VR技术在物理学史课程思政教学中的实践研究*

舒春花 李嵩松 何科荣 姜迪友 罗声平

1 南昌师范学院物理与电子信息学院 南昌 330032 2 南昌航空大学测试与光电工程学院 南昌 330063

0 引言

课程思政是落实立德树人根本任务的重要途径之一，党和政府高度重视课程思政。习近平总书记在2016年全国高校思想政治工作会议、2018年全国教育大会、2019年学校思想政治理论课教师座谈会上均强调了课程思政的重要性。2020年5月，教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》[1]也明确提出“专业课程是课程思政建设的基本载体，要深入梳理专业课教学内容，结合不同课程特点、思维方法和价值理念，深入挖掘课程思政元素，有机融入课程教学，达到润物无声的育人效果”[2]。课程思政目标的达成关键在教师，重点在学生，难点在方法。

物理学史是物理学专业本科生的一门专业基础课，其主要教学内容包括古代物理学、西方古代及中世纪的物理学、资本主义萌芽时期的科学革命--建立日心说的斗争、从伽利略到牛顿--经典力学的建立、力学的进一步发展、光学的发展、电磁学的发展、热力学发展史概述、世纪之交的三大发现和物理学革命、量子理论的产生和发展和相对论的建立等。物理学史是物理学和自然科学、人文科学、社会科学、思维科学交叉渗透的综合学科。物理学史中蕴含着大量的思政元素，易于融合学科内容与思政内容，在知识传授和能力培养中实现价值塑造，在潜移默化中达成思想政治教育的目的。

目前国内对课程思政的教学改革研究和实践探索取得了大量的优秀成果，但是物理学史课程思政的实践探索研究却较为有限。检索中国知网可以发现：截至2022年7月15日，关于物理学史课程思政的研究论文仅有9 篇。其主要原因之一就是重要的物理问题争论和高危险性物理实验难以通过简单的课程教学达到课程思政的教学目标。

VR 是Virtual Reality（虚拟现实）的英文缩写，能够使体验者沉浸在360 度全景画面里，从而产生身临其境的感受和体验，广泛地应用在教育培训、高端制造、娱乐、购物、展览等领域。2018年10月19日，世界VR 产业大会在南昌盛大开幕之时，习近平总书记发来贺信指出：“新一轮科技革命和产业变革正在蓬勃发展，虚拟现实技术逐步走向成熟，拓展了人类感知能力，改变了产品形态和服务模式”。VR 对人类带来的改变是巨大的，对推动经济发展是显著的，VR 产业在党中央、江西省委省政府的关心和支持下不断发展壮大，成为了江西省的一面产业旗帜，广泛应用于旅游、金融、教育等各行各业，发展有目共睹。2019年2月23日，中共中央、国务院印发的《中国教育现代化2035》里明确指出：“到2035年，总体实现教育现代化，迈入教育强国行列”，“实现优质均衡的义务教育”，同时文件的十大战略任务第二点“发展中国特色世界先进水平的优质教育”中明确提出“充分利用现代信息技术，丰富并创新课程形式”。VR 与教育有天然的结合点，尤其在第二课堂领域，VR 提供的教学场景能使学生很快地沉浸于教学内容，帮助学生建立复杂的空间结构，理解抽象的原理，受到广大师生的欢迎。

本文探讨将虚拟现实（VR）技术[3-4]应用于物理学史课程思政教学实践[5]，采用计算机技术生成逼真的视、听、触觉一体化的物理问题争论的虚拟环境和高危险性物理实验场景，以解决物理学史课程思政教学中存在的难点问题。通过以信息技术丰富教学手段，激发学生学习物理学史的热情和动力、提高学生成绩、引导学生树立正确的三观，为中国特色社会主义事业培养合格建设者和可靠接班人[6]。

1 物理学史课程思政教学目标

物理学史课程思政教学目标及思政育人目标为以下两方面。

1.1 课程教学目标

通过课程教学，使学生知晓物理学发展过程中的每一个基本概念、基本定律和基本理论都有其萌芽、形成和发展演变的曲折历程，加深对物理概念和理论的深刻理解；使学生了解物理学发展的历程，了解物理学的进展，了解许多重大物理发现中物理学家的探索过程等，从而在潜移默化中使学生树立辩证唯物主义和历史唯物主义的观点，掌握科学的认识论和方法论，培养学生的思辨能力、批判性思维和分析、解决问题的能力、沟通表达能力和团队协作能力。

1.2 思政育人目标

通过梳理和调整教学内容、激活课程思政元素，把思想政治教育导向与物理课程的知识、技能传授有机融合，将课程思政元素以润物无声的形式融入课堂教学，将“知识传授”“能力培养”和“价值引领”有机地结合起来，引导学生将个人发展与国家、民族的命运结合起来，投身于社会进步的历史洪流，成为社会主义事业的合格接班人。

1）通过学习著名物理学家的人物事迹，培养学生对优秀中华传统文化的自豪感、使命感、责任感、爱国精神、奋斗精神。

2）通过课外观看老旧仪器和开展讨论，培养学生实事求是的科学态度、团队协作精神和不畏权威的创新勇气。

3）通过VR 复现危险性高的物理实验，培养学生的奋斗精神、开拓创新精神、大国工匠精神。

2 物理学史课程思政教学模式

本课程根据课程内容分别采用线上与线下相结合、讲授与研讨相结合、课内与课外相结合、现实与虚拟相结合的教学模式，服务于课程思政教学目标和思政育人目标。

2.1 线上与线下相结合

对于一些相对容易理解的教学内容，教师在线上布置学习任务，学生自主观看中国大学MOOC 网的教学视频，并在雨课堂完成测试题。教师根据测试情况在线下与学生进行交流、讨论，及时了解、追踪学生的学习状态和思想精神状态。

2.2 讲授与研讨相结合

对于思政元素较多的教学内容，课堂讲授时，教师可采用互动式、提问式的教学方法，引导学生自主挖掘和运用课程思政元素。此外，还要安排学生进行小组讨论，针对思政元素和思政内容精心设计研讨环节和小组任务。让学生通过小组讨论的方式梳理科学家的成就、科学素养及人文精神，将课程思政落到实处。

2.3 课内与课外相结合

实验仪器的发展史是物理学史的重要组成部分之一。除了课堂介绍相关的物理实验仪器，还要求学生按自由组合进行分组，利用课余时间参观学院的老旧物理实验仪器、查阅相关的资料、挖掘其中的思政元素，并在全班作PPT 汇报。通过课内与课外相结合，培养学生实事求是的科学态度、团队协作精神和不畏权威的创新勇气。

2.4 现实与虚拟相结合

物理学史课程中的实验大多在以前的实验中做过，但也有少量危险性高的物理实验。对于这些高危险性物理实验的学习，则利用VR技术，采用情境模拟教学法等教学法，使学生获得身临其境的感受，加深对教学内容的记忆和理解，培养学生的艰苦奋斗精神、开拓创新精神、大国工匠精神。

3 物理学史课程思政教学实践

物理学史是物理学专业的一门重要课程，蕴含大量思政元素，易于融合学科内容与思政内容，在知识传授和能力培养中实现价值塑造，在潜移默化中达成思想政治教育的目的[1]。但是物理学史进行课程思政教学也存在两个难点：一是某些枯燥的物理问题的争论蕴含了大量实事求是的科学态度和不畏权威的创新勇气等思政元素，如何将这些思政元素通过现代教育技术融入物理学史的专业教学中，易于学生理解、接受。二是某些高危险性物理实验难以复现。尽管这些实验蕴含着开拓创新精神、大国工匠精神等思政元素，但是由于其高危险性难以复现。VR技术能够使体验者沉浸在360 度全景画面里，从而产生身临其境的感受和体验，广泛地应用在高危险、高成本、高频变、不可逆、不可触、不可及、不可述等现场，如教育培训、高端制造、娱乐、购物、展览等领域。因此，利用VR技术在一定程度上有望解决物理学史课程思政教学存在的两个难点，其教学改革实践流程详见图1。

图1 物理学史教学改革实践流程图

3.1 教学实践方案

依据物理学专业人才培养目标和物理学史专业基础课程的学科专业特点，深入挖掘物理学史课程蕴含的丰富的思想政治教育元素和内容，找准课程思政切入点，梳理和调整教学内容，采取“以史联知、以史激趣、以史育德、以史明志、以史增信”的形式，将课程思政元素融入物理学史的教学内容中[7]。采取“自主开发+广泛获取”相结合的方式，完成物理学史思政课程VR 课件的制作，并根据物理学史课程及其各章节特点来选择合适的、多元的课程思政的教学方法。将课程思政元素以润物无声的形式融入课堂教学，实现“知识传授、能力培养”和“价值引领”双目标。物理学史课程思政教学实践方案可以分成以下三个有机部分。

3.1.1 深入挖掘物理学史中的课程思政元素

从物理学科与专业的形成背景、发展历程、现实状况和未来趋势等方面切入，可以将物理学史的课程思政元素分为三类。

1）通过学习著名物理学家的人物事迹，挖掘蕴含的自豪感、使命感、责任感、爱国精神、奋斗精神等思政元素。

2）通过讨论一些重要的物理问题争论，挖掘蕴含的实事求是的科学态度和不畏权威的创新勇气等思政元素。

3）通过VR 复现危险性高的物理实验，挖掘蕴含的奋斗精神、开拓创新精神、大国工匠精神等思政元素。

将物理学史中蕴含的课程思政元素分门别类，再在此基础上拟定教学大纲、教案讲义是进行物理学史课程思政教学的重要一步。第二步就是根据这些课程思政元素制作物理学史的课程思政VR课件，丰富VR 教学资源库。

3.1.2 建设课程思政的VR 教学资源库

在深入挖掘物理学史中的课程思政元素的基础上，将这些课程思政元素分成三大类，采取“自主开发+广泛获取”相结合的方式，完成物理学史课程思政VR 课件的制作、建设物理学史课程思政的VR 教学资源库。VR 课件的自主开发可以将收集的教学资源，利用建模软件3DMax 构建情境中的三维模型，再将构建好的模型导入到虚拟现实引擎Unity3D 中，根据教学设计为模型添加行为和交互，完成虚拟现实模块的制作，最后，输出场景文件，完成场景发布，生成VR 课件资源[8]。通过自主开发和广泛获取相结合的方式，可以逐步完善物理学史的课程思政的VR 教学资源库的建设。

3.1.3 探究融合VR技术的新的教学方式

利用VR 教学资源库进行物理学史的课程思政教学实践，主要包括下面两方面的内容。

1）调整课程内容。在深入挖掘课程思政元素的同时，调整现有的课程内容，减少以前教学中的数学推导和难度较大的占比，加大对科学家在探究科学问题过程中所必需的科学方法、科学精神和科学素养等方面的分析和探讨的比重，使课程思政与本课程专业课堂内容融为一体，再潜移默化地渗透育人元素。

2）开展形式多样的课程组织实施方式。根据物理学史课程各章节特点及“能实不虚”的原则，选择合适的、多元的课程思政的教学方法。对于著名物理学家的人物事迹等能使用传统的文字、图形、音视频等形式达到良好教学效果的思政元素仍采用案例教学法、讨论式教学法等教学法学习，培养学生的使命感、责任感、爱国精神、奋斗精神；对于需要使用沉浸式教学形式才能达到良好教学效果的思政元素如一些重要的物理问题争论，则采用讨论式教学法、结合VR 课件讲解，培养学生实事求是的科学态度和不畏权威的创新勇气；对于危险性高的物理实验的学习，则利用VR技术，采用情境模拟教学法等教学法，使学生获得身临其境的感受，加深对教学内容的记忆和理解，培养学生的艰苦奋斗精神、开拓创新精神、大国工匠精神。在培养学生的物理学职业素养和技能的同时，还使学生养成敢创新、善创新的习惯和能力，树立正确的三观，成为中国特色社会主义事业的合格建设者和可靠接班人[6,9]。

3.2 需要解决的关键问题

利用VR技术进行物理学史课程思政教学实践是一次复杂而烦琐的教学改革，需要解决大量的实践问题，其中需要解决的关键问题主要有以下三个方面。

1）如何实现以“以史联知、以史激趣、以史育德、以史明志、以史增信”的形式将课程思政元素融入物理学史的教学内容中。

2）如何制作高质量的物理学史VR 课件。制作高质量的VR 课件需要大量的人力、物力资源，因此，需要采取“自主开发+广泛获取”相结合的方式，完成物理学史思政课程VR 课件的制作、建设物理学史的思政课程的VR 教学资源库。

3）如何利用VR 开展物理学史的课程思政教学，激发学生的学习热情，提升学生的思政素质、提高学生的学习效果。实现“知识传授、能力培养”和“价值引领”双目标[2]。

4 结束语

本文探讨了如何将VR技术应用于物理学史课程思政教学实践，主要解决物理学史课程思政教学实践中存在的两个难点问题，即重要的物理问题争论和高危险性物理实验难以通过简单的课程教学达到课程思政的教学目标。

由于VR应用于课程思政教学还处于起步阶段，其应用范围仍然不广，但是，可以想见，随着VR技术的发展，VR技术在课程思政教学实践中的应用将越来越广泛。