劉淑靜，儲(chǔ)信煒，羅明艷，吉 強(qiáng)，巨丹丹，劉峻宇，王大珅，謝明念

(天津醫(yī)科大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，天津 300070)

2018年習(xí)近平總書記在全國教育大會(huì)的重要講話中指出立德樹人是教育事業(yè)發(fā)展必須始終牢牢抓住的靈魂，育人之本，在于立德鑄魂. 培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞挠杏萌瞬?，既要教育引?dǎo)學(xué)生心無旁騖求知問學(xué)，又要融入思想道德教育培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和素養(yǎng). 在此背景下，充分發(fā)揮課堂教學(xué)主渠道作用，使思想政治教育自然融入本科教育教學(xué)全過程，是“課程思政”課堂教學(xué)改革的目標(biāo). 因此需要深入挖掘?qū)I(yè)知識(shí)中蘊(yùn)含的思想政治元素，并融入課堂教學(xué)中，形成專業(yè)理論知識(shí)與思政元素的協(xié)同效應(yīng)，使學(xué)生成長為社會(huì)需要的、綜合發(fā)展的全面型棟梁之才[1,2].

大學(xué)物理是高校重要的基礎(chǔ)理論課，具有教學(xué)內(nèi)容廣、授課對(duì)象多的特點(diǎn). 大學(xué)物理課程中的物理知識(shí)是在“生活世界”中形成的一種特殊成就，體現(xiàn)著人的價(jià)值、情感及生存方式，是思想價(jià)值以知識(shí)形式的沉淀和積累，“析萬物之理，判天地之美”是對(duì)物理的哲學(xué)之美、思想價(jià)值的一種認(rèn)識(shí)和感悟[3]. 根據(jù)大學(xué)物理教材有關(guān)內(nèi)容，深入發(fā)掘、精確提煉物理知識(shí)所蘊(yùn)含的思想政治元素，在課堂教學(xué)中適當(dāng)拓展，把物理知識(shí)教學(xué)轉(zhuǎn)化為體現(xiàn)核心價(jià)值觀教育的具體、生動(dòng)和有效的載體. 在理解物理知識(shí)的基礎(chǔ)上引起情感反應(yīng)，產(chǎn)生積極聯(lián)想和深刻理解，從而使學(xué)生的思想、精神、價(jià)值在物理的哲學(xué)性中得到體驗(yàn)、培養(yǎng)和熏陶. 綜上，物理學(xué)展現(xiàn)在學(xué)生面前的不僅是客觀世界的規(guī)律，而且是生機(jī)勃勃、充滿人生智慧的寶庫[4-6].

20世紀(jì)物理學(xué)所有重大進(jìn)展，幾乎都建立在相對(duì)論和量子力學(xué)的概念之上，狹義相對(duì)論在當(dāng)今物理學(xué)體系中處于奠基性的地位，是大學(xué)物理教學(xué)中一個(gè)不可或缺的重要內(nèi)容. 本文以大學(xué)物理中狹義相對(duì)論時(shí)空觀所包含的物理、數(shù)學(xué)和哲學(xué)內(nèi)容為載體，在課堂教學(xué)中探索思政元素有機(jī)融合的策略，以期達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和靈活運(yùn)用以及思政教育的多重目的. 力圖在闡述狹義相對(duì)論建立的過程中，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、科學(xué)發(fā)展觀和馬克思辯證唯物主義觀念，并通過辯證唯物主義理論體系的貫通，使學(xué)生體會(huì)中國特色社會(huì)主義的道路自信、理論自信、制度自信、文化自信；在講解狹義相對(duì)論的時(shí)空觀基礎(chǔ)上，通過類比、聯(lián)想和引申等教學(xué)方法，合理自然地引導(dǎo)學(xué)生形成正確的世界觀和人生觀；在相對(duì)論應(yīng)用中，如北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，倡導(dǎo)學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論，為攻克我國亟待解決的科技領(lǐng)域的卡脖子問題和掌握核心技術(shù)奉獻(xiàn)自己的力量，為科技興國和民族復(fù)興添磚加瓦. 最后以問卷調(diào)查的形式了解學(xué)生對(duì)狹義相對(duì)論教學(xué)中融入思政元素的接受程度，根據(jù)調(diào)查結(jié)果改進(jìn)教學(xué)方法，使教師的育人能力不斷提升，形成閉環(huán)教學(xué)研究.

1 狹義相對(duì)論時(shí)空觀蘊(yùn)含的思政元素

1.1 狹義相對(duì)論的建立過程對(duì)創(chuàng)新思維和科學(xué)發(fā)展觀的啟迪

1) 經(jīng)典物理學(xué)的危機(jī)

1865年麥克斯韋建立了麥克斯韋方程組，提出了光的本質(zhì)是電磁波的預(yù)言，求得電磁波的波速為c=3×108m·s-1，并認(rèn)為其值與參考系的選擇無關(guān). 但是根據(jù)伽利略變換, 如果一束光在慣性系S中的速度是c,在相對(duì)于S系以速度v運(yùn)動(dòng)的慣性系S′中,如果光束傳播方向與v同方向,則光的速度是c-v,反方向則是c+v，因此該電磁理論與伽利略變換產(chǎn)生了矛盾. 同時(shí)，經(jīng)典牛頓力學(xué)的規(guī)律在任何慣性系中是等價(jià)的，在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的參考系中，電磁理論具有不同的形式，可見電磁理論與力學(xué)相對(duì)性原理也是矛盾的. 于是人們假設(shè)“以太”是一種能夠傳播光波的彈性媒介，光只是相對(duì)“以太”的絕對(duì)速度為c，“以太”是優(yōu)于其它參考系的絕對(duì)參考系，物理定律在“以太”參考系中具有最簡單的形式. 但是科學(xué)不能只靠想象力，需要找出證據(jù)證明“以太”的存在. 在物理學(xué)史上科學(xué)家們?cè)鲞^許多努力，企圖尋找“以太”的存在，如：斐索實(shí)驗(yàn)、光行差測量、雙星周期測量以及邁克耳孫-莫雷的精密光干涉實(shí)驗(yàn)等，但均以失敗告終[7]. 這使得經(jīng)典物理學(xué)遇到了前所未有的危機(jī)，意味著需要新的理論來解決相對(duì)性原理、伽利略變換和電磁理論之間的矛盾.

2) 解決問題的科學(xué)創(chuàng)新思維方法

依據(jù)常人的思維方式，遇到問題時(shí)首先會(huì)考慮使用已有的知識(shí)解決問題，選擇以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的、最有希望的方法，并且沿著這個(gè)明顯設(shè)定的方向去解決問題. 因此，許多物理學(xué)家不愿意面對(duì)尋找絕對(duì)參考系失敗的事實(shí)，仍然做了大量理論和實(shí)驗(yàn)工作來拯救“以太”,比如當(dāng)時(shí)最杰出的物理學(xué)家洛倫茲和龐加萊等人幾乎已經(jīng)走到了相對(duì)論的大門邊，但由于當(dāng)時(shí)沒有一種理論可以協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)和天文觀測的事實(shí)，而他們?cè)凇耙蕴焙蜁r(shí)間絕對(duì)性為基礎(chǔ)的動(dòng)力學(xué)思想中陷得太深，雖然距離相對(duì)論只一步之遙，卻未能實(shí)現(xiàn)時(shí)空觀念的徹底變革[8].

愛因斯坦意識(shí)到解決以上矛盾的關(guān)鍵點(diǎn)，即放棄“以太”，否定特殊參考系的存在，修改伽利略變換. 1905年6月，愛因斯坦發(fā)表了《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》，提出了空間、時(shí)間的新概念，建立了狹義相對(duì)論. 他詳細(xì)地分析了伽利略變換中時(shí)間和空間的概念,發(fā)現(xiàn)在伽利略變換中牛頓力學(xué)絕對(duì)時(shí)空觀只是頭腦中的一種抽象推測,并沒有相關(guān)實(shí)驗(yàn)支持. 因此愛因斯坦堅(jiān)信“凡是不能夠由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的概念和陳述,都不能在物理學(xué)中站住腳跟”. 于是他堅(jiān)定地拋棄了當(dāng)時(shí)物理學(xué)家們堅(jiān)守的伽利略變換,否定了絕對(duì)參考系，摒棄了“同時(shí)”的絕對(duì)性，做出了相對(duì)性原理和光速不變?cè)韮蓚€(gè)假設(shè)，采用與相對(duì)性原理和與電磁理論協(xié)調(diào)一致的洛倫茲時(shí)空變換. 因此狹義相對(duì)論的建立離不開愛因斯坦的批判性哲學(xué)思維，攀登這樣的一個(gè)思想高峰絕非輕而易舉的事情，這需要不默守陳規(guī)、不拘囿于已有的概念和結(jié)論，尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，保持足夠的膽量和批判性創(chuàng)新思維[9].

3) 追求真理、勇于創(chuàng)新的科學(xué)發(fā)展觀念的引導(dǎo)

在相對(duì)論這種突破性的物理理論建立過程中，即使邁克爾孫-莫雷等實(shí)驗(yàn)宣告失敗，墨守陳規(guī)的人仍然抱著沒有實(shí)驗(yàn)事實(shí)依據(jù)的傳統(tǒng)時(shí)空觀不放，還在苦苦追尋“以太”理論，而愛因斯坦大膽突破傳統(tǒng)思維模式的禁錮，根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)否定了伽利略變換，提出了光速不變?cè)?，勇于質(zhì)疑空間和時(shí)間的絕對(duì)性. 正因如此，他比同時(shí)代的物理學(xué)家(如龐加萊、洛倫茲等人)站得高、看得遠(yuǎn)、想得深，最終能在科學(xué)上取得根本性的突破. 一百多年來，愛因斯坦的相對(duì)論，包括狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論，幾乎得到所有天文觀測和實(shí)驗(yàn)的支持. 判斷一件事物需要以事實(shí)為依據(jù)，沒經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的傳統(tǒng)的固有認(rèn)知有可能是站不住腳的，這種科學(xué)的思維方式，使得愛因斯坦成為經(jīng)典物理學(xué)的顛覆者，他敢于打破傳統(tǒng)，帶來新的思想、新的啟發(fā)，讓人們擁有新的洞見. 愛因斯坦的故事不禁引發(fā)我們的思考，是做一個(gè)墨守成規(guī)的附屬者，還是做一個(gè)追求真理不斷創(chuàng)新的開拓者？答案顯而易見.

1.2 從時(shí)空觀認(rèn)識(shí)過程，進(jìn)行辯證唯物主義教育

1) 時(shí)空觀認(rèn)識(shí)過程

“天地者萬物之逆旅，光陰者百代之過客”，古今先哲們不斷探索時(shí)間和空間的基本性質(zhì). 隨著文明的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，人們的時(shí)空觀不斷完善與發(fā)展. 人們通常以現(xiàn)實(shí)中的具體物質(zhì)作為參考物來認(rèn)識(shí)時(shí)間和空間，在對(duì)參考系的認(rèn)識(shí)上，由以地球?yàn)殪o止參考系的古老的“天圓地方”平直時(shí)空觀，到以太陽為靜止參考系的“日心說”，揭開了人類從物理學(xué)層面認(rèn)識(shí)時(shí)空的序幕. 在開普勒、伽利略等人的研究基礎(chǔ)上，牛頓建立了以“經(jīng)典力學(xué)”為理論基礎(chǔ)的絕對(duì)時(shí)空觀[10]. 隨著電磁學(xué)的發(fā)展，人們又提出了“以太”是靜止參考系的時(shí)空觀，但探測“以太存在”的實(shí)驗(yàn)以失敗告終，因此愛因斯坦開創(chuàng)性提出了慣性參考系的狹義相對(duì)論時(shí)空觀.

牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)雖在時(shí)間和空間中進(jìn)行，但時(shí)間和空間的性質(zhì)與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)沒有聯(lián)系，時(shí)空的量度不因參考系的選擇而變；空間和時(shí)間是彼此獨(dú)立的，同時(shí)性和質(zhì)量都是絕對(duì)的. 設(shè)S′系沿x正方向以速度u相對(duì)S系運(yùn)動(dòng)，坐標(biāo)原點(diǎn)O和O′重合時(shí)，t=t′=0. 在任意時(shí)刻t物體到達(dá)P點(diǎn)，S系和S′系的位置矢量分別為r(x,y,z,t)、r′(x′,y′,z′,t′)，符合伽利略的變換關(guān)系為x′=x-ut,y′=y,z′=z,t′=t，牛頓力學(xué)時(shí)空觀反映在伽利略變換之中，把時(shí)間從物質(zhì)演變過程中抽象出來, 變成既脫離空間也脫離物質(zhì)的任意流逝.

當(dāng)人們無法用絕對(duì)時(shí)空觀合理、圓滿地解釋探索光速和光的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一系列實(shí)驗(yàn)時(shí)，愛因斯坦拋棄了絕對(duì)時(shí)空觀念，建立了慣性參考系的狹義相對(duì)論時(shí)空觀，這是時(shí)空觀念的重大變革. 愛因斯坦認(rèn)為：空間、時(shí)間、力、質(zhì)量都不是絕對(duì)的，是與參考系有關(guān)的. 物理學(xué)的客觀世界本質(zhì)上是一個(gè)四維結(jié)構(gòu)，由它分解出的三維空間和一維時(shí)間對(duì)不同的觀察者來說是不同的. 時(shí)間、空間有著密切聯(lián)系，時(shí)間、空間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)是不可分割的，空間距離、時(shí)間間隔、同時(shí)性也是相對(duì)的，它們隨物體與觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變，這就是狹義相對(duì)論力學(xué)的時(shí)空觀.

2) 相對(duì)論時(shí)空觀中的辯證唯物主義

從時(shí)空觀的認(rèn)識(shí)過程以及歷史的長河來看，受制于所研究的時(shí)空范圍而建立的理論體系并不一定是永恒的，是隨著人類思維和對(duì)外部世界的探索發(fā)展而不斷進(jìn)化的，這就是馬克思的辯證發(fā)展觀. 當(dāng)人類的研究觸角更深、更廣或者更細(xì)微之時(shí)，將會(huì)面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，同時(shí)也可能帶來新的科學(xué)曙光. 這是從相對(duì)真理逼近絕對(duì)真理的必然性，因此應(yīng)對(duì)新理論、新事物樹立一種創(chuàng)新、包容的態(tài)度. 從相對(duì)論發(fā)展歷史的角度，理解馬克思主義的理論也不是僵死不變的教條，它要在實(shí)踐中不斷豐富，只有實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn). 因此發(fā)展有中國特色的社會(huì)主義是在中國國情下對(duì)馬克思主義的一種修正和拓展.

面對(duì)伽利略變換、力學(xué)相對(duì)性原理和電磁理論三者之間的矛盾，科學(xué)家們一籌莫展，物理學(xué)的發(fā)展陷入困境，此時(shí)愛因斯坦創(chuàng)造性提出了兩個(gè)狹義相對(duì)論的基本原理，在洛倫茲變換基礎(chǔ)上發(fā)展成為適用于任何慣性參考系的狹義相對(duì)論，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)典電磁理論與牛頓力學(xué)統(tǒng)一的綜合創(chuàng)新. 可見事物的發(fā)展變化是由矛盾運(yùn)動(dòng)造成的，矛盾是事物發(fā)展的源泉和動(dòng)力，舊理論的內(nèi)在矛盾往往為走向新理論提供出發(fā)點(diǎn). 這就是辯證唯物主義的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律，啟發(fā)我們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活中，不要畏懼困難和矛盾，也許這就是黎明前的黑暗，解決問題的突破性進(jìn)展就蘊(yùn)含在這些矛盾之中. 正所謂在科學(xué)上沒有平坦的大道，只有不畏勞苦沿著陡峭的山路攀登的人，才有希望達(dá)到光輝的頂點(diǎn).

狹義相對(duì)論時(shí)空觀告訴我們物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)是不可分割的，而靜止是一種相對(duì)參考系運(yùn)動(dòng)的特殊情況. 這與哲學(xué)上的辯證唯物主義時(shí)空觀不謀而合，即運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，而靜止是相對(duì)的，絕對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)靜止是辯證統(tǒng)一的. 課堂上結(jié)合古今圣賢的詩詞，比如陳與義的“臥看滿天云不動(dòng), 不知云與我俱東”、毛澤東的“坐地日行八萬里”等所體現(xiàn)出來的樸素的辯證唯物主義，形象生動(dòng)地認(rèn)識(shí)到物理學(xué)的狹義相對(duì)論時(shí)空觀和辯證唯物主義的時(shí)空觀的融合，從而有意識(shí)地去引導(dǎo)學(xué)生思考. 相對(duì)論時(shí)空觀是現(xiàn)代自然科學(xué)的基石，從物理學(xué)的相對(duì)論與哲學(xué)的辯證唯物主義時(shí)空觀的和諧一致性可知，馬克思的辯證唯物主義也是領(lǐng)先的社會(huì)科學(xué)理論. 從嚴(yán)密的物理理論到深刻的哲學(xué)思想闡述，發(fā)揮這種協(xié)同效應(yīng)，可激發(fā)學(xué)生堅(jiān)定中國特色社會(huì)主義道路自信、理論自信、制度自信、文化自信的信念.

1.3 狹義相對(duì)論時(shí)空觀對(duì)世界觀和人生觀的引導(dǎo)

1) 狹義相對(duì)論時(shí)空觀

狹義相對(duì)論時(shí)空觀反映在洛侖茲變換之中，

(1)

假定在S′系中發(fā)生兩事件的時(shí)間間隔為Δt′=t′2-t′1，則根據(jù)洛倫茲變換式，在S系中(相對(duì)S′系速度為u)測得兩事件的時(shí)間間隔為

(2)

由此可以看出，若Δt′=0，但Δx′≠0，Δt≠0，即在S′系中的觀察者看到的在不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩事件，在S系中的觀察者看來兩事件不再是同時(shí)發(fā)生的. 可見同時(shí)性與所取的慣性系有關(guān)，即“同時(shí)性”具有相對(duì)性. 若在S′系中同一地點(diǎn)(Δx′=0)時(shí)間間隔為Δt′(固有時(shí)間)發(fā)生的兩個(gè)事件，在S系中觀察的時(shí)間間隔為

(3)

顯然Δt>Δt′，同地發(fā)生的兩個(gè)事件在一個(gè)相對(duì)事件做勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系中,觀察時(shí)間間隔變大了，稱為時(shí)間延緩效應(yīng). 若在S′系測量靜止的尺子長度為L′=x′2-x′1(固有長度)，由洛倫茲逆變換，在S系中測量尺子長度為

(4)

即L

2) 狹義相對(duì)論時(shí)空觀對(duì)世界觀的引導(dǎo)

狹義相對(duì)論探討了時(shí)間、空間、物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，顛覆了傳統(tǒng)的牛頓力學(xué)時(shí)空觀，掀起了現(xiàn)代物理學(xué)革命，改造了人類的宇宙觀，是人類觀念上的變革和突破. 在教學(xué)過程中，筆者以相對(duì)論的兩個(gè)基本原理為基礎(chǔ)，由淺入深，用縝密的邏輯推理和數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出狹義相對(duì)論效應(yīng)，從數(shù)學(xué)形式上先認(rèn)可這種理論的正確性. 再通過一系列生動(dòng)的事例聯(lián)想，使得枯燥的理論變得生動(dòng)直觀，讓學(xué)生從感性上認(rèn)同狹義相對(duì)論時(shí)空觀，比如“洞中方一日、世上已千年”的神話故事，讓學(xué)生發(fā)揮想象力，所謂的洞中，在地面上的人看來就可以認(rèn)為是高速運(yùn)動(dòng)的天上神界，這樣就可以符合時(shí)間延緩效應(yīng)了. 以時(shí)下最流行的電視劇“三生三世十里桃花”和“枕上書”所描繪的主人公可以瞬間上天入地，可以想象他們的運(yùn)動(dòng)速度相當(dāng)高了，當(dāng)速度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)時(shí)間膨脹效應(yīng)比較明顯，主人公們動(dòng)輒幾萬歲仍然容顏未改得到了科學(xué)解釋. 因此不論是中國的神話故事還是當(dāng)前的玄幻小說，都不是無根之木，中國人民樸素的哲學(xué)智慧也體現(xiàn)了一定的科學(xué)思想，通過這些通俗易懂的事例，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的自信與自覺. 同時(shí)輔助進(jìn)行一些典型的例題訓(xùn)練，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)這種新概念的理性認(rèn)同.

例1：一宇宙飛船以u(píng)=1×104m·s-1的速率相對(duì)地面勻速飛行，如果飛船上的鐘走了5 s，那么在地面上的鐘測量經(jīng)過了多少時(shí)間？假設(shè)u=1×105m·s-1，u=1×106m·s-1，u=0.95c，地面上的鐘測量分別經(jīng)過了多少時(shí)間？

原時(shí)間為Δt′=5 s，則根據(jù)時(shí)間延緩效應(yīng)得到

(5)

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

所以，當(dāng)u?c時(shí)， Δt≈Δt′，低速宏觀物體遵循經(jīng)典物理學(xué)規(guī)律，這就是人們?nèi)粘Ｋ兄氖澜? 而當(dāng)速度達(dá)到3×105m·s-1以上時(shí)，時(shí)間延緩效應(yīng)才會(huì)顯示出來. 采用Matlab軟件模擬兩種時(shí)空觀中的時(shí)間和空間，其結(jié)果如圖1所示[11]. 若把時(shí)空看做是以物體運(yùn)動(dòng)速度為變量的函數(shù)，牛頓力學(xué)時(shí)空觀中的時(shí)空不隨相對(duì)速度變化，而狹義相對(duì)論力學(xué)時(shí)空觀中時(shí)間和空間均會(huì)發(fā)生變化，這種差異會(huì)隨著相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的增加而增加. 顯然當(dāng)u?c，即運(yùn)動(dòng)參考系的速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，狹義相對(duì)論力學(xué)時(shí)空觀過渡到了牛頓經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀. 因而，牛頓力學(xué)時(shí)空觀是相對(duì)論時(shí)空觀的一種極限情況，這說明狹義相對(duì)論時(shí)空觀是更全面、適用范圍更廣的理論體系，體現(xiàn)了新理論對(duì)舊理論的包容性. 牛頓經(jīng)典力學(xué)時(shí)空僅僅是在速度非常低的極小范圍內(nèi)是正確的，還有更廣闊的時(shí)空，雖然人們由于認(rèn)知局限而感知不到，但它是客觀存在的物理世界. 顯然這種新的時(shí)空觀念給我們打開了腦洞，讓我們知道自己的認(rèn)知存在局限，需要不斷拓寬認(rèn)知的格局、學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，使我們能更客觀、更全面地看待世界.

圖1 兩種時(shí)空觀中時(shí)間隨速度的變化關(guān)系對(duì)比圖

狹義相對(duì)論時(shí)空觀相對(duì)于傳統(tǒng)的經(jīng)典時(shí)空觀，不僅僅是客觀物理規(guī)律的拓展，也是人們對(duì)時(shí)間和空間的顛覆性認(rèn)識(shí). 社會(huì)生活中是否也存在著如經(jīng)典時(shí)空觀一樣的認(rèn)知？雖然在一定范圍內(nèi)是正確的，但在更大的格局和眼界下，是否存在局限性呢？例如：談戀愛時(shí)，喜歡自己的同班同學(xué)，可偏偏落花有情流水無意，有些學(xué)生會(huì)認(rèn)為這就是此生摯愛，不可能再找到一個(gè)跟此人一樣令自己心動(dòng)的人了，可能會(huì)因此做出一些極端事情，逼迫對(duì)方與自己戀愛，也有人可能會(huì)郁郁寡歡，一蹶不振，從此不再相信愛情. 若以狹義相對(duì)論時(shí)空觀來看待這個(gè)問題，選擇的范圍僅僅局限在本班級(jí)、本專業(yè)或者本校，限制了我們的認(rèn)知，如果放眼全市、全國、全世界，一定會(huì)有更加令你心動(dòng)的人.

通過狹義相對(duì)論時(shí)空觀的學(xué)習(xí)，深入淺出地引導(dǎo)學(xué)生不要把自己局限在一個(gè)層面上，站在更高的層面會(huì)有更廣闊的視野，看到不同的風(fēng)景. 學(xué)習(xí)狹義相對(duì)論時(shí)空觀可幫助提高學(xué)生的思想深度、眼界寬度、境界高度以及胸懷的廣度，有利于啟迪學(xué)生樹立正確的世界觀. 因此在學(xué)習(xí)和生活中應(yīng)該打破固有、僵化的意識(shí)，不鉆牛角尖，思考問題不要局限在小小的自我世界中. 認(rèn)知在哪個(gè)層級(jí)，人生就在哪個(gè)狀態(tài)，要不斷學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)并吸收內(nèi)化為個(gè)人能力，樹立對(duì)世界、對(duì)社會(huì)和個(gè)人正確的認(rèn)識(shí).

3) 狹義相對(duì)論時(shí)空觀對(duì)人生觀的引導(dǎo)

在狹義相對(duì)論時(shí)空中，同時(shí)性與所取的慣性系有關(guān)，同時(shí)不再是絕對(duì)的，所有與時(shí)間和空間相關(guān)聯(lián)的事件的發(fā)生都變成相對(duì)的. 在某個(gè)慣性系中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件,在另一相對(duì)其運(yùn)動(dòng)的慣性系中不一定同時(shí)發(fā)生. 這不但是物理學(xué)上的空前創(chuàng)舉，在哲學(xué)上也具有深遠(yuǎn)意義：一切事物都是相對(duì)的，都具有兩面性，是矛盾的統(tǒng)一體.

類比于生活中的很多情節(jié)，比如以1個(gè)小時(shí)的時(shí)間間隔為例，夏天獨(dú)自坐在火爐邊與在公園柳蔭下談情說愛，前者感覺度日如年，后者感覺光陰如梭，所以不同的處境，對(duì)時(shí)間間隔的感受是完全不同的. 狹義相對(duì)論時(shí)空觀的時(shí)間延緩效應(yīng)和長度收縮效應(yīng)也同樣是在不同參考系下得到的不同現(xiàn)象，下面以典型例題2詳細(xì)闡述.

圖2 不同參考系下觀察同一事物的示意圖

由此可見，站在橋上和在車中(不同參考系)觀察，得到的結(jié)論完全不同，但在各自的參考系中都符合客觀物理規(guī)律. 這從理性角度告訴我們，對(duì)同一個(gè)問題，所處角度不同造成的認(rèn)知不同，甚至有可能相反，我們應(yīng)當(dāng)全面、辯證地看待世間事物. 相對(duì)論告訴我們要學(xué)會(huì)換位思考，摒棄“自我”，設(shè)身處地站在“他人”立場去思考問題，才可以得到超越固有思維和判斷的結(jié)論，糾結(jié)的心會(huì)豁然開朗，由消極轉(zhuǎn)向積極. 例如：同一宿舍中的兩位同學(xué)，一個(gè)堅(jiān)持早睡早起，身體好學(xué)習(xí)效率高，一個(gè)堅(jiān)持晚睡晚起，越到晚上越精神. 在互相不理解的情景下，均會(huì)堅(jiān)持認(rèn)為自己是對(duì)的，對(duì)方無論是從科學(xué)還是大眾習(xí)慣等角度都是沒道理的，由此會(huì)因作息習(xí)慣不同產(chǎn)生矛盾，造成比較激烈的沖突. 學(xué)習(xí)相對(duì)論后，老師可引導(dǎo)學(xué)生換位思考，從不同角度和立場看問題，得到的結(jié)論均有其自身的道理，兩位同學(xué)再繼續(xù)論戰(zhàn)下去的情緒會(huì)明顯減弱.

相對(duì)論告訴我們每一件事用不同角度觀察，會(huì)有不同的見解，生活中學(xué)會(huì)換位思考，思路會(huì)更寬闊. “換位思考”是人世間一種很好的思維方式，它不僅能讓自己開心，還會(huì)使生活矛盾減少，人際關(guān)系融洽，社會(huì)關(guān)系和諧，這對(duì)我們的人生來講是非常重要的. 在宏觀、低速世界尺度下，相對(duì)論效應(yīng)實(shí)在太小，此時(shí)相對(duì)論和牛頓力學(xué)是等效的. 而相對(duì)論效應(yīng)只有在速度越接近于光速時(shí)，才越明顯. 因此，我們才會(huì)覺得相對(duì)論很反常識(shí). 這也告訴我們一個(gè)道理：不要被眼前的生活所欺騙，多去看看外面的世界，只有跳出自己的生活圈，才能夠更深刻地理解世界.

1.4 相對(duì)論時(shí)空觀的應(yīng)用對(duì)科技興國和民族意識(shí)的引領(lǐng)

也許有學(xué)生會(huì)問，既然我們?nèi)粘Ｉ钤诤暧^低速的世界中，相對(duì)論效應(yīng)無法體現(xiàn)，那對(duì)于實(shí)際生活有什么意義呢？還需要學(xué)習(xí)這么深?yuàn)W的理論嗎？其實(shí)相對(duì)論的應(yīng)用早已深入我們的生活，典型的實(shí)例是目前手機(jī)導(dǎo)航采用的衛(wèi)星定位系統(tǒng).

以美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)為例來了解一下相對(duì)論的應(yīng)用. GPS衛(wèi)星系統(tǒng)由24顆位置精心安排的衛(wèi)星組成，使得地球上的任何地點(diǎn)隨時(shí)能見到其中的4顆. 每顆衛(wèi)星上攜帶著計(jì)時(shí)極為準(zhǔn)確的原子鐘，GPS導(dǎo)航儀通過比較從4顆GPS衛(wèi)星發(fā)射來的信號(hào)的時(shí)間差異，計(jì)算出其所在的位置. 為了讓衛(wèi)星上的原子鐘保持同步，就必須依賴衛(wèi)星與地面觀測站之間的通訊. 而GPS衛(wèi)星以速度14 000 km/h繞地球飛行，同時(shí)持續(xù)向地面發(fā)射信號(hào)，報(bào)告時(shí)間和軌道位置. 由狹義相對(duì)論可知運(yùn)動(dòng)的星載原子鐘會(huì)發(fā)生時(shí)間延緩效應(yīng)，每天要比地球上的鐘慢7 μs；由于廣義相對(duì)論的時(shí)空彎曲導(dǎo)致星載時(shí)鐘每天要快45 μs，最終星載時(shí)鐘每天大約比地面鐘快38 μs. 因此，每天由于相對(duì)論效應(yīng)累積的定位誤差大約是10 km，GPS系統(tǒng)失去了精確定位的功能，這真是差之毫厘謬以千里. 導(dǎo)航儀在定位時(shí)必須將星載時(shí)鐘每天撥回38 μs修正這一誤差. 高精度導(dǎo)航讓普通人也能親身體驗(yàn)到相對(duì)論的價(jià)值，采用衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航定位的技術(shù)已經(jīng)深入到軍事國防、科技、社會(huì)生活等各個(gè)領(lǐng)域[12].

上個(gè)世紀(jì)末，中國“銀河號(hào)”貨輪行駛到印度洋時(shí)，貨輪導(dǎo)航系統(tǒng)因美國停掉印度洋海域的GPS信號(hào)而失靈，導(dǎo)致無法繼續(xù)航行，并且自海灣戰(zhàn)爭開始使用精確制導(dǎo)武器，因此不論是國家安全還是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，都促使我國自主建設(shè)運(yùn)行自己的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這是繼美國全球定位系統(tǒng)(GPS)和俄羅斯GLONASS系統(tǒng)之后的第三個(gè)成熟衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng). 基于北斗系統(tǒng)的導(dǎo)航服務(wù)不僅應(yīng)用于軍事國防，亦已廣泛進(jìn)入中國大眾的共享經(jīng)濟(jì)和民生領(lǐng)域，服務(wù)國家現(xiàn)代化建設(shè)和百姓日常生活，為全球科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展做出貢獻(xiàn). 在當(dāng)代世界政治與經(jīng)濟(jì)格局下，北斗系統(tǒng)為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供重要時(shí)空信息保障，是中國實(shí)施改革開放40余年來取得的重要科技成就之一，在大國之間的科技博弈中體現(xiàn)了中國實(shí)力，也彰顯出中國的氣魄和權(quán)威. 講授相對(duì)論在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用，可使專業(yè)課教學(xué)呈現(xiàn)中國風(fēng)格和中國氣派，展現(xiàn)中國智慧.

除了相對(duì)論時(shí)空觀在衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的應(yīng)用，原子彈、放射線治療、粒子加速器的制造和使用以及光子火箭的設(shè)想，都需要借助相對(duì)論時(shí)空效應(yīng)和質(zhì)能關(guān)系[13]. 相對(duì)論提出的“光速不變理論”“扭曲時(shí)空”的概念還有很多很多的推論，小到推測水星的運(yùn)行軌道、在發(fā)生日全食時(shí)星星的位置，大到可以推演太陽的過去與未來、甚至宇宙的過去與未來，也為科幻主題電影提供了無限的創(chuàng)作靈感. 在中國人民不斷探索和建設(shè)時(shí)期，科技興則民族興，科技強(qiáng)則國家強(qiáng)，少年強(qiáng)則國家強(qiáng)，這就更加要求當(dāng)代大學(xué)生掌握相對(duì)論基礎(chǔ)理論，在構(gòu)筑強(qiáng)大的科技實(shí)力和創(chuàng)新能力方面做出貢獻(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)科技興國和中華民族復(fù)興的偉大夢(mèng)想添磚加瓦.

2 課堂實(shí)踐教學(xué)效果評(píng)價(jià)和反饋

根據(jù)王磊主編的醫(yī)用物理學(xué)(第9版)第14章狹義相對(duì)論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)必修階段狹義相對(duì)論的教學(xué)課時(shí)、梳理教學(xué)內(nèi)容[14]，堅(jiān)持“立德樹人”思想，在潛移默化中融入思政元素，最后再對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行問卷調(diào)查，分析問卷反饋數(shù)據(jù)[15]. 本教學(xué)實(shí)踐對(duì)象為天津醫(yī)科大學(xué)臨床“5+3”專業(yè)的一年級(jí)學(xué)生，有6個(gè)教學(xué)平行班，共181人，狹義相對(duì)論基礎(chǔ)的授課時(shí)間為4個(gè)學(xué)時(shí)，并組織學(xué)生課余進(jìn)行主題討論. 結(jié)課后進(jìn)行無記名問卷調(diào)查，并對(duì)其中的主要幾項(xiàng)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行歸納.

2.1 思政元素融入情況調(diào)查

圖3(a)為學(xué)生認(rèn)為教師授課過程中是否加入思政元素的餅狀圖，181份問卷中，選擇“是”的為180人，選擇“否”的為0人，選擇“無法判斷”的為1人. 圖3(b)為是否感覺在講授狹義相對(duì)論知識(shí)時(shí)融入思政元素能做到因勢利導(dǎo)，潛移默化，180人中有178人認(rèn)為狹義相對(duì)論理論知識(shí)和思政元素達(dá)到了“有機(jī)結(jié)合”，引導(dǎo)比較自然，1人認(rèn)為思政元素加入得太突兀，1人認(rèn)為思政元素融入的比較生硬. 調(diào)查結(jié)果顯示，99.45%的學(xué)生都認(rèn)為教師在授課過程中做到了思政元素與科學(xué)知識(shí)有機(jī)地融合，做到了寓教于無形、潤物細(xì)無聲.

對(duì)融入思政元素的狹義相對(duì)論知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)方式也分別做了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如圖4所示. 圖4(a)表明多達(dá)164名學(xué)生選擇時(shí)間延緩效應(yīng)融入的思政元素容易接受和信服，與教師在授課過程中采用的教學(xué)方法有極大的關(guān)系. 講解時(shí)間延緩效應(yīng)時(shí)，以電視劇“三生三世十里桃花”和“枕上書”的情節(jié)為例，引導(dǎo)學(xué)生理解速度達(dá)到一定程度時(shí)，時(shí)間延緩，所以即使過了幾萬年，電視劇中的上仙仍然朱顏不改，和學(xué)生產(chǎn)生了共鳴. 最受歡迎的85版八仙過海中呂洞賓落榜輕生被兩位神仙相救，僅過了一日回家，發(fā)現(xiàn)妻死子老，“洞中方一日，世上已千年”，讓學(xué)生在不知不覺中深刻領(lǐng)悟晦澀難懂的狹義相對(duì)論時(shí)空觀，并在此基礎(chǔ)上用教師自己的學(xué)識(shí)、閱歷、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行因勢利導(dǎo)，讓學(xué)生達(dá)到對(duì)傳統(tǒng)時(shí)空觀念認(rèn)識(shí)的突破和拓展，以無縫對(duì)接和有機(jī)互融的方式引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀，增強(qiáng)學(xué)生思維的廣闊性和深刻性. 這與圖4(b)中129人選擇喜歡影視作品這種融合方式是相關(guān)聯(lián)的. 圖4(a)中148人選擇長度收縮效應(yīng)，113人選擇同時(shí)的相對(duì)性，這與教師在授課過程中以同學(xué)們學(xué)習(xí)和生活中的事例來引導(dǎo)學(xué)生換位思考有極大的關(guān)系，因此在圖4(b)中89人選擇了學(xué)習(xí)生活事例的教學(xué)方法. 因此“課程思政”內(nèi)容設(shè)計(jì)要從學(xué)生感興趣的例子出發(fā)，利用恰當(dāng)、自然滲透的語言方式，結(jié)合課程特點(diǎn)適時(shí)嵌入思政元素，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入情景，這會(huì)產(chǎn)生事半功倍的效果.

圖5為相對(duì)論課程教學(xué)中融合的思政元素調(diào)研結(jié)果，其中169人選擇世界觀，156人選擇人生觀，87人選擇愛情觀，這說明教師凝練的課程思政元素達(dá)到了與課程知識(shí)點(diǎn)的共振效果. 91人選擇了創(chuàng)新，50人選擇拼搏進(jìn)取，說明在相對(duì)論發(fā)展史、愛因斯坦軼事等方面的授課過程中實(shí)現(xiàn)了啟蒙學(xué)生思想的效果. 同時(shí)注意到家國情懷投票率不高，這可能是由于課程學(xué)時(shí)的限制，中國北斗系統(tǒng)和粒子加速器中相對(duì)論應(yīng)用的專業(yè)知識(shí)講解時(shí)，嵌入思政元素的過程比較緊張，在引申思政元素環(huán)節(jié)上不夠完善，沒能催發(fā)學(xué)生良好的接受效果，因此未來需要在課程設(shè)計(jì)時(shí)改進(jìn)課時(shí)安排和進(jìn)度，豐富教學(xué)手段，組織靈活多樣的教學(xué)活動(dòng).

圖5 相對(duì)論課程教學(xué)中融合的思政元素問卷調(diào)查結(jié)果

2.2 教學(xué)效果評(píng)價(jià)和反饋

圖6為教學(xué)效果評(píng)價(jià)和教學(xué)建議的問卷調(diào)查結(jié)果. 意識(shí)到本章“課程思政”教學(xué)非常有啟發(fā)性的同學(xué)占93.92%，同學(xué)們認(rèn)為能夠開闊自己的眼界，打開一扇新的思想大門，對(duì)未來的生活和工作很有幫助. 但也有6.08%的同學(xué)認(rèn)為“課程思政”沒有太多作用，占用了課時(shí). 另外，選擇有必要繼續(xù)采取這種授課方式為下一屆學(xué)生授課的同學(xué)占87.29%，12.15%的學(xué)生認(rèn)為思政元素的引申會(huì)占用課程的課時(shí)，影響專業(yè)知識(shí)講授，只有0.55%的學(xué)生認(rèn)為沒有必要融入思政元素. 對(duì)此筆者認(rèn)為課程思政的實(shí)施需要教師長期堅(jiān)持，不斷探索嵌入模式，研究當(dāng)前學(xué)生的專業(yè)知識(shí)建構(gòu)、思想動(dòng)態(tài)、價(jià)值觀、學(xué)習(xí)習(xí)慣和興趣等，從而能夠在課程思政實(shí)施過程中不斷改進(jìn)教學(xué)手段. 選擇貼近目前社會(huì)主流話題的案例和視頻，采用一些新媒體、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段進(jìn)行輔助教學(xué)，與學(xué)生在課上、課下形成良好互動(dòng)[11,16]. 同時(shí)隨著課程思政的燎原之勢，學(xué)生們也會(huì)更加接受這種非智力隱性教育的理念.

3 結(jié)論

本文以狹義相對(duì)論時(shí)空觀為例，對(duì)大學(xué)物理中課程思政進(jìn)行了案例研究. 在傳授知識(shí)的同時(shí)，不露痕跡地實(shí)施非智力教育，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)傳授、價(jià)值塑造和能力培養(yǎng)的多元統(tǒng)一. 首先立足狹義相對(duì)論的傳承脈絡(luò)和愛因斯坦的思想架構(gòu)，引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生追求真理、勇于創(chuàng)新的科學(xué)發(fā)展觀念和辯證唯物主義觀念；其次在狹義相對(duì)論時(shí)空觀的知識(shí)講授過程中，提升學(xué)生站在一個(gè)更高的維度去觀察世界和人生的意識(shí)，從而使學(xué)生樹立正確的人生觀、世界觀，增強(qiáng)學(xué)生思維的廣闊性、深刻性和敏銳性；通過相對(duì)論在我國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的意志. 最后對(duì)“課程思政”的課程內(nèi)容、思政元素、教學(xué)成效和教學(xué)建議進(jìn)行了問卷調(diào)查，大部分同學(xué)認(rèn)為本次“課程思政”達(dá)到了大道至簡、潤物無聲的教學(xué)效果. 而且通過“備”“教”“學(xué)”“評(píng)”的教學(xué)環(huán)節(jié)，幫助教師改進(jìn)教學(xué)，提升教師的思想政治教育能力，有利于推進(jìn)“課程思政”各層次的合作交流. 通過結(jié)合課程特點(diǎn)適時(shí)嵌入思政元素進(jìn)行育人，筆者相信一個(gè)掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)理論的青年，一個(gè)擁有創(chuàng)造性思維能力的青年，一個(gè)身心健康、擁有正確世界觀和人生觀的青年，一定是堪當(dāng)民族復(fù)興大任的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人.