基于物理学史的《大学物理实验》思政融入初探

基于物理学史的《大学物理实验》思政融入初探

黄,丽

（武警警官学院，四川成都，610213）

【摘 要】新时代推进《大学物理实验》课程思政建设，是落实“立德树人”教育理念、推进课程改革的必然选择。本文以物理学史的思政融入为例，首先分析了《大学物理实验》课程物理学史融入的必要性，然后从教育理论、理论研究和教学实践三个方面讨论了物理学史融入方法，最后以“用光电效应测定普朗克常数”一课为例，具体说明物理学史融入，切实推进《大学物理实验》课程改革。

【关键词】物理学史；大学物理实验；课程思政

【中图分类号】G641            【文献标识码】A

《大学物理实验》是军队院校高等教育（本科）科学文化模块的一门必修课程，是一门进行系统实验方法和实验技能训练的实践课，也是“课程思政”的良好载体和平台，在大学物理实验教学中开展思政课程教学是十分必要的。课程内容很大程度上建立在物理学发展史和实验发展史上，有的学员最初对实验兴趣不大，但偏爱某位科学家，从而对某个实验心生向往。物理学史是物理学在历史进程中的发展过程，是人类对自然界各种物理现象的认识史、研究史，也是体现物理科学家精神、科学研究方法的一门科学，因此基于物理学史对大学物理实验课程内容进行改革，激发学员学习实验的兴趣，培养学员的科学实验能力、严谨的工作作风和创新意识，提升学员的科学实验素养，践行“立德树人”育人理念。

1.物理学史融入的必要性

作者在教育实践过程中发现，部分教员和学员较难认同课程思政教育理念，特别是对于理工科课程，认为课程思政建设枯燥、没必要。教师队伍是课程思政建设的主体力量，理工科的知识专业化程度很强，逻辑概念较为明确，在课堂上将思政元素纳入课堂教学之中比较困难。同时，物理专业的教员知道一些物理学史的内容，但是自学的内容没有连续性，导致目前的《大学物理实验》课堂中，物理学史的思政融入不系统、不准确、不自然，课程思政效果不佳。

2020年合肥工业大学的韦维等和大连工业大学基础教学部的刘玉洁等，两篇文章均首先讨论了大学物理实验课程实施思政教学的必要性，然后就大学物理实验课程实施思政教学的途径进行了探索，给出了一些比较详细的案例，并将这些案例加入到实验预习、实验讲解、实验操作和实验总结中。文章提到了以上的问题，但是对于问题的解决并没有给出直接、系统的解决方案。还有一些期刊文章提及了大学物理实验课程物理学史的思政融入，但是不细、不详、没有具体案例。江西师范大学梁小康在2015年对“物理学史”融入课堂的教学模式进行了研究，但他研究的是中学物理，也没有提及课程思政思想。近几年有很多学位论文研究“课程思政”，如马克思主义学院的王明慧，对高校课程思政建设的现状及对策做了研究，但这类研究大多从宏观的角度讨论，没有涉及大学物理实验课程，也缺乏思政融入的具体做法。

综上所述，为使学员学习物理科学家先驱前辈们的德育情怀、坚持真理等科学家精神和科学的研究思路，通过所学知识应用于生活、学习、解决问题，培养学员的科学素养和创新意识，《大学物理实验》基于物理学史的思政融入非常必要。

2.物理学史融入方法

物理学史是基于真实的物理研究历史，具有不争的事实性，基于物理学史的思政融入，是物理学的通用思政方法，既可以应用于《大学物理》课程，也同样应用于《大学物理实验》课程。

第一，在教育理论上，教育心理学认为，兴趣是一个人倾向于认识、研究获得某种知识的心理特征，是推动人们求知的一股内在力量，可以说人的注意力、观察力、思维能力、记忆力乃至想象力都和兴趣有关。有兴趣就能使人的认识、理解、记忆处于最佳状态。现代科学研究证明，人脑是一个耗散系统，学生只要对学习有兴趣，就可以使大脑系统处于开放状态，兴趣越浓，信息输入量就越大。教育学认为，学生是重要的教育资源，学生是天生的学习者，有主动获取知识的要求，有强烈的探究的欲望和能力基础。习主席在二十大中明确提出，要坚持问题导向，而对学生资源的开发，也无过于培养其问题探究的意识，通过激发学生的内动力，促进其主动参与学习的过程，发展能力的有效方法。

第二，在理论研究上，坚持“开小口，挖深井”，从物理学史的角度深入系统的研究大学物理实验课程思政改革方式方法，使学员学习理工科先驱前辈的德育情怀、坚持真理等科学家精神和科学的研究思路，通过所学知识实际指导学习生活，培养学员的科学素养和创新意识。通过资料收集整理，总结物理学史的思政元素，将具体的、典型的思政元素融入对应的教学内容，形成课程思政教学案例，并将教学案例在大学物理实验课堂中实践，优化、完善教学案例。查阅物理学史相关的书籍、教材、科学研究论文、学位论文、专业学科网站等，重点关注真实的历史科学研究事件，包括涉及的科学家、研究背景、科学家精神、研究条件、研究方法等等，要做到实事求是。

第三，在教学实践上，物理学史融入课堂的同时，以问题导向讲解科学家故事、科学研究方法和科学思维方式，激发学员学习兴趣，激发学员的探索精神，培养和提升学员的科学素养。

3.物理学史的思政融入举例

“用光电效应测定普朗克常数”是《军队院校教学大纲》中规定的综合性必做实验，该实验适用于物理学史思政融入。

首先交代光电效应的时代背景。17世纪，对于光的本质这个问题，物理学界形成了两大对立学说，一个是以牛顿为代表的微粒说，这种理论认为光的本质与通过它反射而可见的实体物质一样，是一种粒子。另一个是以惠更斯为代表的波动说，他认为光线在一个名为发光以太（Luminiferous ether）的介质中以波的形式四射，并且由于波不受重力的影响，光会在进入高密度介质时减速。由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占据上风。19世纪初，托马斯·杨利用光的双缝干涉证明了波动说的正确性，而在19世纪末，光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说，即光具有粒子性。

然后具体说明光电效应的实验背景。1887年，赫兹做实验时发现两个锌质小球之一用紫外线照射，在两个小球之间非常容易跳出电火花。赫兹的助手勒纳德研究并总结了光电效应实验规律。爱因斯坦利用光子假设成功地解释了光电效应，说明光既具有波动性，又具有粒子性（波粒二象性），对理论物理的发展做出了贡献，他因此获得1921年诺贝尔物理学奖。密立根对爱因斯坦的解释提出质疑，他设计实验去验证，做了10年实验，最终证明爱因斯坦是正确的，他支持科学、尊重科学的态度值得我们学习。

最后以光电效应的历史研究为脉络，讲述光电效应从发现实验现象、总结实验规律到探究理论解释的详细过程，其中包括许多科学家试图在经典电磁理论的框架内对光电效应进行解释，却发现存在许多矛盾，如截止频率的矛盾、初动能问题的解释和光电子逸出瞬时性的矛盾。接下来以历史发展的顺序，讲述爱因斯坦因因受到普朗克量子假设启发而提出的光量子理论解释，介绍光电效应方程的意义，以及再次利用光量子概念解释截止频率、初动能和光瞬时性问题。至此，人们确立了光的粒子性，对认识光的波粒二象性有着重大的意义。

“用光电效应测定普朗克常数”只是《大学物理实验》中的一个普通实验，物理学的发展必定是建立在实验研究和理论研究上的。美国物理学密立根曾说：“科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验。有时一条腿走在前面，有时另一条腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前进。”可见理论和实验是支撑物理学向前发展的两条强力支柱，物理学史也是实验的发展史。作为军校教员，将物理学史、物理学家的故事、物理学的研究方法有机融入到《大学物理实验》教学中刻不容缓，有效推进《大学物理实验》课程思政建设，践行“立德树人”教育理念。