面向拔尖創新人才培養的基礎學科教學模式改革
——以大學物理課程為例*

李 紅 楊新建

（中國石油大學（華東） 理學院，山東 青島 266580）

一、序言

基礎學科是國家創新發展的源泉、先導和后盾，基礎學科人才特別是拔尖人才是國家長遠發展的戰略力量，培養基礎學科拔尖人才是高等教育強國建設的重大戰略任務［1］。 2009 年，教育部聯合中組部及財政部啟動實施“基礎學科拔尖學生培養試驗計劃”。 入選高校和非入選的一些高水平研究型大學紛紛響應，積極探索，在拔尖學生遴選、管理機制、培養方式、師資配備、教育資源支持［2］以及加強國際化培養等方面初步形成了一套有效機制［3-5］。 中國石油大學（華東）（以下簡稱“我?！保┳鳛橹袊厣茉搭I域一流大學也做了有益的嘗試，創建具有引領性的“理科實驗班”、本碩博縱向貫通的“本研一體班”，培養具有石油大學特色的高層次拔尖創新人才。

為進一步拓展范圍與創新模式，2018 年，教育部發布的《教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》中指出，通過教學改革促進學習革命，要因課制宜選擇課堂教學方式方法，不斷提高課堂教學質量。 隨后，教育部等六部門在發布的《關于實施基礎學科拔尖學生培養計劃2.0 的意見》中進一步指出：“開展研究性教學，鼓勵學生參與科研項目訓練，促進學生自主深度學習、建構知識體系、形成多維能力?！保?］兩個文件的相繼出臺為充分發揮教師隊伍“主力軍”、課堂教學“主渠道”作用提供了明確的指導意見，許多高校的一線教師積極投身拔尖創新人才的培養，大膽進行教學改革，總結性的研究成果也隨之不斷涌現［7-10］。 其中關于物理學科的研究非常薄弱，已報道的僅有少數的幾篇文章，例如，吳少平等［11］關于華中師范大學物理學院英才培養的探索與實踐，鄭海榮等［12］關于“量子力學”課程面向拔尖創新人才培養的教材編寫創新與實踐。 鑒于此，筆者在多年大學物理課程教學改革實踐的基礎上，結合本教研組在“理科實驗班”和“本研一體班”進行的“數字化”教學探索，提出了“學思相濟、知行合一、全程育人”教學理念下的課程教學新模式（見圖1）：課堂采用融入課程思政的啟發式教學，實現了從“教”到“學”的轉變；課外采用計算機輔助的研究性學習模式，實現了從“學”到“研”的跨越。

圖1 “學思相濟、知行合一、全程育人”教學理念下的課程教學新模式

二、融入課程思政的啟發式課堂教學

（一）大學物理課程思政教育實施策略

課程思政是將思政教育融入各類課程教學的全過程中，深刻挖掘課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源，實現“各門課程都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”［13］。 課程思政是課程發揮育人功能的重要途徑，也是基礎學科課程培養拔尖創新人才的必然之需和應然之舉。 物理學作為研究物質的基本結構、基本運動形式、相互作用及其轉化規律的自然科學［14］，所蘊含的科學世界觀、認識論和方法論，深刻影響著人類對物質世界的基本認識、人類的思維方式和社會生活，是人類文明發展的重要基石［15］。 以物理學基礎知識為內容的大學物理課程，是理工科類大學開設的一門重要的公共基礎課，因學時長、思政資源豐富、育人面廣，對于創新拔尖人才的科學素質和人文情懷培養具有其他課程無可比擬的重要地位。 大學物理課程實施思政教育要如鹽在水，有味無痕，于潛移默化中啟智潤心、培根鑄魂。

1. 充分展現知識體系中蘊含的科學世界觀、方法論和審美觀

首先，物理概念、公式、定理、定律、實驗、理想化模型本身都飽含深邃的哲學思想和科學美感。2006 年，教育部高等學校非物理類專業物理基礎課程教學指導分委員會印發的《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》中規定，大學物理課程必須包括：力學、振動和波、熱學、電磁學、光學、狹義相對論力學基礎、量子物理基礎、分子與固體、核物理與粒子物理、天體物理與宇宙學，共十篇內容。 可見，大學物理含有豐富的知識體系，其中體現的馬克思主義哲學思想主要有：唯物辯證法中“質量互變規律”、“普遍聯系的觀點”和“矛盾的辯證統一”；辯證唯物論中“世界的物質統一性”和“物質存在的多樣性”原理；辯證唯物主義認識論中“理論與實踐的辯證關系”和“認識運動的不斷反復和無限發展的原理”。 例如，狹義相對論中的質量膨脹、動尺收縮、動鐘變慢效應，體現了量變引起質變的哲學思想。 機械運動、分子熱運動、電磁運動體現了辯證唯物主義的運動觀。 麥克斯韋方程組在體現電與磁辯證統一哲學思想的同時，也展現了物理規律的高雅對稱之美；愛因斯坦質能方程在體現質量與能量辯證統一哲學思想的同時，也展現了物理規律的簡潔明快之美；德布羅意物質波在體現波與粒子辯證統一哲學思想的同時，也展現了物理規律的和諧統一之美。 “簡單、對稱、和諧、統一”既是物理學的美學特征，也是物理學家的美學追求。

其次，物理概念、定理、定律的提出和建立過程含有豐富的科學研究方法和創新思維。 由于物理學的基本理論是人類在認識和改造世界的實踐過程中逐步形成的，因此，涵蓋的物理概念和規律的發現與發展過程本身就是創新過程，積淀的物理思想與方法主要有：實驗觀察、分析、綜合、演繹、歸納、科學抽象、類比聯想、建立模型、理想實驗等。 比如，伽利略的理想斜面實驗奠定了牛頓力學的基礎，愛因斯坦“假如追上一束光”“被閃電擊中的火車”等的理想實驗是狹義相對論的基石。 庫侖定律是在將電荷間相互作用力與質點間的萬有引力作類比的基礎上，經庫侖實驗研究后提出的；實物粒子的波粒二象性是德布羅意通過類比光子提出的假設。 理想氣體狀態方程、熱力學第一定律都是實驗結論，理想氣體壓強和溫度公式、氣體速率分布律、能量按自由度均分定理體現了克勞修斯、麥克斯韋、玻爾茲曼等物理學家通過統計方法從歸納的角度認識世界的思維。

2. 充分展現物理學史中蘊含的科學精神、家國情懷和哲學思想

首先，以偉大的物理學家為榜樣。 物理學有著悠久的歷史，為物理學發展做出偉大貢獻的科學家不計其數，他們都具有實事求是的科學精神、嚴謹求實的科學態度、追求真理的勇氣和刻苦鉆研的作風，卻又各有各的特點，起著不同的垂范作用。 比如愛因斯坦，理論物理學家，一生熱愛和平，對中國幫助很大；法拉第，實驗物理學家，自學成才，非常熱愛科學普及工作；高斯，享有數學王子的美譽，嚴謹治學，只把他認為已經成熟的理論發表出來；鄧稼先，兩彈元勛，有著濃厚的家國情懷，畢其一生為祖國做出了杰出的貢獻。

其次，以有趣的物理學史事為鑒。 物理學史上沒有小事件，但卻從來不乏小意外，細細品味，收益頗多。 比如泊松亮斑，是泊松為了反駁和嘲諷菲涅耳光的波動理論而推算出的結論呈現，結果卻成了光的波動理論的實驗驗證。 這個物理學史上的黑色幽默告誡我們：“實踐是檢驗真理的唯一標準”“人應該在實踐中證明自己思維的真理性，即自己思維的現實性和力量，亦即自己思維的此岸性?！保?6］再比如光電效應，圍繞“光電效應”的意外事件有兩個，一個是該效應的發現本身就是一個驚喜，是赫茲做驗證電磁波存在的實驗時，意外發現了代表光電效應的“電火花”。 也就是說，赫茲的實驗一方面證明了存在電磁波，從而有力地支持了麥克斯韋的預言，為經典電磁學這座宏偉壯觀的大廈封了頂；另一方面又在這座大廈的下面埋下了一顆炸彈。 正所謂“成也蕭何，敗也蕭何”。 第二個意外事件的主人公是密立根，為了推翻愛因斯坦的光電效應方程和光量子假說，歷經10 年的艱辛實驗，最終“這項工作在1914 年成了愛因斯坦光電效應方程在很小實驗誤差范圍內精確有效的第一次直接實驗證據”。 這兩個事件揭示了偶然性與必然性的辯證統一關系，在科學活動中既要透過大量的偶然性揭示其中的必然性，也要重視預料之外的偶然性。同時也揭示了辯證唯物主義認識論中“認識運動的不斷反復和無限發展的原理”。

3. 充分展現前沿進展中蘊含的價值觀、國際視野和責任擔當

首先，注重科技前沿對價值觀和責任擔當的引領作用。 科學技術是第一生產力，亦是一把雙刃劍，在造福于人類的同時，也對人類生存的自然環境和人文環境起到了破壞作用。 比如電磁波的應用——5G 技術，該技術不僅會極大地影響人們的生活方式、世界經濟的發展，還會在軍事等領域引發革命，使智能軍事作戰指揮成為未來主要的軍事指揮模式［17］。 因此，5G 之爭不僅是技術、人才、創新的競爭，還關系到國家的核心競爭力甚至關乎國家的安全［18］，這也正是美國打壓華為的原因所在。 再比如半導體及新材料的應用——芯片技術，2020 年5 月15 日，美國商務部修改《出口管制條例》，欲卡住華為芯片技術的命脈。 幸運的是，5 月22 日，北京大學彭練矛團隊就研制出了性能優于傳統硅基芯片的碳基芯片［19］。 信息時代，挑戰與機遇并存，我國以芯片為代表的核心技術崛起之路任重而道遠，通過思政教育鼓勵大學生樹立遠大理想、堅定理想信念、砥礪報國之志是大學物理課程的必然之需。

其次，用學術前沿培養國際視野和責任擔當。愛因斯坦曾說：“科學絕不是也永遠不會是一本寫完了的書，每一項重大成就都會帶來新的問題，任何一個發展隨著時間的推移都會出現新的嚴重的困難?！保?0］大學物理及其他的物理類課程，雖然知識體系完整、系統，但仍有很多的知識在被不斷地發展，也仍有很多的未解之謎。 希格斯粒子的發現雖然揭示了基本粒子質量的起源，但暗物質、暗能量依然不知所蹤。 人類雖然探測到了空間彎曲演繹出的波動，但仍不識時空真面目。 2023 年7 月12 日，中國科學技術大學潘建偉院士、朱曉波、彭承志團隊和北京大學袁驍等科研人員合作，“將量子系統中真糾纏比特數目的紀錄由原先的24 個大幅刷新至51 個，充分展示了超導量子計算體系優異的可擴展性?！保?1］遺憾的是，量子糾纏的本質尚未有人知曉。 但我們有理由相信，量子現象的神秘面紗終會被人類揭開。 正如愛因斯坦所言：“宇宙最不可理解之處，就是它可被理解?！蓖ㄟ^學術前沿，鼓勵學生用發展的眼光看待科學研究，胸懷祖國和世界，勇擔科研重任，是大學物理課程的應然之舉。

（二）大學物理課堂教學實施策略

融入課程思政的啟發式教學，就是“引導學生發現問題、分析問題、思考問題，在不斷啟發中讓學生水到渠成地得出結論、解決問題，同時寓世界觀、人生觀和價值觀引導于教學的全過程”。在該模式下，學生不再是知識被動的接受者，而是知識主動的構建者［22］，與傳統的傳授式、灌輸式教學在理念上有著本質的區別。

1. 實施思路

融入思政教育的大學物理啟發式教學思路如圖2 所示。 具體實施分為兩個階段：

圖2 融入思政教育的大學物理啟發式教學思路

首先是課前準備，該階段教師需要完成4 項任務。 （1）根據教學目標和進度確定學生需要學習的概念和規律以及與之對應的物理現象（自然現象或者實驗現象）。 （2）調研科學家研究該物理現象的工作，包括歷史過程、現狀及未來展望。（3）深刻挖掘教學內容（知識體系、學史、前沿進展等）中所蘊含的思政元素，并制作PPT 或錄制短視頻。 （4）精心梳理學生可能的已有知識。

其次是課堂實施，教師展示（播放視頻或實驗演示）需要學生研究的自然現象或實驗現象→引導學生根據觀察到的實驗現象作深度思考，提出盡可能多的“是什么”或者“為什么”的問題→引導學生將提出的問題歸類，挖掘并凝練出各類需要解決的關鍵科學問題→結合學生的背景知識，引導學生建立解決問題所需的物理模型，在此基礎上定性解釋物理現象→在教師輔助下，提出新的概念，并進一步推演出物理現象所遵循的定量規律→教師對比歷史上科學家的工作，引導學生對自己的研究成果和思想方法進行歸納總結→教師展示（播放已融入思政元素的視頻或PPT等）研究問題的現狀及未來展望→師生共同反思、感悟整堂課所囊括的科學精神和人文情懷。

2. 教學案例

現以“大學物理教程”中難度較大的“靜電場中的電介質”一節為例，詳細闡述融入思政教育的啟發式教學的具體實施過程。

首先，課前準備。 學生需要學習“極化電荷、極化現象、極化強度、電介質的極化規律”等新內容；學生已具備“靜電場中的導體”的相關知識以及電偶極子的概念；教師需要展示的物理現象是“電介質對電容器電容的影響”；需要用到的演示實驗儀器有：平行板電容器、萬用電表、電介質；教師精心制作完成的融入思政元素的課件或短視頻。

其次，課堂上核心教學。 教師播放實驗視頻或操作演示實驗→學生觀察后總結出實驗現象：平行板電容器兩極板間插入電介質后電容增加→基于現象，學生提出的直觀問題：什么是電介質?插入電介質后電容器的電容為什么增加? →學生利用已知：電容的定義式C=Q／U 和平行板電容器電壓的計算式U=Ed，分析得出電容增加的原因：電介質引入后兩極板間的電場變弱了→學生經深度思考，凝練出關鍵的科學問題：將電介質置于靜電場中會怎樣? →教師引導學生提出“電介質極化”的概念→進一步引導學生提出“電偶極子”模型假設，并定性地解釋極化現象→學生再度思考，提出定量的問題：如何定量描述極化的程度? →教師引導學生提出“極化強度”的概念，并利用該定義推演出電介質極化遵循的定量規律。

最后，課堂引申教學。 學史：1880 年，居里發現石英的壓電效應，而石英靜電計在居里夫人發現放射性鐳的工作中起了重要作用［23］。 思政：居里夫婦品德高尚，他們拒絕為自己的任何發現申請專利，為的是讓世界上的每一個人都能夠自由地利用他們的發現。 現狀及前沿進展：電介質材料因其獨特且豐富的物理性質，在傳感、通信、探測、國防等諸多領域具有廣泛的應用價值，尤其是電介質電容器的研發，將關系到新能源汽車的普及、5G 通訊，以及物聯網、人工智能等新興產業的發展［24］。 近年來，由于計算方法和設計理念的創新，電介質材料物理性能的研究進入了全新的發展范式，我國的諸多科研人員也在這一領域做出了突出貢獻。 播放郝喜紅教授的“電介質材料儲能行為研究現狀”視頻，鼓勵學生積極參與新能源研究，培養可持續發展的意識。 學生總結：研究電介質極化現象的思路，觀察實驗現象—提出關鍵的科學問題—建立物理模型、定性解釋實驗現象—提出新的概念、推演定量規律。 師生感悟：研究電介質極化的思路恰恰是“由抽象到具體”的邏輯思維。 邏輯思維是人們揭示和描述事物本質和規律的重要科學工具，也是拔尖創新人才必須養成的思維方法。

三、計算機輔助的研究性課外學習

計算機輔助的研究性課外學習，是筆者在試點班“理科實驗班”和“本研一體班”進行的“數字化”教學改革的基礎上，拓展到普通班，作為學生課外學習模式的一種有益嘗試。 該學習模式需要學生在教師的指導下，自主選擇一個課題進行研究性學習。 學習結果的呈現形式可以是：論文、論文+實物、計算機動態模擬。 研究性學習能否順利開展，學生最終收獲如何，關鍵在于選擇合適的課題以及相應的研究方法。

（一）課題來源及研究方法

研究性課外學習課題的來源，可以是教材內容的橫向拓展，即已學知識的復雜化研究，也可以是教材內容的縱向延伸，即已學知識的深入化研究。 根據這兩個研究方向，大學物理教材中用于研究性學習的知識可分成復雜型和抽象型兩種，與之對應的研究方法也有兩種。

1. 抽象物理問題的靜態模擬

該研究方法要求學生：首先，就大學物理課程中的具體知識點，結合任課教師的科研方向，選擇確定自己感興趣的研究課題。 其次，自主查閱教師指定的參考文獻，掌握文獻中基本的研究思路和方法，設計出選題的解決思路。 在此基礎上，教師詳細介紹文獻中涉及的拓展理論和概念，引導學生構建出研究課題的理論模型。 再次，學生自行運用C 語言、Java、Origin 或Matlab 等計算機軟件編程，求解得到研究問題的解析解。 最后借助所使用的軟件模擬出解析解對應的物理圖像，結合文獻的實驗數據進行理論分析和討論。 下面以“大學物理教程”中量子力學基礎部分的一個課外學習案例為例加以說明。

物理背景：實物粒子的波粒二象性是一個非常重要且抽象的量子現象，隧道效應雖然體現了該性質，但目前筆者所在的學校并沒有相應的課堂演示實驗。

知識拓展與思考：利用微觀粒子隧道效應的典型器件就是超導隧道結，即含有超導體的異質結構，俗稱“三明治”結構。 超導隧道結可以是“超導層+絕緣層+超導層”結構，也可以是“正常金屬層+絕緣層+超導層”結構，等等諸如此類。當中間的絕緣層比較薄時，電流可以經過絕緣層從一側的超導層（或者正常金屬層）到達另一側的超導層，這種現象稱為超導隧道效應。 BCS 理論給出：超導體的導電行為源于金屬內的庫伯對。反之，若將庫伯對激發成兩個正常態的電子，則需要輸入能量，該能量值的一半被稱為超導能隙。由此可以推知，在超導隧道效應中存在著一個很重要的問題：當絕緣層或者正常金屬層內單電子的能量小于超導體的能隙時，這些單電子是怎樣對超導層內的電流有貢獻的?

文獻總結：1964 年，俄國物理學家Andreev 研究了正常金屬層與超導體組成的隧道結，給出了界面處的電子與庫伯對轉換的機制，被稱為Andreev 反射。 Andreev 反射不同于普通的單粒子隧道效應，其本質是一個雙粒子隧穿過程。 同時，由于超導體本身的庫伯對也參與導電，所以涉及超導隧道結的輸運問題，若要求解準粒子的波函數，量子力學基礎中的Schr?dinger 方程就不再適用了。 為了解決這個問題，1982 年，G.E.Blonder、M.Tinkham 和T.M.Klapwijk 在Physical Review B上發表了一篇研究論文［25］，建立了正常金屬／絕緣層／超導隧道結的隧道電流和隧道電導的解析公式，相應的方法被稱為BTK 理論。

創新案例和成果：選擇該研究方向的學生通過查閱文獻發現，雖然常規超導體中庫伯對的配對方式只有s 波一種，但對于非常規超導體的配對勢，可以為s 波、d 波、p 波和f 波等多種狀態。因此他們在BTK 理論及其推廣理論的基礎上，相繼展開了d 波超導體異質結構輸運性質的研究。其中做得比較好的課題有：正常金屬／鐵磁金屬／d波超導結的鄰近效應、鐵磁半導體／d 波超導結的自旋極化輸運、硅基正常金屬／鐵磁d 波超導隧道結的輸運性質，等等。 這些研究中的部分成果已整理成論文，并在《低溫與超導》和Physica C 等國內外知名期刊上發表［26-27］。 還有的學生發現，超導隧道結中由于存在兩粒子隧穿效應，因此隧穿電流對界面的粗糙程度要比單粒子電流敏感得多，隨后他們研究了粗糙界面對鐵磁半導體／d 波超導隧道結隧道譜的影響，研究成果也已被《低溫物理學報》收錄并發表［28］。

2. 復雜物理問題的動態呈現

在大學物理的學習中，經常會遇到一些復雜的、無法通過簡單計算直接給出結果的物理問題。比如，多列機械波的疊加、任意形狀帶電體周圍靜電場的分布、任意形狀載流導體周圍磁場的分布、微觀粒子的波函數等涉及復雜計算的問題；以及進動、彈簧擺、阻尼振動、混沌現象等涉及復雜的物理演化過程的問題。 這些問題雖然具有重要的研究價值，但僅利用課堂時間和簡單的數學知識并不能很好地完成，因此在傳統的物理教學中常常會被舍棄。 但對于計算機輔助的研究性學習，這些問題都是極好的課題來源。

物理問題的動態呈現需要任課教師為學生提供動態模擬平臺軟件，軟件的選擇應以不給學生增加本學科學習之外的額外負擔為標準。 我們學校采用的是李元杰先生主持研發的模擬平臺，名為“科學計算與模擬平臺”（以下簡稱“平臺”）。該平臺簡單易學，配套的模擬案例豐富，便于學生自學。

復雜物理問題的動態模擬需要學生做到：首先，將復雜的物理問題分解成若干簡單的物理模型，給出每個基本物理模型的解析表達式。 其次，在掌握平臺使用方法的基礎上，編程實現簡單物理模型的動態呈現。 以此為基礎，將所用到的疊加原理寫入程序。 最后，運行、調試整個程序，實現復雜問題的動態呈現（流程圖見圖3）。 比如，要模擬多列平面簡諧橫波的干涉現象，應先根據沿x 軸正向傳播的平面簡諧橫波的波函數模擬出一列波的動態圖，接著編程寫出沿不同方向傳播的各列波的波函數，再把機械振動的疊加原理、各列波的相遇條件程序化，整合程序完成各波函數在相遇區域內代數相加，運行并調試程序無誤后方可得到多列波干涉現象的動態模擬。

圖3 復雜物理問題動態模擬實現流程

學生們在進行動態模擬的過程中，常常靈感如泉涌，會創造性地加上各種美麗的背景或配以不同的色彩，使整個畫面不僅富有知識性，更具有趣味性。 美麗絢爛的色彩加上其中蘊含的神奇的物理規律，在給學生帶來巨大的視覺沖擊的同時，也帶給他們無窮的樂趣，使他們真實地體驗到了學習和創新的快樂。

（二）實施要點淺析

計算機輔助的研究性學習模式下，學生不再是純粹的學習者，進行著單一學科的重復練習，而是化身為科學問題的研究者。 通過閱讀文獻，從問題的提出到問題的解決，都是親力親為。 這種從“學”到“研”的跨越，可以使學生掌握從事科學研究的基本方法，提升綜合分析問題的能力，培養科學精神，鍛煉創新思維。 該學習模式將傳統教育中學生課外學習以“練”為主，變革為以“實踐”為主，這就需要教師的指點恰到好處。 指點幫助過多，學生的自主性難以發揮，思維和能力得不到充足的鍛煉；完全放手不管，則會導致部分學生中途放棄。 我們的改革經驗可總結為：三個必要、一個滲透。

1. 三個必要

（1）教師需提供必要的參考文獻。 學生在選定研究方向、尚未確定具體的研究課題之前，教師需選擇一定量的、合適的文獻給學生作為參考。文獻的選擇要難易得當，確保大部分學生可以從中選定課題，且可以做得下去。 同時，文獻盡量以英文為主，這樣可以讓學生熟悉和積累大量的科技英語詞匯，提升學術英語的閱讀能力和寫作水平。

（2）教師應傳授必要的文獻檢索知識。 文獻檢索是當代大學生，尤其是拔尖創新人才必備的學術素養。 學生要想提出有價值的研究課題，除查閱經典文獻外，還應緊跟科技發展前沿。 因此，教師應培養學生的文獻檢索能力，指導學生學會選擇合適的文獻數據庫、采取得當的文獻檢索策略，從眾多文獻中快速、有效地篩選、鑒別、提煉出自己所需要的新觀點、新技術或新方法。

（3）教師需引薦必要的學術交流平臺。 在研究問題的過程中，學生不可避免地要遇到諸多學術問題，希望與教師、同學、國內外相關專家或學者進行探討和交流，這就需要教師多方引薦，積極為學生創造機會，提供平臺。 進行有益的學術交流，既可鍛煉學生的溝通能力，也可增強他們的合作意識，開拓國際視野。

2. 一個滲透

計算機輔助的研究性學習模式需要學生以物理知識為基礎，計算機知識和英語為工具，數學和其他學科知識為方法，使新、老問題與新技術巧妙對接，實現了物理規律與模型、數學表達與思想以及計算機編程與靜態和動態模擬的完美融合，不僅突破了傳統教學由于受到學習者數學知識的限制而無法在知識結構上做出太大改觀的屏障，也提高了學生多學科知識的綜合運用能力。 因此，教師在講授計算機靜態模擬時，要盡可能多地滲透學科思維。 比如，在模擬復雜的電磁場分布時，要注意強調微積分是一種數學思維，其過程展現了如何從一個直線上的小區間、平面上的小區域等局部考慮而獲得整體上的結果［29］，這種局部性質與整體性質的關系也是一種哲學范疇。 在講解動態模擬平臺的應用時，要注意引入并運用“計算思維”，即“計算機科學解決問題的最本質的方法”［30］。 這種交叉滲透的方法既可以減輕學生學習模擬平臺的負擔，又培養了學生的多學科思維。

四、結束語

教學是一門藝術，也是一種學術；教師是教學活動的組織者，也是課堂教學的設計者和研究者；學生是知識的傳承者，亦可成為知識的發現者和創造者。 能力培養、素質提升、價值引領是課程思政對課程教學的目標要求；高學識、強能力、硬素質、正價值是拔尖創新人才培養對教師的育人要求。 物理學有著深厚的歷史和文化底蘊，承載著豐富的教育資源，但需要學習者主動地學習和思考，才能將其蘊含的知識、方法、思想和智慧內化為自己的能力和素質。 筆者課題組的實踐證明：大學物理課堂教學采用融入課程思政的啟發模式，可以讓學生在自主建構新知、親歷“創新”的過程中，通過篩選信息、判斷真偽、提出假設、建立模型等一系列的思維活動，逐漸形成對世界唯物的、辨證的認識，養成堅持實事求是的科學精神。計算機輔助的課外研究性學習，可以讓學生在自主創新訓練的過程中，通過接觸學科前沿，借助計算機等先進的科學工具解決問題，清楚地認識到科技的巨大力量，深刻地體會到遵守學術規范和學術道德的重要性，逐漸養成科技服務于社會和人民大眾的意識，真心熱愛并全身心地投入祖國的科研事業，樹立正確的科技價值觀和人生價值觀。 兩種模式相結合，可實現教學研一體、學思用貫通、知信行統一、啟智潤心、培根鑄魂。

融入課程思政的啟發式課堂教學與計算機輔助的研究性課外學習相結合的教學模式，是在“學思相濟、知行合一、全程育人”教學理念下的一種改革實踐與探索，也是培養拔尖創新人才的必然之需和應然之舉。 教學成果表明：對大學物理課程而言，該教學方式是行之有效的一種“以立德樹人為根本，以學生創新為中心”的課堂教學和學生課外學習模式。 希望這種創新的教學模式可以對數學、化學、生物等理科類基礎學科的教學改革起到應有的借鑒作用，為我國拔尖創新人才的培養提供積極的參考價值。