科學思維賦能大學物理課程思政探索

周宏麗 王文波 曲忠偉 圣宗強

摘 要：科學思維賦能大學物理課程思政旨在提高大學物理課程教學效果，改變其“硬融入、兩張皮”現象，真正落實立德樹人根本任務?；趯ξ覈咝Ｈ嫱七M課程思政建設緣由、現狀及存在問題的探討，文章闡述了科學思維賦能大學物理課程思政的內涵及功能，并結合具體教學案例證明在大學物理課堂教學中運用科學思維開展課程思政能夠有效提升教學成效。研究表明科學思維在大學物理專業知識教學和思政育人兩方面具有高維度和網的功能，能使二者相互促進從而構成有機整體。

關鍵詞：科學思維賦能；課程思政；大學物理

中圖分類號：G641? 文獻標識碼：A? 文章編號：

1672-1101（2023）05-0090-06

收稿日期：2022-10-11

基金項目：安徽省教育廳高等學校省級質量工程項目：新時代立德樹人教育背景下大學物理課程思政建設課堂教學模式研究與實踐（2020kcszyjxm070）；安徽理工大學線上教學示范課堂項目：靜電場電場強度

作者簡介：周宏麗（1979-），女，黑龍江哈爾濱人，副教授，博士，研究方向：微納光學。

On Scientific Thinking Empowering Ideological and Political Education of College Physics

ZHOU Hongli1，WANG Wenbo2，QU Zhongwei1，SHENG Zongqiang1

（1.School of Mechanics and Optoelectronic Physics，Anhui University of Science and Technology， Huainan， Anhui? 232001， China;2.School of Mathematics and Big Data， Anhui University of Science and Technology，Huainan， Anhui? 232001，China）

Abstract： The aim of scientific thinking empowering? ideological and political education of college physics? is to improve its teaching effect， change the “hard integration， inconsistency” phenomenon， and then truly achieve sustainable development. Based on the discussion of the reasons， current situation and existing problems of promoting the ideological and political construction of curriculum in colleges and universities， this paper expounds the connotation and function of scientific thinking empowering? ideological and political education of college physics， and proves that the employment of scientific thinking to carry out curriculum ideological and political construction in college physics teaching can effectively improve the teaching effect. The research shows that scientific thinking has the function of high dimension and network in both aspects of? professional knowledge teaching of college physics and ideological and political education， which can make the two promote each other to form an organic whole.

Key words：scientific thinking empowerment; ideological and political education; college physics

新一輪信息技術革命產生的顛覆性突破，不但讓人們認識到“思維教育是伴隨著以人工智能、大數據等為代表的信息技術飛速發展而出現的一種教育形態，以培養和發展受教育者的思維能力為核心”［1］，而且為傳統教育模式的變革與創新提供了新的機遇，借機產生的課程思政實踐活動在各個學科蓬勃興起。在國內外政務、商務、司法等各種大小談判桌上，在法律法規、書籍、廣告等各種文案中，在管理、社交、科技創新中，甚至是在一場有知名度的時裝秀中，科學思維的編排邏輯盡顯，思維的作用和魅力無處不在?？茖W思維是由馬克思和恩格斯提出的，也叫科學邏輯，即形成并運用于科學認識活動、對感性認識材料進行加工處理的方式與途徑的理論體系；它是真理在認識的統一過程中，對各種科學的思維方法的有機整合，是人類實踐活動的產物。思維包括邏輯思維或抽象思維、形象思維以及靈感三大類［2］。我們從不同的角度，可以對思維進行不同的分類，形成不同的名稱，如市場思維、創造思維、批判性思維以及系統思維等?！叭藗儚牟煌慕嵌葘λ季S進行研究和描述，進行歸納分類，……對一般人來說，叫什么名字并不重要。只要是科學思維，都應當提倡和推廣?！保?］物理學是研究物質結構相互作用及其運動規律的科學，是科學技術中具有引領作用的基礎學科。思維能力在個人能力中具有舉足輕重的地位，而物理思維的品質對思維能力的提升具有重要作用。在實現國家富強、民族振興、人民幸福的偉大征程中，引領大學生樹立正確的“三觀”與掌握知識、技能同樣重要。精神世界的健康、豐富程度是與現實生活中的實用性相互作用相互影響的。然而，作為一門自然科學課程，當前大學物理課程思政建設雖成效明顯，但也存在不少亟待解決的問題。正如劉志鵬等所指出，“大學物理屬于自然學科，不少物理教師對大學物理課程思政的源起和內涵理解不到位，不僅影響落實課程思政的積極性，而且導致對課程深層次思政元素的提煉和挖掘不夠”［4］。因此，本文擬首先探討我國高校全面推進課程思政建設的緣由、現狀及存在的問題，然后結合大學物理課程思政建設分析科學思維賦能大學物理課程思政的內涵及其功能，最后以線上教學示范課堂案例進行教學實踐，驗證該教學方式的可行性。

一、我國高校全面推進課程思政建設的緣由、現狀及存在的問題

（一）我國高校全面推進課程思政建設的緣由

首先，國家發展需要高校堅持為黨育人、為國育才?！肮沤裰型?，每個國家都是按照自己的政治要求來培養人的，世界一流大學都是在服務自己國家發展中成長起來的?！保?］進入新時代，我國經濟快速發展，國際地位日漸提升，黨領導中國人民日益走近世界舞臺中央。然而，當今世界正經歷百年未有之大變局，保護主義、單邊主義上升，霸權主義和強權政治在國際政治、經濟、科技、安全等領域仍然存在并有新的發展，經濟全球化遭遇逆流。作為維護世界和平的中流砥柱，中國要為世界的穩定繁榮貢獻更多中國智慧和力量，必須打造具有中國特色的人才自主培養體系，全面提高人才自主培養質量，把自身建設得更加繁榮富強。高校全面推進課程思政建設，其目的就是為黨育人、為國育才。其次，課程思政是落實立德樹人根本任務的關鍵舉措，是高校人才培養理念和方式的重大創新。2012年黨的十八大報告明確把“立德樹人”作為教育的根本任務。立德樹人是樹立德業，培養人才。古人總結商亡的教訓，認識到了德的重要性，提出了一整套關于德的說教——德之說，即《尚書·周書·康誥》對康叔所言“告汝德之說于罰之行”。德從遠古延續到現今，一直是中國傳統思想文化中最為重要的概念之一，是中國幾千年政治與倫理思想的基本內涵。道德是做人的根本，古人為人處事“三立”原則之首即為“立德”。21世紀以來，我國經濟高速增長，國際地位顯著提升。然而，發展的背后總會隱藏著一些危機，其中，核心價值觀缺失、自我為中心、低俗化等問題在青年大學生群體中逐步凸顯。毛澤東曾提出：“一定的物質基礎之上，思想掌握一切，思想改變一切；教育工作是思想工作，是要解決學生的精神世界的問題?！保?］高等教育就是要解決青年大學生精神世界的問題，通過采取一系列行之有效的教育教學手段，培養青年大學生成為信念堅定、專業過硬、全面發展、勇于奉獻的時代新人，做當代有理想、有學識、有道德、有擔當的“四有”大學生，引領他們將理想融入中華民族偉大復興中國夢，做社會主義事業的合格建設者和可靠接班人。育人是一個系統工程，每門課程都是高校思政育人系統工程里面的一個因子，所以高校要把思想政治教育貫穿于教育教學全過程，實現全員全程全方位育人，統籌推進思政課程和課程思政建設，實現各類課程與思政課程同向同行。

（二）我國高校全面推進課程思政建設現狀及存在的問題

近5年，各地高校課程思政建設如沐春風、如火如荼。以“課程思政”為關鍵詞在中國知網進行搜索，可以發現近5年有關學術論文數量呈逐年增加趨勢（如圖1所示）。尤其值得注意的是，課程思政類學術論文重要學術期刊發文量及其期刊文獻總數占比也同時呈現遞增趨勢?；仡櫧?年高校課程思政建設相關研究成果，研究視域逐步拓寬，研究方法持續更新，研究問題逐漸深刻，課程思政建設的內涵不斷豐富。具體到大學物理課程思政建設來看，2021年7月教育部評選出課程思政示范課程699門，普通本科教育有300門，其中以大學物理為名稱的有6門，若加上以普通物理為名稱的示范課程，實際上作為公共基礎課的大學物理共有8門課程思政示范課程，占普通本科教育課程思政示范課程總數的2.7%［7］，這表明大學物理課程思政建設已初具規模。

課程思政建設在取得顯著成效的同時，還客觀存在不少亟待解決的問題。如，王小力指出，“目前，對開展課程思政建設尚存有一些認識誤區和盲區，課程教學與思政教育、教書與育人‘兩張皮現象尚未得到根本解決。課程教學中如何融匯和體現科學思想、科學精神、科學方法、人類進步、家國情懷、人文價值等，都還存有不同程度的模糊認識和差距。其問題實質是，站位不高”［8］。徐初東等指出，“如何找到契合點，使思想政治教育水到渠成地融入大學物理教學，既不牽強附會，也不喧賓奪主，做到知識傳授與價值引領有機融合、相輔相成，存在困難和挑戰”［9］。李爽等指出，“對課程思政的定位、育人元素的挖掘和提高教師課程思政的意識和能力等方面還存在一定程度的認識局限和實踐困惑”［10］。綜合學者們的已有研究可以發現：教師育人能力不足、“兩張皮”、思政元素硬融入等是當前課程思政建設面臨的主要問題。對于大學物理課程來說，本文認為，在以教師為主導、學生為主體的教育過程中，科學思維賦能大學物理課程思政是解決上述問題的殺手锏。

二、科學思維賦能大學物理課程思政的內涵

科學思維也叫科學邏輯，是人類智力系統的核心，是人類在學習、認識、操作和其他活動中所表現出來的理解、分析、比較、綜合、概括、抽象、推理、討論等所組成的綜合思維，包括理性思維和非理性思維?？茖W思維與大學物理思維有共性，如邏輯性、立體性、系統性等，但相對大學物理思維，科學思維是更高維度的?！百x能”意指賦予能力和使能夠。本文所說的賦能是指“為行為主體實現既定目標而提供一種新的方法、路徑或可能性”［11］。所謂科學思維賦能大學物理課程思政，是指基于高等教育未來可持續發展視角，本著“培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人”［12］的初心，抓住以人——學生為本，重視環境、榜樣的作用，遵從個體思維差異，提升大學物理的教學質量，創新課程思政思路和方法，使大學物理課程思政協同高效，進而真正落實高等教育立德樹人根本任務?？茖W思維屬于高等思維認知層次，將科學思維全面融入大學物理課程思政建設，有助于持續有效地推進大學物理課程思政教學創新發展，真正踐行價值引領、知識傳授、能力培養三位一體人才培養模式，引領學生開啟德才兼備的智慧之門。

大學物理課程思政的特殊性在于，它是在以引導學生探究自然科學規律為主線基礎上開展的思政教育。當科學思維、大學物理課程教學與課程思政三者耦合時，大學物理課程思政建設將如魚得水。傳統大學物理課堂教學僅涉及對學生進行邏輯思維能力、抽象思維能力的培養，教師在教學過程中既是主演又是導演，很少考慮學生個體的思維差異、實踐感受，學生被動接受教師呈現的公式推導、結論及思政育人理論，課堂學習過程似機器運轉，比較枯燥。而科學思維賦能大學物理課程思政課堂教學，主要是指教師運用科學思維將思政教育融入大學物理課堂教學。其基本設計流程為：首先，導入“科學發展過程中科學家那些值得探尋的不同思路和故事”［13］，并設置問題，問題涉及物理專業知識與思政教育兩方面，以激起學生好奇心；其次，遵從學生個體思維發展規律，讓學生自由分組針對問題進行討論，引導學生勇于說出自己的想法、作出科學判斷和推理；再次，引導學生進行數學建模，推導結果；從次，理論推導完成后，利用學生小組制作的課堂演示實驗教具進行驗證；最后，總結結論和規律，實現課堂教學高階“五重境界”［14］。

三、科學思維賦能大學物理課程思政的功能分析

傳統大學物理教學模式重教材知識硬性灌輸，輕實踐教學，且有逐步與社會需求脫節的傾向，導致學生學習缺乏積極性、主動性。而在科學思維賦能大學物理課程思政這種教學形式中，教師運用科學思維進行教學設計，課堂教學與實踐教學相結合，專業知識傳授與思政育人相結合，實現了積極主動適時融入思政教育，做到了專業課與思政課同向同行。

在這種教學形式中，學生取代教師成為教學活動的主體、主演，教師角色轉換成一個睿智的引導者；教師運用戰略思維全面系統把握大學物理課程教學目標和思政目標，基于學生個體思維發展規律設計問題，運用科學思維方法引導學生分析問題、解決問題；無論是學習過程中產生的知識把握問題，還是社會實踐、人際交往中產生的溝通交流問題，都會在教師的指導下得到圓滿解決。這種教學形式突破了傳統課堂教科書式講解的桎梏，提高了學生學習的積極性、主動性，不但能夠有效提高學生學習效率，而且能夠幫助教師把思政教育融入大學物理實踐課程，不但能夠培養學生辯證思維能力、邏輯思維能力、系統思維能力、創新思維能力、語言文字表達能力、團結協作能力、人際交往能力以及科學精神、奮斗精神，提升學生思想道德素質與人文素養，還有助于強化學生憲法法治意識與國家安全意識、堅定學生理想信念、厚植學生愛國主義情懷。

四、教學實踐探索——以大學物理“電磁學”部分的開篇為例

科學思維賦能的過程是一種以科學思維為核心的理性邏輯和非理性邏輯重塑的過程?？茖W思維賦能大學物理課程思政的關鍵在于，教學過程中如何基于科學思維將課程思政巧妙融入大學物理的課堂教學，使之成為一個有機整體，發揮出科學思維高維度和網的作用。教師要從學好物理知識需要理性思維、創新基礎科學教育需要理性思維和非理性思維、引領心智發展需要理性和非理性思維交叉融合等視角研究大學物理課程思政提質增效的方式方法。下面以大學物理中“電磁學”部分的開篇為例進行教學實踐探索。

電磁學起源于18世紀，主要研究電磁波、電磁場以及有關電荷、帶電物體的動力學等。電磁學是芯片集成電路的基礎，學好基礎知識，才能掌握模擬電路、數字電路、半導體物理、集成電路等理論。因此，開篇能否激發學生學習興趣，直接影響著后續學習的教學成效。

（一）大學物理中“電磁學”部分的開篇課堂教學設計方案

1.導入。播放兼具視聽美感的“2nm芯片GAA架構突破物理極限”視頻激發學生學習興趣和好奇心。

2.設問。點電荷、試探電荷的區別有哪些？你能列舉生活中有關點電荷、試探電荷應用的例子？你從我國半導體高端技術尤其是芯片技術的發展歷程中感悟到什么？對我國半導體技術研發作出卓越貢獻的科學家你最敬重哪位？為什么？

3.分組討論。5人自由成組討論上述問題。

4.小組交流。各小組派1名學生代表陳述小組觀點后相互交流。

5.重點知識講解及公式推導。

（1）引導學生由熟知的庫倫定律推導電介質中點電荷受力公式。

首先，由庫倫定律導出真空中點電荷受力公式。庫倫定律

F=kq1q2r2（1）

式（1）中，k≈9.0×109N·m2/C2是靜電力常數，且

k=14πε0（2）

式（2）中，ε0=8.85×10-12C2/（N·m2）是真空中介電常數；將式（2）帶入式（1）可導出真空中點電荷受力公式

F=14πε0q1q2r2 （3）

其次，由真空中點電荷受力公式導出電介質中點電荷受力公式。

將式（3）中的真空中介電常數ε0換成電介質中介電常數ε；

ε=ε0εr（4）

式（4）中，εr為相對介電常數；由式（3）和式（4）推導出電介質中點電荷受力公式

F=14πεq1q2r2（5）

教師在引導學生推導電介質中點電荷受力公式過程中，自然而然地引出有關重要物理量的知識介紹，如真空中介電常數ε0、電介質中介電常數ε、相對介電常數εr、真空中磁導率μ0=4π×10-7N/A2、光速公式C=1ε0μ0與C=3.0×108m/s等，為后面學習靜電場中電介質、光學部分知識打基礎。此外，教師還可借助PPT，圖片展示電荷電量的量子化（Quantization）概念，為后期理解光量子概念打基礎。

（2）引導學生討論如何由已知電場強度定義式、點電荷受力公式（5）推導點電荷電場強度（Electric Field Intensity）公式。由電場強度定義式

E=Fq（6）

在點電荷q1產生的電場中，任意位置放置試探電荷q2，q2對應式（6）中的q；將式（5）帶入式（6），可推導出點電荷在空間任意一點產生的電場強度公式

E=14πεq1r2（7）

獲得此公式后，教師可提出擴展性問題：使用式（7）時是否需帶入電性？

（3）引導學生小組討論并推導“點電荷系”在空間任一點產生的場強公式。即，由前面所推導的一個點電荷q的電場強度定義式（6）推導多個點電荷構成的點電荷系的電場強度。式（6）中的力F是所有點電荷受力的矢量和，即

F=∑n1Fn（8）

將式（8）帶入式（6），再根據式（5），即可得到重要的電場強度疊加原理：

E=∑n1En（9）

6.數學建模。以“求電偶極子（electric dipole）延長線上任一點的電場強度”為例指導學生進行數學建模。首先，網絡查詢電偶極子內涵，明確它的定義、方向、表征方式，引導學生全面深入認識這個重要物理模型；其次，利用點電荷在空間任一點場強公式、場強疊加原理進行數學建模。由于前面已經推導過單個點電荷、點電荷系在空間任一點的場強公式，所以學生可獨立完成。學生完成此建模后，教師可進一步拓展到均勻連續帶電體，使問題進一步復雜化。例如，求有限長均勻帶電細桿延長線上a點處場強、均勻帶電圓環軸線上任一點場強、均勻帶電圓盤軸線上任一點場強等，指導學生借助“切割的思想”，小組討論并進行數學建模。

（二）教學設計方案小結

專業知識傳授方面，在上述教學設計中，教師作為課堂教學的設計者，積極發揮引導、組織作用，遵循學生的認知規律，嚴格按照從簡單到復雜、由已知到未知原則設計問題。學生由被動接受者轉變為積極參與者、執行者，成為學習過程中的“主角”，通過小組討論與發言不僅提升了辯證思維能力、邏輯思維能力與創新思維能力，還提高了語言表達能力與團結協作意識。

從思政育人角度來說，此節知識點有較多可融入思政元素之處。如，可由導入視頻引出華為5G芯片被“卡脖子”事件，以及“中國龍芯之母”黃令儀院士80歲高齡仍奮戰科研一線為國鞠躬盡瘁、無私奉獻的科研經歷等，引導學生思索我們應如何應對當前美西方國家對我國進行半導體技術尤其是高端芯片技術進行封鎖，用科學家精神涵養大學生報國情懷，引導學生樹立為我國科技事業發展貢獻力量的遠大理想。

五、結束語

提倡科學思維就是堅持利用科學規律、堅持以學生為本、堅持遵從個體思維差異發展。大學物理教師要準確把握科學思維賦能大學物理課程思政的內涵，運用科學思維精心設計課堂教學，充分發揮科學思維高維度和網的力量，使知識傳授和思政育人相輔相成、相互促進形成一個有機整體。將科學思維融入大學物理課程思政，十分契合這個既要用腦又要用心的時代要求。

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［責任編輯：吳曉紅］