面的差距和不足，鼓励学生努力学习、奋起直追、迎头赶上，让“科技强国、创新兴邦”的理念在这种春风化雨的科技氛围中根植于学生心中。

（二）引入科技前沿以实现价值引领

价值引领是教育的一个重要培养目标，也是思想政治教育效果评价的重要标准。教师应肩负育人职责，注重在价值传播中凝聚知识底蕴，在知识传播中强调价值引领。价值观决定学生的自我认识，它直接影响和决定学生的理想、信念、生活目标和职业追求。随着现代信息渠道的多元化，学生价值观念也出现了多元化，其独立意识、民主意识、自我意识不断增强，这些都给思想政治教育带来了挑战。课程思政可以从学生关心的问题出发，使得知识传授和价值引领产生同频共振。例如，以诺贝尔物理学奖为例，2017年诺贝尔物理学奖授予引力波探测计划的三位关键科学家，奖励他们在“LIGO探测器、引力波探测方面的决定性贡献”。通过数代物理学家坚持不懈的努力，在广义相对论发表百年后，人类终于直接验证了爱因斯坦的广义相对论的正确性，也为了解双黑洞系统的成因提供了线索，结果有助于对宇宙起源的理解。其中，引力波探测仪L1GO的核心部分正是大学物理中介绍的迈克尔逊干涉仪。迈克尔逊干涉仪是光学领域里最常见的干涉仪，是近代物理学的重要实验仪器之一。不但可以用来测定微小长度、折射率和光波波长，还是傅立叶光谱仪等现代光学仪器的重要组成部分。历史上，迈克尔逊以及随后多人利用该干涉仪测试条纹移动，用以寻找绝对参考系以太的存在，历时50年之久，最终实验的零结果暴露了以太理论的缺陷，爱因斯坦在迈克尔逊和莫雷实验的基础上建立了著名的狭义相对论。迈克尔逊虽然因此获得1907年诺贝尔物理学奖，但他始终保持谨慎、勤奋的态度，在1926年又精确地测出了光的速度。与迈克尔逊干涉仪相关的每一项重大发现，都是科学精神的集中表现：以定性分析和定量分析作为科学认识的方法，用实践来检验科学认识的真理性，并作为认识发展的动力;主张科学的自由探索，科学是不断发展的开放体系，不承认终极真理;提倡怀疑、批判、不断创新进取的精神。对比部分学术造假事件产生的不良影响和后果，使学生领悟到“心有所信，方能行远”的含义，在未来的职业道路和学术道路上更加坚定自己的政治方向，更加积极致力于中国的社会主义建设事业，践行爱国、敬业、诚信、友善的社会主义核心价值观。

（三）引入科技前沿以提升创新能力

以学生关注的科技前沿问题为主线，通过向学生介绍科技前沿成果获得的物理逻辑，引导学生按照科学家的思维方式开发自己的创新思维，总结传承与创新探索相统一，为培养大学生创新能力奠定基础。例如在能源和环境问题日益严重的背景下，现阶段哪些绿色能源有望代替传统能源、哪些新型材料有望实现节能减排呢？以2020年12月中国环流器二号M装置（HL-2M）正式建成并实现首次放电为例，这是继中科院核聚变装置EAST之后，我国自主研发的第二个全超导托卡马克装置，这是中国的骄傲！为什么要建造这样的实验装置呢？目的是模仿太阳上所发生的氢核聚变，通过制造“人造太阳”获得源源不断的清洁能源。产生轻核聚变的条件是什么呢？又怎么实现的呢？通过这些问题的深入探究，逐渐清晰了托卡马克装置的基本原理是利用电磁场实现对等离子体的约束和加速，最终在超高温条件下实现短暂核聚变。但是要达到工业化生产的标准，还有哪些困难要逐步解决呢？通过一系列问题的提出，既加深了学生对物理课程的理解，又锻炼了学生的创新意识。讲到热机效率时，发现热机效率大多低于50%，剩余的没有转化为功的热量怎样利用才可以更有效地保护环境呢？由此提到热电材料的发展，它可将热量直接转换为电能而不产生碳排放，如外太空环境下的放射性同位素热电发电器（RTG）等。柔性可穿戴热电器件（WTEG）也是当下的研究热点，《Nature Communications》在2020年刊登了东华大学江莞教授的成果，其巧妙利用弯曲纤维弹性力关系实现了热电模块自支撑，构筑了三维可拉伸热电织物。通过了解以上清洁能源的开发过程，能够有效地激励学生的学习内动力，培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感，激发他们科学研究的激情，锻炼学生的创新、协作、动手和研究能力。

三、科技前沿的引入对教师的要求

做好大学物理课程思政，利用探究式教学模式把科技前沿引入课堂，教师首先要做到科研与教学并重、个人与团队结合，建设多学科交叉的创新型教学团队，充分了解物理学科的发展前沿和最新研究进展。教师要做到理论与调查相结合、线上与线下相结合，深度挖掘蕴含于课程内容中的显性和隐性思政点，使思想政治映射点有机渗透于课程体系且两者相得益彰，最终实现“大学物理”课程与思想政治两者同向而行、同频共振。思想政治教育的评价体系相对复杂，不可急功近利，通过一门课甚至一节课很难立竿见影地达到价值塑造的目的，长期的正确引导才能实现厚积薄发。只要用心设计课程思政教学环节，就会收到良好的育人效果。

参考文献

[1]习近平.把思想政治工作贯穿教育教学全过程 开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报，2016-12-09（1）.

[2]教育部关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知：教高〔2020〕3号[A/OL].（2020-05-28）[2021-07-21].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[3]倪涌舟，郭中富.大學物理课程融入人文思政教育的探索[J].教育教学论坛，2020（35）：2.

[4]王小力.大学物理课程思政研究与实践[J].中国大学教学，2020（10）：54-57.

Exploration on the Education Role of the Frontiers of Science and Technology in the Ideological and Political Education in College Physics

CHEN Jing， DAI Hai-yang， LIU De-wei

（College of Physics and Electronic Engineering， Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou， Henan 450002， China）

Abstract： Timely delivery of relevant major scientific and technological achievements in the classroom can imperceptibly obtain students’ emotional recognition and play the role of value guidance and improving students’ innovation ability. In the process of scientific and technological development， scientific popularization and scientific and technological innovation have the same important position. Introducing the frontier of science and technology into the course of College Physics is an effective way to promote scientific popularization. This paper lists some practical cases and discusses the requirements for teachers to introduce science and technology into the classroom. Teachers’ insistence on deep learning and teamwork can make the cutting-edge of science and technology organically penetrate into the curriculum system， and finally complement ideological and political education， so as to realize the same direction and frequency resonance between College Physics and ideological and political education.

Key words： curriculum ideological and political education; College Physics; frontiers of science and technology; value guidance