大学物理实验融入思政教育的实例探析_韦维.pdf

第 36 卷第 1 期大学物理实验Vol36 No12023 年 2 月PHYSICAL EXPEIMENT OF COLLEGEFeb2023收稿日期:2022-10-10基金项目:2020 年度合肥工业大学“课程思政”教学改革示范课程项目(KCSZ2020045);合肥工业大学校级教学研究项目(JYXM2006)文章编号:1007-2934(2023)01-0131-05大学物理实验融入思政教育的实例探析韦维，刘彩霞，陈美霞(合肥工业大学 物理学院，安徽 合肥230601)摘要:“课程思政”是高校实现立德树人根本任务的重要举措。大学物理实验 课程是思政教育的良好载体。为了将思政教育思想更好地渗入到大学物理实验教学中，文章对 大学物理实验 进行了课程思政的总体教学设计，并以“牛顿环”课堂教学为例探讨如何将课程思政元素融入到大学物理实验教学的各个环节，给出学生评价，进行教学总结。关键词:大学物理实验;课程思政;牛顿环中图分类号:G 424文献标志码:ADOI:1014139/jcnkicn22-1228202301028大学物理实验 投稿网址:http:/dawushiyanjlicteducn习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面1。高校思想政治工作不仅仅是思想政治教师的在思政理论课上的主要职责，也应该将思政元素渗透到其他各类课程中，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应2-4。“课程思政”指的是充分挖掘非思政课程中的思想政治教学资源，以致高校教育教学被思想政治教育全面覆盖，促进高校教师教书和育人相统一，构造以思想政治理论课为主体、以非思政课程为协同的大思政教育格局5，6。大学物理实验 是高校面向理工科专业学生所开设的一门必修基础课程，内容涵盖力、热、光、电和近代物理等相关内容，知识覆盖面宽，学生受益面广，兼具理论与实践相结合、课内与课外相结合、创新与应用相结合的特征和优点7，8。该课程不仅能让学生在课堂上学到与实验相关的物理学知识和实验方法，掌握实验操作技能，还能通过课外参加各种物理实验竞赛，提高创新意识，锻炼分析问题和解决问题的实践能力，培养团队合作和敬业精神。如果在课内外的教学过程中将思政元素有机融入，可以帮助学生树立正确的人生观、价值观和世界观，成为有社会责任感和使命感的人，最终达到该课程知识传授、能力培养和思政育人的三大目标。总之，大学物理实验 在开展课程思政教育具有先天优势，是思政教育的良好载体和平台。1总体教学设计大学物理实验 课程思政的总体设计方案是充分挖掘思政元素，将其有机融入到课内课外教学活动的各个环节，包括课内的知识传授、操作技能培训与课外的实验竞赛指导，在这些活动过程中，通过教师的言传身教影响学生，引导学生善于观察、勤于思考、勇于攀登、敢于创新，培养学生严谨的科学态度和实事求是的工作作风。课程思政总体教学设计如表 1 所示。表 1 大学物理实验 课程思政总体教学设计简表思政映射与融入点1在实验导入中融入思政元素。通过以下几方面知识点的展开，激发学生的学习兴趣和努力学习、攀登科学高峰的爱国情怀:(1)开设该实验的目的与意义;(2)与该实验相关的背景知识;(3)与该实验相关的科学家精神和人文故事;(4)与该实验相关的应用拓展。2在实验原理中融入思政元素。在理论讲解过程中根据不同的实验内容深入挖掘思政元素并巧妙融入，能让枯燥的理论知识变得丰富有趣，开阔学生视野，让学生认识到物理学所研究的物质运动规律。3在实验操作中融入思政元素。培养学生在实验操作过程中细心耐心的工作习惯，严谨细致的工作态度。培养学生实事求是，一切从实际出发，理论联系实际的物理精神。4在实验总结中融入思政元素。让学生明白归纳总结的重要性。在实验数据处理的过程中要求学生能够实事求是，严谨认真。5在竞赛指导中融入思政元素。培养学生自主学习、研究创新、团队合作和沟通表达能力。续表 1授课形式与教学方法1采用多样化的教学模式。改进传统的课堂教学，通过教学视频录像和多媒体动画课件，丰富课堂教学形式，开阔学生视野。2引入现代化的教学手段。利用 QQ、微信等通讯工具，建立大学物理实验讨论群，让学生之间有一个物理实验学习心得、经验技巧和疑难杂问的交流平台。3实行分基础的多层次教学。将实验内容分为必做和选做两部分，针对不同物理基础水平的学生采用不同的教学要求。预期成效1传授知识目标:让学生掌握实验物理的基本知识、基本原理与思维方法。2培养能力目标:锻炼学生实验操作、数据处理、自主学习、分析和解决问题的能力。3思政育人目标:培养学生严谨的科学态度和实事求是的工作作风，帮助学生树立正确的人生观、价值观和世界观，成为有社会责任感和使命感的人。11课内环节针对不同实验的目的、原理、内容和操作等，从广度和深度两方面充分挖掘其中蕴含的思政元素并将其贯穿于实验教学中，如在课堂上将其融入实验导入、实验原理、实验操作和实验总结等。适当地开展翻转课堂，请学生到讲台上讲述预习阶段准备好的 PPT，激发学生学习热情。合理设计每一个实验的教学模式，找到更加合适的思政映射与融入点，自然融入实验教学中。对授课形式与教学方法等进行改革，收集学生们的评价和反馈，并及时作出调整。12课外环节以物理学科竞赛为契机，将“课程思政”有机融入到课外学生的实验竞赛指导中，充分利用物理实验中心的教学资源开展课外关爱学生活动，组织对物理实验感兴趣、学习主动性强的学生参加国家级、省级和校级等各种物理学术竞赛、实验操作竞赛和创新竞赛等，丰富学生“第二课堂”。在竞赛指导过程中引导学生自主学习，主动思考，培养团队合作精神和沟通表达能力。目前已取得丰硕成果，团队教师指导本科生参加全国大学生物理实验竞赛(包括创新赛和教学赛)、安徽省大学生物理学术竞赛(CUPT)等国家级和省级等各类竞赛，多人多次获得了多个奖项，大大激发了学生学习物理的成就感和荣誉感。本文重点讨论课内环节，以课堂教学典型案例 牛顿环 为例，探讨如何将思政元素有机融入到日常教学的设计中。2典型设计案例 用牛顿环测量透镜的曲率半径21学情分析授课对象:本科二年级理工科学生，已经在普通物理 课程中学习过光的干涉等内容，具备一定的光学理论基础。课程分析:牛顿环实验是大学物理实验中的一个光学基础性实验，几乎所有的理工科大学都开设有这样一个实验。它的重要性首先在于，从原理上讲，它主要是研究光的等厚干涉，这在大学物理理论课上是作为一个重点章节讲述的，通过做相应的大学物理实验，可以加深学生对物理学理论的深刻理解，从实际动手操作中帮助学生学习物理学理论。其次，它不仅是典型的等厚干涉条纹，同时也为光的波动提供了重要的实验证据。再者，从牛顿环实验应用的角度来说，利用牛顿环可以测平凸透镜的曲率半径，入射光的波长以及根据牛顿环的干涉图像和薄膜干涉原理可以判定光学平面的质量。最后，就大学物理实验本身的角度来说，该实验对于加深对等厚干涉及半波损失概念的理解及读数显微镜的使用，发挥了重要的作用。同时也能够培养学生的基本实验技能和提高学生解决实际问题的能力9。教学目标:1)让学生了解牛顿环干涉原理，加深对等厚干涉的理解;2)掌握用牛顿环测量透镜曲率半径的方法;3)掌握读数显微镜的调节及使用方法。重点难点:1)清晰牛顿环图案的调整;2)利用牛顿环测量平凸透镜曲率半径的方法;3)读数显微镜空程误差的消除。22课堂教学设计在实验教学课堂中，主要从以下四个方面融入思政元素:1)在实验导入中融入思政元素课堂讲解首先从日常生活中常见的等厚干涉现象 肥皂泡说起，介绍英国科学家罗伯特胡克对这一现象的研究以及牛顿在制作天文望远镜时对牛顿环的发现。从这里引导学生，科学上的231大学物理实验2023 年任何一个新发现都离不开科学家认真观察、勤于思考、不断探索、善于发现的科学精神，这些精神都是值得学习的。然后给学生介绍在解释牛顿环等厚干涉现象时的两种观点:牛顿的光微粒说和托马斯杨的光波动说 10。给学生讲述托马斯杨没有被牛顿的权威吓倒，敢于破除迷信的故事。从这里引导学生，托马斯杨的这种大胆质疑，勇于挑战权威的精神值得学习。最后在牛顿环的应用方面，给学生讲解牛顿环的几种用途，包括检测光学仪器表面的加工质量，测量透明液体的折射率以及通过曲率半径测量入射光波长等。引导同学们在实验中要大胆开拓思维，敢于创新，换个思维和思路去看问题，就有可能发现事物的另外一面或另一种用途。2)在实验原理中融入思政元素在给学生讲解牛顿环干涉条纹的特点时，引入迈克尔逊等倾干涉条纹与之做比较，分析它们的相同点和不同点。相同点是实验中它们都是一系列明暗相间的同心圆环，并且内疏外密，而且都属于薄膜干涉。不同点在于牛顿环是等厚干涉，而迈克尔逊干涉是等倾干涉，这是它们的本质区别。此外，它们的干涉级次不一样，牛顿环从中央到边缘，干涉级次由小变大，而迈克尔逊等倾干涉条纹从中央到边缘，干涉级次是由大变小;最后，它们的定域位置不一样，牛顿环条纹定域在空气薄膜表面，而迈克尔逊等倾干涉条纹定域在无穷远处。在这里引导学生，有些事物尽管表面看起来一样，其实是有本质区别的，这也揭示了马克思主义哲学中要“透过现象看本质”的辩证唯物论。这告诉在今后的学习和工作中，看事情不能只看表面，还要深挖它的本质。3)在实验操作中融入思政元素实验操作过程中学生需要通过视场范围较小的读数显微镜来测量多级干涉环纹的直径，需要测量多组数据，又加上牛顿环仪本身产生干涉环纹的特点，需要长时间地观察，整个实验过程学生必须把眼睛紧贴目镜，很容易因为眼睛疲劳而引起圆环环数的数错。所以在这里引导学生数条纹时一定要细心加耐心，养成细心耐心的工作习惯，培养严谨细致的工作态度，而且还要有实事求是，不拼凑数据的诚信精神。4)在实验总结中融入思政元素最后环节要求学生对实验数据进行处理。本实验除了可以采用常规的数据处理方法 逐差法来处理数据外，还可以用图解法来处理数据。因为根据关系式 D2k=4k，可看出牛顿环直径的平方 D2k与干涉级次 k 成线性关系。如果以干涉级次 k 为横轴，直径平方 D2k为纵轴画出一条直线，直线斜率即为 4。可见只要把斜率求出，已知入射光波长，也可以计算出曲率半径。从这里可以看出，同一问题可以用多种方法解决，在这里引导学生要学习发散思维，学会从多个角度剖析问题。23教学环节设计1)课前预习在学生的课前预习准备阶段，要求学生仔细阅读实验教材，学会整理出实验所用的原理、方法、实验条件和实验关键，了解以下问题并且完成预习报告:(1)什么叫等厚干涉?有何特点?如何应用光的等厚干涉测量平凸透镜的曲率半径?(2)牛顿环条纹定域在何处?它产生的条件是什么?(3)读数显微镜应如何调整，使用中应注意什么?还要求学生通过网络、图书馆查找资料，把与该实验相关的历史背景知识和科学家的故事引入到课堂教学中来，激发学生的学习兴趣和热情。2)课堂讲解在课堂讲解过程中，通过提问环节，检查学生的预习效果。通过多媒体课件向学生展示该实验的相关背景知识、人文故事、应用拓展、实验目的、原理、内容、仪器、操作、误差分析、数据处理和注意事项等内容，在这个过程中多方面融入思政元素，不仅要让学生掌握基本的实验原理和实验操作技能，还要拓宽学生知识面，激发学生学习兴趣。此外，还可以适当地开展翻转课堂，请学生到讲台上讲述预习阶段准备好的与该实验相关的背景知识，物理学史等，激发学生学习热情。3)课后总结课后引导学生及时对实验进行总结，完成实验报告，在实验报告的整理和数据处理过程中，让学生明白归纳总结的重要性，并且认识到:不是要一个塞满东西的头脑，而是要一个善于分析的头脑，不仅要有知识，更重要的是将知识转化为能力。实验报告要求按时并且独立地完成，不允许有抄袭和拼凑数据的现象，在这个过程中，对学生331第 1 期韦维，等:大学物理实验融入思政教育的实例探析进行诚实守信的社会主义核心价值观教育。3案例成效31目标和成效在大学物理实验教学中融入课程思政教育后，达到了以下目标和成效:首先，实现课程