课程思政视域下《原子物理》教学改革路径探析与实践研究
董玉兰 朱孟龙 张小姣
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董玉兰 朱孟龙 张小姣,. 课程思政视域下《原子物理》教学改革路径探析与实践研究[J]. 物理进展,2024.12. DOI:10.12721/ccn.2024.157448.
摘要: 理工科教育改革的核心目标是培养能够适应当前及未来产业和经济发展需求的高素质复合型人才。在新工科与课程思政的双重背景下,原子物理课程的思政教学面临新的挑战与要求。针对原子物理课程中普遍存在的重理论轻实践、生搬硬套、教学方式单一以及教书与育人“两张皮”等问题,本文提出了基于思政教学目标整合课程内容的思路。通过引入现代教育技术,构建线上线下混合式教学模式,并建立多元化、多层次的考核评价体系,旨在实现师生双向互动,有效提升学生的知识、能力与综合素质,最终达成知识、思维与人格的三维培养目标。通过这种创新性的教学改革,培养具备卓越实践能力与创新能力的理工科新型人才。
关键词: 新工科;课程思政;《原子物理》;线上线下混合学习
DOI:10.12721/ccn.2024.157448
基金资助:湖南省普通高校教学改革研究项目(202401001095, 202401001099, HNJG-20230791); “新工科”视角下《微电子器件基础》课程教学改革探索和实践;

在新时代高等教育发展背景下,课程思政建设成为落实立德树人根本任务的重要战略举措。《原子物理》作为物理学等相关专业的重要基础课程,蕴含着丰富的思政教育资源。将思政教育有机融入《原子物理》教学过程中,不仅有助于学生深入理解原子物理的科学知识体系,更能在潜移默化中提升学生的思想政治素养,培养学生的科学精神、创新意识和社会责任感,为学生的全面发展奠定坚实基础。

一、改革教学内容,提高实践应用能力

基于成果产出导向的教育理念,要求物理专业课程的教学立足于应用物理学的学科背景,将学生的能力培养目标明确为获取知识能力、应用知识能力和创新能力三个方面。原子物理学与量子力学都涉及微观和介观世界物质相互作用规律的研究,具有较强的理论性。传统的教学模式侧重于数学推导的严谨性,但大量的公式推导容易让学生产生枯燥感,削弱他们的好奇心和学习积极性,从而使学生对这类课程产生畏难情绪。考虑到课时的有限性和课程衔接的需要,应当对原子物理和量子力学的教学内容进行整合,将原子物理打造成量子力学的导论课程,重点引导学生思考如何从经典物理过渡到量子物理,避免与量子力学的内容重复交叉。此外,还应加入更多前沿知识的拓展,以拓宽学生的视野,提升他们独立思考的能力。例如,在讲解黑体辐射时,可以省略德拜、瑞利和普朗克等人对辐射能量密度公式的具体推导过程,而是着重讨论三者的基本推导思路,并通过黑体辐射的实验结果,分析经典能量均分定理和玻尔兹曼分布在此过程中的失效原因,引导学生思考普朗克量子化假设的正确性与前瞻性。在讲解氢原子薛定谔方程时,省略了使用波函数的连续性、单值性、有界性与归一化条件求解的详细过程,而是重点讲解主量子数、角量子数与磁量子数之间的关系及其物理意义,帮助学生通过严格的物理推导结果理解玻尔模型中电子绕核运动的轨道含义及轨道跃迁的物理内涵。这种教学方式不仅有助于简化内容,也能激发学生的兴趣并增强他们的理解力。

二、找准思政切入点,实现全面育人教学

原子物理课程的思政教育应全面贯穿于整个课程建设过程中。我们以原子物理的专业知识教学为基础,结合适当的思想政治育人要求,深入挖掘课程中的思政元素,避免将思政内容机械性地插入其中。在传授知识的同时,应注重对学生价值观的引导和思想道德的教育,实现知识传授、能力培养与价值塑造的有机统一。本课程的典型思政教学案例设计如表1所示,整合原子物理课程思政的措施主要包括四个方面:强化物理思想、挖掘大师精神、讲好中国故事以及与国家需求相结合。这些措施在培养和提升学生的科学素养、创新精神与实践能力方面具有重要作用,同时也能激发学生的爱国情怀,激励他们投身科研报国的事业。

强化物理思想,培养学生的辩证唯物主义世界观和方法论是原子物理课程的核心任务之一。原子物理学研究的对象是微观结构,整个教学过程中蕴含着丰富的唯物辩证思想。课程围绕原子结构展开,揭示经典物理在解释现代实验现象中的局限性,细致阐述经典物理向量子物理过渡的原因和过程。因此,在教学过程中,需要加强宏观与微观世界的区别与联系,帮助学生理解波粒二象性、不确定性原理、非定域性波、态叠加原理、电子自旋量子化以及泡利不相容原理等微观量子逻辑体系。课程还应以原子论思想的起源、发展和确立为主线,串联起分子运动论的主要发现与规律,展示物理思想的自然统一与和谐。在此基础上,结合“结构决定性质,性质反映结构”的科学原理,引导学生以辩证唯物主义的世界观和方法论去思考和解决问题,从而培养和提升学生的科学精神与科学素养。通过这种教学方式,不仅能帮助学生理解和掌握物理知识,还能培养他们科学的思维方式和问题解决能力。

8.png三、混合式教学模式建设,提升学习能动性

传统教育模式强调知识的传递,以教师为教学的主体,学生处于被动接受的状态,缺乏主动思考和参与讨论的机会[1, 2]。为改变这一局面,我们采用了混合式教学模式,结合专题讨论、翻转课堂等多元化教学策略,既保留了面对面教学的优势,又为学生提供了更加灵活的学习方式,从而建立以学生为主体的探索性教学模式。首先,我们利用超星学习通、 中国大学MOOC、网易公开课等在线教学资源,辅助学生完成核心内容的课前预习,引导学生与教师进行课前的线上互动,帮助学生自主梳理学习知识点和物理学史发展脉络,明确每章的学习重点与难点。其次,教师及时收集学生预习时遇到的核心问题,利用线下面授的机会将这些问题有机串联,帮助学生深入理解难点,搭建系统化、条理化的知识框架。此外,我们增加了课堂测试和课中提问环节,以促进师生互动并深化课堂讨论。课后,我们挑选4~5个开放性问题供学生思考,并借助本科教学中心及虚拟仿真平台,为学生提供进一步探究和验证的机会。

四、结束语

工程类理工科专业课程不仅要强化专业课程的基础理论教育,更需要培养学生具备坚持不懈的大国工匠精神,激发他们的家国情怀、使命担当以及科技报国的决心。在当前科技创新日新月异、国家对高素质工程技术人才需求日益增长的背景下,理工科课程的思政教育显得尤为重要。特别是在原子物理等基础性学科的教学中,如何将思想政治教育与专业知识有机结合,是推动学生全面发展的关键。

参考文献

[1] 王飞, 多维互动交叉融合——谈线上线下混合式教学 [J], 高教学刊, 2021 (4): 101-104.

[2] 何克抗, 如何实现信息技术与学科教学的“深度融合” [J], 教育研究, 2017 (10): 88-92.

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