课程思政 | 北师大“普通物理实验”：格物致知育新人
发布时间：2020-07-03
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北京师范大学物理学系李晓文老师在讲授本科生专业课程“普通物理实验”过程中，深度挖掘和提炼专业知识体系中蕴含的课程育人元素，从价值引领、品质培养、兴趣激发等多方面发挥课程的育人功能。
物理学既是科学，也是文化。物理学的基本观点是人们自然观和宇宙观的重要组成部分，是社会的一般知识、一般意识形态的重要组成部分。在物理学专业基础课程中，启发、引导学生去思考物理中的人文思想，可以帮助学生树立正确的世界观，形成崇高的人生追求。
“普通物理实验”是物理学专业学生的专业基础课，授课对象是大一下大二上的学生，这个阶段正是学生职业理想和职业道德教育的关键时期。经过十二年的竞争进入大学，没有了升学这样明确而迫切的目标，有的学生对前途感到迷茫，缺乏动力；有的学生对专业缺乏认识，没有认同感，因而提不起学习的兴趣，也缺乏坚强的意志去克服学习中遇到的困难。为解决学生这些思想问题，帮助他们更好地成长，我尝试在“普通物理实验”教学过程融入物理人文思想,在传授物理知识的同时对学生进行价值引领。
下面我从课程育人元素和价值引导的方式两方面，介绍在“普通物理实验”中进行课程思政建设的探索和实践。
物理学实验课程的育人元素
(一)利用中国历代物理学家的贡献，激发学生的爱国情怀，加强民族自豪感和文化自信
我国的物理学史，从举世闻名的四大发明到现代尖端技术，特别是近现代中国物理学家成就以及他们的事迹，近十几年国家对科研的重视和加大投入，都是爱国主义教育的素材。
比如，在几何光学实验中，我介绍了墨翟的《墨经》，无论就时间还是科学性而言，都称得上是有关光学知识的最早记录，比欧几里得的《光论》早了一百多年。在霍尔效应实验中，我特别介绍薛其坤院士于2013年首次在实验中发现反常量子霍尔效应，杨振宁评价这是一个诺奖级别的发现。这些事例，激发了学生的爱国情怀，增强了他们的民族自豪感。薛其坤院士三次考研七年博士的经历鼓励了学子们勇敢地去追寻梦想。
（二）利用科学精神，引领学生树立崇高的人生目标、培养坚强的意志品质
物理学的发展史，是一代代物理学家孜孜不倦地追求真理的发展史，每个物理发现的背后，都有物理学家为追求崇高价值锲而不舍的故事，这些感人的故事，可以启发大学生思考人生的价值和意义，激励他们树立崇高的人生目标，鼓励他们为实现人生目标勇敢地奋斗。我挖掘了与普通物理实验项目相关的物理学发展史，并将相关的物理学史加入到实验教学中，在传授物理学知识的同时传承科学精神，关注科学精神对学生学习目标、生活目标及个人意志品质的影响。
在夫琅禾费衍射实验中，我引入衍射现象研究过程以胡克和惠更斯为代表的波动说与以牛顿为代表的微粒说关于光的本质的争论。这一段历史，传达了一代代物理学家追求真理、实事求是、不惧权威的科学精神。
（三）利用科学思想与方法培养学生优秀的思维品质
科学理论的形成离不开科学思想的指导和科学方法的应用，正确的科学思维和科学方法是认识世界的手段，是创新、发明的必要条件。每个实验都包含美妙的物理思想和奇妙的研究方法，在教学过程引导学生体会、总结和提炼所做的实验包含的物理思想和使用的研究方法，培养学生优秀的思维品质和正确的工作方法，引领学生享受物理的情与趣，欣赏物理的妙与美。
做光电效应实验时，学生们还没有学习量子力学。在实验过程，我通过精心设计的一个个问题，引导学生去认识光的量子性这一深邃的物理思想；并通过讨论，让学生慢慢理解波动性和粒子性是光在两个不同层次上的性质，二者看似矛盾，实际上是统一的，学会辩证地思考问题。在解释实验内容时，适时地向学生讲授定量分析、契合法和共变法等科学研究方法。
（四）认识物理学对社会发挥的作用，提升学生自我价值认识
物理学广泛而深刻地影响着人类社会，改变了世界。物理学科为应用技术提供了理论基础，对工程和技术的发展产生了巨大推动力，引起了传统社会生产方式和产业结构的巨大变革，并向各个领域渗透，推动社会的发展，导致了人类生活方式的变化，改变了世界面貌。我在课程中引导学生认识自然、社会中与实验项目相关的现象、与实验项目相关的物理知识在科技及日常生活中的应用、给人类生活带来的变化，提高学生作为物理学学习者及未来物理学工作者的自豪感，提升对自身价值的认识和肯定，提高学生的自信心，减轻对前途的迷茫和无助感。
在偏振光实验中，引入偏振概念时，我们讲到动物与偏振光，举了翠鸟捕鱼、蜜蜂的摇摆舞、非洲粪金龟、螳螂虾隐私通信的例子。讲到人类日常生活利用偏振光的例子，如立体电影、液晶显示器、偏光太阳镜、汽车挡风玻璃等例子。讲到偏振在科学技术领域的应用，比如电光开关、应力测量、偏振遥感探测等。引入这些例子，让学生认识到物理既有趣又有用，提高学习的兴趣，提升学生对专业的认可度，坚定学习物理的决心和信心，提升学生作为物理人的价值感。
科学和技术是人类为求生存而发展起来的强有力的工具，然而它又是把“双刃剑”，既有造福人类改变世界的正面作用，也有危害人类改变世界的负面效应。在引领学生认识物理学给人类生活带来的正面影响的同时，引导学生认识科学技术负面效应造成的史无前例的大量危机，思考人类应该如何正确地有节制地应用科学，关爱自然、关爱人类，这也是物理人的人生价值的体现。
教学全过程的育人方式
成功的实验教学，会让学生获得许多能力和心理体验，在“润物细无声”中影响学生的人生观和价值观。在知识传授过程如何实现有效的价值引导，我尝试过以下方式：
（一）讲授及讨论
每个实验项目蕴含的物理思想、使用的研究方法，适合在做实验过程面对面地引导学生进行思考、讨论，然后加以归纳总结。
（二）网络平台
利用课程网络平台开设了“影视中的物理实验”及“三色书屋”主题论坛。
⒈“影视中的物理实验”主题论坛介绍学生观看涉及物理实验的影片，然后展开讨论，引导学生思考日常生活中的物理及物理实验在日常生活中的应用，提高学习的兴趣，激发学生的创作热情。
⒉“三色书屋”论坛向学生推荐一些物理人文方面的书籍，师生就阅读进行交流，旨在提高学生的科学及人文素养。
影视、书籍是生活的调剂，学生们热情很高。学生们反映，用物理的眼光看电影、用人文的眼光看物理是一种新颖的体验，提高了他们的科学文化素养和探究能力，更多的学生表示对物理的兴趣和好奇心提高了，愿意继续深造。
（三）课后作业
一些内容可以做为课后作业。比如，全息照相实验，留的作业是“调研全息技术的应用”。学生们讲到全息干涉计量、全息光学元件、全息显微术、模压全息、超声红外及微波全息，讲到全息在医学诊断、舞台设计、工业检测、军事等方面的应用，大部分作业都是内容丰富详实的调研报告。通过调研，学生们不仅开阔了知识面，加深了对全息技术的了解，也深刻地体会到全息丰富了人类社会的技术，丰富了人类的生活，提高了学习物理的兴趣，也提升了作为一个物理人的自豪感。
（四）实验室展板
把物理学家生平故事，重要的、经典的实验做成展板，丰富实验室的文化氛围。
小结
爱因斯坦曾说："科学对于人类事务的影响有两种方式，第一种方式是大家熟悉的，科学直接地，并且在很大程度上间接地生产出完全改变人类生活的工具；第二种方式是教育性质的，它作用于心灵。尽管草率看来，这种方式好像不太明显，但至少同第一种方式一样锐利。"物理学课程思想政治元素在塑造学生的世界观和价值观方面发挥着独特的、不可替代的作用。在创造、获取知识的过程中，科学家的理想信念、科学精神和人文情怀是滋养学生健康成长的养料。
（北京师范大学物理学系 李晓文副教授）