［摘 要］ 基于大學物理實驗“光電效應(yīng)測普朗克常量”，對其課程思政的教學設(shè)計進行了研究。在教學目標、教學方法、教學過程等方面進行了一些探索。在教學中融入思政元素，旨在培養(yǎng)學生的近代物理思想及創(chuàng)新的科學思維；培養(yǎng)學生為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國夢而奮斗的精神。同時，在課堂講解中融入科學精神、社會主義核心價值觀、唯物辯證法、團隊協(xié)作精神等，以期實現(xiàn)價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)“三位一體”的教學目標，全面提高學生的綜合素質(zhì)，實現(xiàn)立德樹人根本任務(wù)。

［關(guān)鍵詞］ 大學物理實驗；課程思政；光電效應(yīng)；普朗克常量

［基金項目］ 2021年度安徽省教育廳質(zhì)量工程項目課程思政示范課“大學物理實驗”（2021kcszsfkc360）；2022年度合肥學院教研重點項目“在OBE教育理念和三全育人背景下大學物理實驗課程體系的構(gòu)建與實施”（2022hfujyzd07）；2022年度安徽省高校優(yōu)秀青年人才支持項目“3d過渡金屬離子摻雜調(diào)控下新型阻挫尖晶石材料的磁電性能研究”（gxyq2022071）

［作者簡介］ 劉 慧（1983—），女，安徽宿州人，博士，合肥大學先進制造工程學院高級實驗師，主要從事凝聚態(tài)物理工作研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）32-0144-05 ［收稿日期］ 2023-06-14

2020年6月，教育部印發(fā)《高等學校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，旨在把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，全面推進高校課程思政建設(shè)，發(fā)揮好每門課程的育人作用，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量［1］。目前全國很多高校都在積極開展課程思政建設(shè)，深入挖掘各類課程中蘊含的思政元素，將其融入課程教學中，從而培養(yǎng)出以德為先、德才兼?zhèn)涞娜姘l(fā)展的現(xiàn)代化建設(shè)人才［2］。

“大學物理實驗”是一門對學生進行科學實驗基本訓練的必修基礎(chǔ)實驗課程，對于培養(yǎng)學生的實驗技能、分析解決問題的能力，以及提高學生的科學實驗素質(zhì)等方面，起著至關(guān)重要的作用［3］?！按髮W物理實驗”課程可以使學生重現(xiàn)物理學史上重大的發(fā)現(xiàn)，更加深刻地理解物理學的基本原理，提升其觀察能力、操作能力、分析解決問題的能力、創(chuàng)新能力?！按髮W物理實驗”課程涉及了力學、熱學、電磁學、光學及近代物理等多方面的內(nèi)容，且與現(xiàn)實生活聯(lián)系較為緊密，因此其中蘊含的思政元素特別廣泛，易于挖掘，有利于開展課程思政建設(shè)。首先，“大學物理實驗”是一門重要的公共基礎(chǔ)課，覆蓋面廣，涉及理工農(nóng)醫(yī)類甚至文科等各專業(yè)的學生，在其中實施課程思政使學生受益面更加廣泛。其次，“大學物理實驗”課程蘊含了豐富的思政元素融入點，如物理學家的故事、科技的發(fā)展、公式的推導(dǎo)、定理的應(yīng)用以及與實際生活的聯(lián)系等，都可以挖掘出思政元素。再次，“大學物理實驗”課程一般安排在大一下學期和大二上學期，此時正是大學的初期階段。大學階段是學生世界觀、人生觀和價值觀形成的關(guān)鍵時期，在大學初期對學生進行價值塑造和思想啟迪，有利于使學生樹立正確的“三觀”，增強學生的歷史使命感和社會責任感［4］。因此在“大學物理實驗”課程中開展課程思政具有十分重要的意義。

近年來，在課程思政背景下，高校教師對“大學物理實驗”教學進行了諸多探索。陳琳等［5］研究了“大學物理實驗”課程思政元素的挖掘與應(yīng)用，并進行了光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)的教學設(shè)計；樊代和等［6］以邁克耳孫干涉實驗為例，探討了基于課程思政的“大學物理實驗”課程教學案例；劉欣等［7］將思政教育融入“大學物理實驗”課程的教學方法并進行了分析，提出了多種融入課程思政的路徑；紅蘭等［8］從整體課程設(shè)計入手，系統(tǒng)討論了課程思政融入“物理實驗”教學的改革過程，并對“物理實驗”課堂教學中思政元素的切入點進行探索性研究；吳衛(wèi)華等［9］以“硅半導(dǎo)體太陽能電池特性實驗”為例，探討了課程思政在“大學物理實驗”教學改革中的探索；岳平等［10］對分光計實驗教學中的課程思政進行了探索和實踐；馮中營等［11］以太原工業(yè)學院為例，探討了思政元素在“大學物理實驗”課程教學中的融入。本文以大學物理實驗中的近代物理實驗“光電效應(yīng)測普朗克常量”實驗為例，進行課程思政教學設(shè)計。

一、教學分析

（一）教學目標

將教學目標分為課程目標和思政目標。課程目標為了解光電效應(yīng)的規(guī)律，加深對光的量子性的理解；驗證愛因斯坦光電方程，測定普朗克常量。思政目標為培養(yǎng)精益求精的科學精神，強化科技強國理念。

（二）教學方法

教學方法采用“互聯(lián)網(wǎng)+PBL”教學法，通過提出問題讓學生自主探究學習，課堂講授與演示實驗相結(jié)合，輔助分組討論法，引導(dǎo)學生積極思考。做到線上與線下相融合、課內(nèi)與課外相融合、理論與實踐相融合、德育與智育相融合。

二、教學過程

（一）課前預(yù)習

課前預(yù)習是提高學習效率的一個重要措施，教師課前在學習通中發(fā)布預(yù)習任務(wù)：光電效應(yīng)的發(fā)展歷程？學生通過查找資料發(fā)現(xiàn)，1887年赫茲發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，但并未成功解釋其中的實驗規(guī)律；1900年普朗克提出了量子論及普朗克常量，獲得1918年諾貝爾物理學獎；1905年愛因斯坦在理論上提出光電效應(yīng)方程，解釋了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律，獲得1921年諾貝爾物理學獎；1916年密立根在實驗上證實了光電理論的正確性，獲得1923年諾貝爾物理學獎。讓學生體會到科學的發(fā)展不是一蹴而就的，人們對光電效應(yīng)的認識經(jīng)歷了一個漫長的過程，需要很多科學家持之以恒、堅持不懈的努力探索，才有了今天我們對科學的認識，“前人栽樹后人乘涼”。這讓學生體會科學家精益求精的科學精神、不墨守成規(guī)的批判性思維以及創(chuàng)造性的科學方法。課前預(yù)習可以培養(yǎng)學生的閱讀、理解、分析、綜合等多種能力；培養(yǎng)學生的自主學習能力及良好的學習品質(zhì)；激發(fā)學生的探索求知欲，使其在尋常中發(fā)現(xiàn)不尋常。

（二）課中講解

新課導(dǎo)入部分，在上課之前先請學生觀看資料圖片（見圖1）。2023年5月30日，神舟十六號載人飛船與我國空間站對接，也就是在那一天，神舟十六號與神舟十五號航天員順利完成太空會師。這標志著我國載人航天工程邁入了一個嶄新的發(fā)展階段，那就是載人航天工程邁入了從建設(shè)向應(yīng)用、從投入向產(chǎn)出轉(zhuǎn)變的重要一步?？v觀中國載人航天數(shù)十年的發(fā)展歷程，是一部不斷學習、自主創(chuàng)新、自我超越、勇攀高峰的歷史，是一部矢志踐行航天報國之志的歷史。通過神舟系列載人宇宙飛船堅定學生的科技強國理念，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國夢而團結(jié)奮斗。仔細觀察宇宙飛船，會發(fā)現(xiàn)其兩邊有一對小翅膀，飛船飛行時小翅膀會打開。提出問題：宇宙飛船兩邊的小翅膀是什么？它有什么作用？兩邊的小翅膀就是太陽能電池板，它是把太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，為航天員在太空中的工作和生活提供能源。太陽能轉(zhuǎn)化成電能就是光生電的現(xiàn)象，光生電在物理中被稱為光電效應(yīng)。引出光電效應(yīng)的定義，要求學生區(qū)分內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)。本節(jié)課主要講解外光電效應(yīng)：一定頻率的光照射到金屬上，會有電子從其中溢出的現(xiàn)象。其中溢出的電子稱為光電子，形成的電流稱為光電流。課堂主要從背景及意義、實驗設(shè)計思想、實驗內(nèi)容及注意事項等幾個方面進行講解。

在背景和意義方面，再次提問學生與實驗相關(guān)的物理學家或物理學史，點撥學生養(yǎng)成良好的科學品格。值得一提的是，在測量普朗克常量的過程中也有我國科學家的貢獻。我國科學家葉企孫和導(dǎo)師用X射線精確測量了普朗克常量，他們改進了X射線分光計，提高X射線的強度，用了較窄的狹縫，極大提高了測量精度。他們測量的普朗克常量為h=（6.556±0.009）×10-34J·s（焦耳·秒），被物理學界沿用了16年之久。讓學生體會我國科學家在普朗克常量測量過程中所做的貢獻，增強學生的民族自豪感和歷史使命感。接著講解光電效應(yīng)的應(yīng)用意義。在實踐中，光電效應(yīng)最重要的應(yīng)用是制作光電器件，如光電管、光電池、光電倍增管、光敏電阻等，在航天、公安、光譜測量及控制領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。光電器件已成為生活、生產(chǎn)和科研中不可缺少的器件，在科學技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。讓學生體會到科技的進展與知識的力量。

在實驗設(shè)計思想方面，講解如何用光電效應(yīng)測量普朗克常量［3］。首先，介紹光電效應(yīng)的四條實驗規(guī)律：紅限頻率、瞬時效應(yīng)、頻率關(guān)系和強度關(guān)系。提出經(jīng)典物理在解釋紅限頻率、瞬時效應(yīng)、頻率關(guān)系遇到困難時，量子物理應(yīng)運而生。每當理論與實踐產(chǎn)生矛盾時，新的理論便會誕生。其次，介紹愛因斯坦光電方程，愛因斯坦根據(jù)普朗克提出的量子論受到啟發(fā)，提出光量子（光子）的假說。假設(shè)光在傳播的過程中，能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，一份能量就稱為一個光量子，簡稱光子。一個光子把能量hν傳遞給了一個電子，電子獲得能量之后，一部分克服逸出功W，另一部分轉(zhuǎn)化為電子的動能" " mu2（見圖2）。愛因斯坦光電方程便是能量守恒的方程。讓學生體會近代物理的思想——光的量子性思想。讓學生分組討論如何用愛因斯坦光電方程解釋光電效應(yīng)的四條實驗規(guī)律并進行觀點分享。小組討論可以培養(yǎng)學生的團結(jié)協(xié)作精神，活躍學生的思維，讓人人都參與到課堂中，人人都體會到獲取知識的喜悅。最后，介紹減速電位法測普朗克常量。一個理論的提出必須經(jīng)過實驗的驗證，光電方程提出以后，很多科學家都試圖反駁愛因斯坦的觀點。密立根提出一種創(chuàng)新性的方法——減速電位差，成功驗證了愛因斯坦光電方程并測出了普朗克常量（見圖3）。讓學生感受科學家勇于創(chuàng)新、堅持不懈、鍥而不舍的精神。

講完實驗設(shè)計思想之后進行提問。用學習通里面的選人功能提問：一個光子的能量是多少？用學習通里面的主題討論功能討論：入射光的光強對截止電壓有無影響？為什么？用學習通里面的分組任務(wù)功能進行分組討論：為什么飽和光電流與光強成正比而與頻率無關(guān)？讓學生主動思考，真正參與到課堂教學中，提高學生在教學過程中的參與度。

（三）操作指導(dǎo)

一個實驗不僅要理解其中的理論，還要明白如何操作，只有實踐才是檢驗真理的唯一標準，讓學生明白實驗中要做到知行合一。知識只有在實踐中得到應(yīng)用，才能體現(xiàn)其價值。本實驗所用實驗儀器為ZKY-GD-4智能型光電效應(yīng)實驗儀。教師為學生演示儀器的操作過程，注意手動測試與自動測試的區(qū)別，引導(dǎo)學生思考并講解注意事項：調(diào)零時務(wù)必把微電流輸入端斷開；更換濾光片時，應(yīng)先將光源遮蓋?。粚嶒灲Y(jié)束時，應(yīng)蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋；請勿將電流數(shù)據(jù)“溢出”當作電流為零。實事求是地記錄實驗數(shù)據(jù)。在學習中，我們要誠信對待實驗課，如實記錄數(shù)據(jù)；在考試中，要有誠信精神；以后讀研讀博，走上科研道路，更要踐行科研誠信。在生活中更要如此，誠信是社會主義核心價值觀的一個重要內(nèi)容。

（四）學生操作

教師講解完之后讓學生自己操作并記錄數(shù)據(jù)，教師隨堂指導(dǎo)。實踐出真知，科學離不開實踐。實驗是人類認識大自然的基本途徑之一，也是科學教學中基本有效的方法，更是實施素質(zhì)教育、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、提高實踐能力的途徑。它有利于提升學生的探究能力、創(chuàng)新能力、科學思維能力，培養(yǎng)學生嚴謹求實的科研態(tài)度和精益求精的科學作風。實驗結(jié)束之后要求學生整理實驗儀器。教學是教師和學生雙邊活動的過程，包含教師善教和學生樂學。教師要有目標、有啟發(fā)、有新知、有故事，學生要有興趣、有參與、有思考、有收獲。

（五）隨堂測試

教師在學生操作結(jié)束之后抽查部分學生，對實驗原理及實驗操作進行隨堂就地測試。隨堂測試形式多種多樣，可以采用師生問答形式、組間問答形式、小組搶答形式、實際操作形式等。教師只有在和學生的多種互動中，以學生為主體進行思維碰撞和交流，才能及時掌握學生的學習情況和自己的教學狀況。可以采取積分制，活躍課堂氣氛。

（六）課后討論

教師在學習通平臺上發(fā)布分組討論。例如：實驗中采取哪些措施可以減小測量截止電壓的誤差？如何用此儀器測量在特定單色光入射情況下，光電管的伏安特性曲線？如何設(shè)計實驗，驗證“光電管的飽和光電流與入射光強度成正比”？學生分組討論并完成平臺上的思考與討論題。課后采取分組討論的方式，加強組內(nèi)合作。學生在自主學習、交流拓展的過程中提高交流、溝通、思考及團隊協(xié)作能力。

結(jié)語

本文探索了大學物理實驗“光電效應(yīng)測普朗克常量”的課程思政教學設(shè)計。在教學目標、教學方法、教學過程等方面進行了一些探索。光電效應(yīng)證實了光的粒子性，使人們進一步認識到光的波粒二象性的本質(zhì)，促進了光的量子論的建立并推動了近代物理學的發(fā)展。通過普朗克常量的測定，旨在培養(yǎng)學生的近代物理思想及創(chuàng)新的科學思維；通過介紹光電效應(yīng)在我國航天領(lǐng)域的應(yīng)用，堅定學生的科技強國理念，增強為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢而奮斗的精神。同時，在課堂講解中融入科學精神、社會主義核心價值觀、唯物辯證法、團隊協(xié)作精神等，達成課程專業(yè)目標與思政目標?！按髮W物理實驗”是一門實踐性很強的課程，蘊含豐富的思政元素，教師要精心挖掘課程中蘊含的思政元素，并把思政元素有機融入課堂教學中，引導(dǎo)學生在實踐中塑造良好的科學思維和思想品質(zhì)。

參考文獻

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Teaching Design of Curriculum Ideology and Politics in College Physics Experimental Courses： Taking “Measurement of Planck Constant by Photoelectric Effect” as an Example

LIU Hui， BIAN Jian， FENG Yuan， XIE Yu

（School of Advanced Manufacturing Engineering， Hefei University， Hefei， Anhui 230601， China）

Abstract： Based on the college physics experiment “Measurement of Planck Constant by Photoelectric Effect”， the teaching design of the curriculum ideology and politics is studied. Some explorations have been made in teaching objectives， teaching methods and teaching processes. The introduction of ideological and political elements in teaching aims to cultivate students’ modern physical thinking， innovative scientific thinking， the spirit of striving for the realization of the Chinese Dream of the great rejuvenation of the Chinese nation. At the same time， the scientific spirit， socialist core values， materialist dialectics， and team spirit are integrated into the classroom explanation， with a view to achieving the teaching goal of value shaping， knowledge teaching and ability training. It aims to improve the comprehensive quality of students in an all-round way and realize the fundamental task of building morality and cultivating talents.

Key words： College Physics Experiment; curriculum ideology and politics; photoelectric effect; planck constant