吳濤 劉陽 王世芳

摘? 要：物理學(xué)史融入“大學(xué)物理”課程進(jìn)行教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、促進(jìn)課程思政建設(shè)有著不可替代的地位。文章從引入物理學(xué)史輔助“大學(xué)物理”課程教學(xué)與思政的重要性、方法與途徑、教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例與思路三個(gè)方面進(jìn)行了論述，教學(xué)實(shí)踐表明，在大學(xué)物理教學(xué)中適當(dāng)?shù)亍⑦x擇性地融入物理學(xué)史，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與思想政治素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理;物理學(xué)史;課程思政;科學(xué)素養(yǎng)

中圖分類號：G641? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2021）40-0097-03

“大學(xué)物理”作為一門通識(shí)性課程，是普通高校理工科學(xué)生重要的、傳統(tǒng)的必修公共基礎(chǔ)課，在大學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)中具有重要地位，擔(dān)負(fù)著新時(shí)代合格人才培養(yǎng)的重要任務(wù)。在現(xiàn)代信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下，各高等院校根據(jù)本校的具體實(shí)際情況進(jìn)行了大量的大學(xué)物理教學(xué)模式的探索與改革^[1-5]，對貫徹執(zhí)行教育部全面提升本科教育教學(xué)水平，“以生為本”和“四個(gè)回歸”重要指示提供了重要支撐。黨的十八大以來，黨中央高度重視高校思想政治教育工作，在非物理類的理工科專業(yè)的大學(xué)物理課程中有機(jī)地引入物理學(xué)史的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，是開展課程思政的重要抓手，對培養(yǎng)學(xué)生愛國主義情懷和科學(xué)素養(yǎng)具有重要作用。

一、引入物理學(xué)史輔助“大學(xué)物理”課程教學(xué)與思政的重要性

（一）物理學(xué)史激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，輔助物理概念的理解

興趣是最好的老師，學(xué)生良好的自覺性和積極主動(dòng)性源自興趣和自身的內(nèi)驅(qū)力。學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣不僅源于對各種物理現(xiàn)象的好奇和探索未知領(lǐng)域的期待，物理學(xué)史的引入也是一種引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效手段。首先，教師可以從物理學(xué)人物著手介紹物理學(xué)史，例如在講授牛頓力學(xué)時(shí)，可以對物理學(xué)史上公認(rèn)的神級人物的傳奇一生進(jìn)行介紹;講授電磁學(xué)時(shí)可以對電磁理論的集大成者麥克斯韋進(jìn)行介紹;講授相對論時(shí)則可以引入愛因斯坦的傳奇經(jīng)歷;講授量子力學(xué)時(shí)，可以重點(diǎn)介紹的物理學(xué)人物就更多了，如薛定諤、泡利、狄拉克等。這些人物可講的事例很多，教師應(yīng)盡可能精心地挑選具有代表性和傳奇性的經(jīng)歷進(jìn)行介紹，這樣可以較快地激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，集中學(xué)生注意力。物理學(xué)概念多、公式多、內(nèi)容抽象，在教學(xué)中教師可以通過挖掘物理概念和公式背后的故事，使學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的內(nèi)涵和外延有更加深入的理解，例如講授光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)的公式時(shí)，可以介紹現(xiàn)代射電望遠(yuǎn)，如貴州的中國天眼口徑大小，可以把天眼想象成一口大鍋裝上茅臺(tái)酒，夠全世界每人喝四斤，這種類比介紹可讓學(xué)生印象深刻。物理學(xué)史是一個(gè)巨大的寶庫，需要充分挖掘相關(guān)內(nèi)容以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生升華所學(xué)物理知識(shí)。

（二）物理學(xué)史培養(yǎng)愛國主義情懷和科學(xué)探索精神

中國在古典物理學(xué)和古代科學(xué)技術(shù)方面曾經(jīng)領(lǐng)先世界長達(dá)幾個(gè)世紀(jì)，如《墨經(jīng)》《論衡》《莊子》《夢溪筆談》等古籍充滿自然科學(xué)知識(shí)和思維規(guī)律的研究，四大發(fā)明聞名于世。在教學(xué)中通過對中國古代物理學(xué)史料的講述，能夠增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和自信心，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。近代物理誕生在西方，有非常古老和深刻的原因，而從近代中國物理學(xué)人一代代奮斗與拼搏的歷史，從早期的格物致理到后來科技興國，從一窮二白基礎(chǔ)上的積累與追趕，到新時(shí)代的偉大復(fù)興與中國夢，無不彰顯中國物理學(xué)人的奉獻(xiàn)與擔(dān)當(dāng)。教學(xué)中，教師可以講述中國杰出物理學(xué)家的偉大事跡，學(xué)習(xí)老一輩物理學(xué)家為國為民的愛國情懷與培養(yǎng)后輩的無私奉獻(xiàn)精神，從而堅(jiān)定學(xué)生科技報(bào)國的理想信念。在物理學(xué)史的長河中，許多科學(xué)家為尋求真理百折不撓，甚至獻(xiàn)出了生命。很多科學(xué)家的名字如雷貫耳，如伽利略、愛迪生、諾貝爾、居里夫人、法拉第等，他們頑強(qiáng)的意志與科學(xué)探索精神是課程思政的永恒內(nèi)容。

（三）物理學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

物理學(xué)的發(fā)展歷程可以說是物理基本觀念的演變歷史，而物理觀念的演變是建立在非常規(guī)邏輯思考上的。物理學(xué)史為學(xué)生提供了一套獨(dú)辟蹊徑、開展非常規(guī)思維邏輯培養(yǎng)的有效途徑。通過對一些突破常規(guī)思維、不走常規(guī)路的物理觀念的演變歷史的介紹，學(xué)生可在大學(xué)物理的教學(xué)中樹立創(chuàng)造性思維的思想，培養(yǎng)判斷力、洞察力和想象力。例如，洛倫茲實(shí)際上早于愛因斯坦提出洛倫茲變換公式，但是洛倫茲缺乏非常規(guī)、非邏輯想象力，太拘泥和糾纏于已有的概念，無法突破觀念上的障礙。但是，愛因斯坦卻能夠另辟蹊徑，提出了對時(shí)空觀念的重新認(rèn)識(shí)，建立了狹義相對論。通過物理學(xué)史上愛因斯坦和洛倫茲對待同一個(gè)公式理解的對比，培養(yǎng)學(xué)生的非常規(guī)思維能力和創(chuàng)新精神。還有伽利略質(zhì)疑亞里士多德的“力是物理產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原因”的觀點(diǎn)，從而建立起正確的力和運(yùn)動(dòng)之間關(guān)系的觀點(diǎn)，成為現(xiàn)代物理學(xué)之父。物理學(xué)史料蘊(yùn)含著非常多的創(chuàng)新教育素材，教師可通過挖掘相關(guān)史料，引導(dǎo)大學(xué)生產(chǎn)生創(chuàng)新的動(dòng)機(jī)，樹立創(chuàng)新目標(biāo)，并發(fā)揮自身的創(chuàng)新潛力。

二、物理學(xué)史與“大學(xué)物理”課程思政融合的方法和途徑

（一）物理學(xué)史資料收集與制作

物理學(xué)史資料可以說浩如煙海，需要平時(shí)的大量積累和收集，需要的時(shí)候才能信手拈來，應(yīng)用起來得心應(yīng)手。“大學(xué)物理”課程內(nèi)容包含力、熱、光、電和近代物理幾大模塊。教師可按照各個(gè)模塊來搜集相關(guān)物理學(xué)史資料，選擇重點(diǎn)收集國內(nèi)近代物理學(xué)家的視頻和文字資料，這些資料可能來自網(wǎng)站介紹、期刊論文和新聞報(bào)道等，通過對人物和事跡的介紹，對學(xué)生進(jìn)行愛國主義教育，如吳有訓(xùn)、錢學(xué)森、吳健雄、楊振寧等。此外，還要注重收集中國現(xiàn)代科技發(fā)展的相關(guān)資料，特別是一些大科學(xué)裝置，例如天眼、上海同步回旋加速器、蘭州重離子加速器、東莞散裂中子源等等，在大學(xué)物理教學(xué)中引入這些現(xiàn)代科技與中國的大科學(xué)裝置，可以建立學(xué)生大國自豪感和民族自豪感，從而進(jìn)行愛國主義熏陶。此外，一些物理學(xué)史上重大發(fā)現(xiàn)和著名爭論的史料也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要素材，通過這些重大發(fā)現(xiàn)和爭論的背后故事，不僅能吸引學(xué)生的興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生追求真理、培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)的精神與品質(zhì)。

（二）物理學(xué)史資料推送共享

隨著現(xiàn)代信息與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種互聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備和手段已經(jīng)深度融入大學(xué)校園，如慕課、手機(jī)QQ、微信、各種教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用程序等等。教師應(yīng)充分利用這些第二課堂，通過此類互聯(lián)網(wǎng)手段提供的時(shí)空便利開展教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)線上線下的優(yōu)勢互補(bǔ)。教師在教學(xué)中可以借助微信公眾號、博客、在線教學(xué)平臺(tái)等共享物理學(xué)史料，將物理學(xué)史有機(jī)融入大學(xué)物理的教學(xué)中。鑒于微信幾乎是每個(gè)大學(xué)生經(jīng)常使用的手機(jī)應(yīng)用軟件，在教學(xué)實(shí)踐中，教師可通過微信公眾號向?qū)W生實(shí)時(shí)推送相關(guān)自制物理學(xué)史料，便于學(xué)生隨時(shí)隨地查看和學(xué)習(xí)。同時(shí)還利用公眾號的外部鏈接功能，篩選網(wǎng)絡(luò)上優(yōu)秀的物理學(xué)史文章和視頻，分享給學(xué)生，配合物理學(xué)史融入大學(xué)物理教學(xué)的實(shí)踐探索。

（三）授課過程中穿插物理學(xué)史料

課堂上穿插物理學(xué)史料，需要對不同的章節(jié)精心設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確掌握時(shí)間節(jié)點(diǎn)和時(shí)機(jī)，真正起到活躍課堂氛圍，感染學(xué)生樹立愛國主義情懷和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的效果?！按髮W(xué)物理”課堂上這樣的案例有很多，比如教師在講到帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)部分的時(shí)候，國際上有很多大科學(xué)裝置大顯神威，例如歐洲的強(qiáng)子對撞機(jī)，發(fā)現(xiàn)了黑格斯粒子，解釋了質(zhì)量的起源，對人類認(rèn)識(shí)宇宙起到了巨大的推動(dòng)作用。我國也有北京正負(fù)電子對撞機(jī)、上海同步輻射光源和重離子加速器等國之重器，在國際上也占有重要地位，通過介紹這些大科學(xué)裝置，實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)，由此激發(fā)學(xué)生探索未知的興趣，并認(rèn)識(shí)到當(dāng)今中國是為數(shù)不多的擁有這些大科學(xué)裝置的國家，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和自信心。在講解狹義相對論的時(shí)候，對于愛因斯坦質(zhì)能方程的應(yīng)用，教師可引入我國老一輩“兩彈一星”科學(xué)家的艱苦奮斗歷史，讓學(xué)生真正認(rèn)識(shí)到“兩彈一星”的豐功偉業(yè)，學(xué)習(xí)他們敢于戰(zhàn)勝一切艱難險(xiǎn)阻，勇攀科技高峰的精神。

（四）課后學(xué)生撰寫小論文

物理學(xué)史是人類在物理學(xué)領(lǐng)域認(rèn)識(shí)自然、改造自然，獲取知識(shí)的歷史紀(jì)錄。物理學(xué)史也是物理問題的解決史，在教學(xué)中要讓學(xué)生融入探索、解決問題的氛圍之中。小論文寫作是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)開展創(chuàng)造性思維和能力訓(xùn)練的教學(xué)過程，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生較為靈活和自由地進(jìn)行調(diào)研，創(chuàng)造性地開展總結(jié)工作。在“大學(xué)物理”課程期末的時(shí)候，要求學(xué)生結(jié)合自己的專業(yè)，對感興趣的內(nèi)容查閱物理史料，完成一篇關(guān)于物理學(xué)史的小論文，并計(jì)入平時(shí)成績。學(xué)生通過小論文的撰寫，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)物理的興趣，開闊了科學(xué)探究的視野，體會(huì)到了物理學(xué)家追求真理的品質(zhì)和探索未知的科學(xué)精神。

三、融合物理學(xué)史“大學(xué)物理”課堂教學(xué)與思政的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

在“大學(xué)物理”課程教學(xué)中融入物理學(xué)史的教學(xué)重在一個(gè)“融”字，要采取固定性和靈活性相結(jié)合的方法，固定性是指在每一個(gè)教學(xué)節(jié)點(diǎn)融入課堂的物理學(xué)史內(nèi)容要相對固定，但在實(shí)際講授中還應(yīng)根據(jù)學(xué)生的課堂反饋靈活調(diào)整，例如在學(xué)生比較困乏的時(shí)候就可以適當(dāng)加入相關(guān)內(nèi)容，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在某個(gè)重要物理概念的講授時(shí)，當(dāng)學(xué)生覺得比較抽象和難以理解的時(shí)候，可以適當(dāng)加入物理史料，幫助學(xué)生理解和掌握相關(guān)概念。

教學(xué)設(shè)計(jì)思路如下：首先，教師要進(jìn)行學(xué)情分析，準(zhǔn)備好教學(xué)資料，調(diào)查學(xué)生對哪些物理學(xué)史料會(huì)比較感興趣，同時(shí)教師要非常熟悉物理學(xué)史料的內(nèi)容，一切從學(xué)生實(shí)際出發(fā)。課前，教師首先要從物理學(xué)史料中挖掘好思政元素，結(jié)合大學(xué)物理教學(xué)的特點(diǎn)，找準(zhǔn)切入點(diǎn)和發(fā)力點(diǎn)，要思考通過該物理學(xué)史的講述可以培養(yǎng)學(xué)生什么樣的能力，樹立什么樣的觀點(diǎn)。這些觀點(diǎn)和能力可能包括辯證思維能力、創(chuàng)新精神、愛國情懷、人生哲理、道德品質(zhì)等。其次，還可讓學(xué)生利用微信公眾號和課程線上的物理學(xué)史資料進(jìn)行預(yù)習(xí)，完成預(yù)習(xí)題目和了解思政素材。課中，教師可采用演示實(shí)驗(yàn)、問題驅(qū)動(dòng)和互動(dòng)討論等方式講解物理內(nèi)容，根據(jù)不同的講授內(nèi)容可以設(shè)計(jì)在新課導(dǎo)入的時(shí)候引入物理學(xué)史，例如學(xué)習(xí)角動(dòng)量的時(shí)候，可以講述開普勒的生平事例，雖然開普勒童年患上天花，視力衰弱，雙手殘疾，但是對天文學(xué)的研究矢志不渝，被譽(yù)為“天空的立法者”，然后對開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律進(jìn)行介紹，提出通過本節(jié)角動(dòng)量的學(xué)習(xí)如何推導(dǎo)出開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律。根據(jù)授課的實(shí)際情況，教師還可以組織學(xué)生觀看相關(guān)紀(jì)錄片，例如近代中國杰出物理學(xué)科學(xué)家的偉大事跡或者宣傳介紹我國大科學(xué)裝置的一些簡短視頻資料。課后，在一些物理知識(shí)和內(nèi)容講授完成之后，教師可補(bǔ)充一些物理學(xué)史的資料，讓學(xué)生能夠溫故而知新。例如近代物理這一模塊，物理學(xué)史的案例非常豐富，而物理概念有非常抽象、難以理解，且和人們?nèi)粘＝?jīng)驗(yàn)往往背道而馳，這些基本觀點(diǎn)的形成都有大量的物理史料支撐，是很多物理大師從實(shí)驗(yàn)、哲學(xué)和數(shù)學(xué)等不同的角度，不斷思考而形成的，這些物理史資料都是對物理課堂學(xué)習(xí)的必要補(bǔ)充，對升華學(xué)生對物理概念和圖像的認(rèn)知起到重要作用。

四、結(jié)語

物理學(xué)史沉淀了人類歷史上寶貴的智慧結(jié)晶、光輝的科學(xué)方法、科學(xué)思想與科學(xué)精神以及豐富的人文內(nèi)涵。在大學(xué)物理課程的教學(xué)中融入物理學(xué)史開展科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)和思想政治教育是符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的，也是符合國家全新的教育理念的。同時(shí)，教師也要認(rèn)識(shí)到，大學(xué)物理課程體系和知識(shí)的講授是主體，應(yīng)當(dāng)有“授人以漁，知其所獲”的意識(shí)，物理學(xué)史引入教學(xué)一定要堅(jiān)持適當(dāng)、適度的原則，這樣才能有效地發(fā)揮課程思政的教育功能。

基金項(xiàng)目：“基于Jupyter Lab/Notebook平臺(tái)大學(xué)物理可視化‘新工科教學(xué)模式的改革與實(shí)踐教學(xué)”武漢工程大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目資助;“物理學(xué)與人類文明”武漢工程大學(xué)課程思政項(xiàng)目資助;湖北省一流大學(xué)物理線上本科課程資助。

作者簡介：吳濤（1980—），男，博士，武漢工程大學(xué)數(shù)理學(xué)院副教授，研究方向：大學(xué)物理教育、非線性物理與等離子體物理;劉陽（1975—），男，博士，武漢工程大學(xué)數(shù)理學(xué)院教研室主任，副教授，研究方向：物理學(xué)與物理教育;王世芳（1978—），女，博士，湖北第二師范學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院教授，研究方向：非線性物理學(xué)。

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（責(zé)任編輯：陳華康）