王洪濤

【摘? ?要】? ?對大學物理專業(yè)課《物理學前沿》課程在知識結(jié)構(gòu)、內(nèi)容形式和教學形式三個方面進行了探索與嘗試。從實施效果來看，改革后的課堂內(nèi)容和效果更容易激發(fā)學生的學習興趣，涵蓋更多的知識面從而進一步拓寬了學生的視野，實時引入科學家精神品質(zhì)的討論使得學生更易養(yǎng)成勇于探索的科學精神。

【關(guān)鍵詞】? ?物理前沿；課程；改革

The Curriculum Reform and Practice of "Frontiers of Physics"

Integrating with Ideological and Political Elements

Wang Hongtao

（Langfang Normal University， Langfang 065000， China）

【Abstract】? ? Thispaper has explored? the knowledge structure， content form and teaching form of "Frontiers of Physics" class. From the implementation of the effect， the classroom contents and effects are more likely to stimulate students' interest in learning， cover more knowledge areas and further broaden students' horizons after the reform. Real-time introduction of the discussion of the spirit of scientists makes it easier for students to develop the scientific spirit of exploration.

【Key words】? ? ?physical frontier; course; reform

〔中圖分類號〕? G642? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A ? ? ? ? ? ? ?〔文章編號〕 1674 - 3229（2023）01- 0107 - 03

0? ? ?引言

物理學作為數(shù)理化天地生六大自然學科之一，是自然科學領(lǐng)域非常重要的學科。物理學的探索與整個世界的進步和發(fā)展息息相關(guān)，學科本身具有很強的邏輯性、思想性和方法性，蘊含著深刻的辯證唯物主義思想、豐富的人文思想和科學方法。深入挖掘這些資源，在激發(fā)學生物理學習興趣的同時也進一步把思想政治教育融入到課堂教學之中，對當代大學生的思想建設具有重要的指導意義。［1-2］

《物理學前沿》課程是物理學專業(yè)第四學年的一門專業(yè)選修課。自廊坊師范學院2000年物理學本科專業(yè)創(chuàng)建以來，一直開設此課程，目的是拓寬本專業(yè)學生的學術(shù)視野并了解物理學在各個領(lǐng)域的前沿發(fā)展動態(tài)，激發(fā)學生的學習興趣，補充傳統(tǒng)物理教材在前沿知識方面的不足。目前《物理學前沿》課程的內(nèi)容相對滯后，講授的內(nèi)容多以分形理論、等離子體物理理論等理論知識為主。因此，將《物理學前沿》課程進行合理有效的調(diào)整與配置，有利于更好地實現(xiàn)學生的價值引領(lǐng)。

1? ? ?思政元素融入《物理學前沿》課程改革的實施

1.1? ?打造近十年諾獎解讀的教學新路線

改革后的《物理學前沿》課程內(nèi)容，在教學中引入了諾獎板塊。這部分內(nèi)容以諾貝爾物理學獎為亮點突出“科學性”，在課程中設置了近十年諾貝爾物理學獎分析解讀講座，具體課程形式選取B站等公開的諾貝爾物理學獎解讀相關(guān)的知名專家講座，然后相關(guān)專業(yè)方向的老師進行現(xiàn)場解讀和答疑。講座內(nèi)容分別涉及理論物理相關(guān)的復雜物理系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻（2021年）和希格斯波色子的預言（2013年）、天體物理相關(guān)的銀河系中心黑洞的認證（2020年）、首次發(fā)現(xiàn)地外行星（2019年）和引力波觀測方面的決定性進展（2017年）、光學領(lǐng)域相關(guān)的光學鑷子及其在生物系統(tǒng)中的應用（2018年）和發(fā)明高亮度藍色發(fā)光二極管（2014年）、凝聚態(tài)領(lǐng)域相關(guān)的發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的拓撲相變和拓撲相（2016年）和二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗（2020年）。通過對諾貝爾物理學獎的分析解讀，讓大家感受到物理學前沿的魅力，體會到從事科學研究必須擁有嚴謹?shù)膽B(tài)度和勇于攀登、堅持不懈的科學精神，同時也有助于學生建立崇高的理想。

1.2? ?突出近三年物理學發(fā)展的突破性進展

每年末，國外《自然》和《科學》雜志，我國的《科技日報》和科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心等相關(guān)機構(gòu)會評選出過去一年的十大科學進展，將其中與物理學發(fā)展相關(guān)的科學進展挑選出來，作為《物理學前沿》課程的內(nèi)容板塊之一。比如2021年《科技日報》十大進展中的火星探測任務天問一號探測器成功著陸火星，與此結(jié)合我們進一步介紹了火星的地貌環(huán)境以及可能的形成模型，并進一步延伸介紹行星形成與演化的基本物理過程，然后就我國天問一號探測器研制的歷程進行分析、介紹，并對探測器登陸所需的技術(shù)細節(jié)及相關(guān)難題進行分析。此外，近三年物理相關(guān)的十大進展還有《科技日報》2021年度的FAST捕獲世界最大快速射電暴樣本，2020年《科技日報》量子計算機“九章”的問世使得科學家達到量子計算優(yōu)越性的里程碑，2020年《科技日報》我國新一代可控核聚變裝置“中國環(huán)流器二號”的建設成功等。以物理學科國內(nèi)外重要科研進展精講為主線，在拓展學生知識面的同時，培養(yǎng)學生學習物理的興趣，并為學生進一步深造作鋪墊，有助于引導學生成長為推動社會與國家進步、人格健全并全面發(fā)展的現(xiàn)代公民。

1.3? ?教師最近五年的科研工作解讀

近3年，廊坊師范學院物理系陸續(xù)引進了理論物理、凝聚態(tài)物理、等離子體物理等多個方向的國內(nèi)外博士，他們活躍在相關(guān)研究領(lǐng)域的前沿，具有較好的科學背景和研究基礎。結(jié)合原有教師隊伍研究方向多的現(xiàn)狀，《物理學前沿》課程團隊將新的師資補充進來。授課形式上每個人結(jié)合自己的研究工作特點進行備課，重點梳理相關(guān)研究方向上近十年的研究進展和未來的發(fā)展趨勢，并適當穿插介紹教師的研究工作。通過訓練，使得學生對相關(guān)研究領(lǐng)域的細節(jié)具有一定程度的認知，有進一步深造計劃的學生對其將來所從事的研究內(nèi)容、研究方法及研究熱點也有了比較清晰的理解，進一步豐富了學生的知識面。

1.4? ?前沿物理知識教學的開放性和靈活性

考慮到廊坊師范學院物理專業(yè)側(cè)重于師范類，在《物理學前沿》課程中突出打造了科普讀書板塊。充分利用前沿物理知識相關(guān)的科普讀物，如《果殼中的宇宙》《圖說相對論》《時間簡史》《量子物理史話》《茶杯里的風暴》等。這些圖書里涵蓋了大量形象直觀的圖片，語言生動形象，具有科學性和可讀性，這些圖書將復雜的物理學知識用相對通俗的語言描述出來。由于大四年級學生已經(jīng)具有相對較好的物理知識背景，采用分組讀書然后匯報講解的形式讓大家在積累物理相關(guān)知識的同時能夠用圖文并貌、生動形象的語言把相關(guān)物理前沿問題描述出來。這部分作為《物理學前沿》課程的補充，也為物理專業(yè)學生畢業(yè)進入中小學物理教師崗位打下較為牢固的基礎。

2? ? ? 《物理學前沿》課程改革調(diào)查

為了了解學生的學習效果，課程團隊調(diào)研了2018級物理學專業(yè)學生結(jié)課后對該課程的反饋情況。課程團隊首先對學生學習《物理學前沿》課程后在世界觀方面是否受到影響進行了調(diào)查（圖1），結(jié)果顯示有94%的學生認為確實產(chǎn)生了影響，其中45%的學生認為影響很大。可見適當了解前沿物理相關(guān)知識對學生的世界觀的確有一定影響。

課程團隊進一步調(diào)研了在分析問題和解決問題的科學方法方面對學生的影響情況，統(tǒng)計結(jié)果如圖2所示。結(jié)果顯示74%的學生在遇到新問題時解決問題的活躍性和主動性有一定程度的增強?？梢?，了解前沿科學方法和科學創(chuàng)新精神會使學生的思維更加活躍，對問題也會有更多最新的看法和思考。

3? ? ?實施效果

3.1? ?使學生能從興趣中養(yǎng)成終身學習的習慣

與傳統(tǒng)物理學專業(yè)的課程相比，《物理學前沿》課程呈現(xiàn)出開放性、自由性和創(chuàng)新性等諸多特點。前沿相關(guān)的問題沒有固定的答案，甚至沒有準確的解答。結(jié)合前沿問題的特點，在教學中注重引導學生主動思考、討論、嘗試分析問題和解決問題，啟發(fā)他們將學過的知識運用到解決前沿物理問題當中去。進一步加深了學生對所學物理知識的理解，同時也提升了其學習物理的興趣。［3］

3.2? ?拓寬學生視野，形成良好的科學觀

《物理學前沿》課堂涵蓋了物理學學科的多個研究領(lǐng)域，大量科學實例闡明了科學前沿相對性、不確定性的科學探索過程，能使學生深刻體會科學問題的提出、實驗、模擬、比較、再求證等科學分析過程，從而體會到物理學家的科學思想是如何凝練出來的，也了解了科學問題解決的過程。 該形式的課堂講解鍛煉了學生的思維，開闊了學生的視野，有利于學生認識到物理學的理論是動態(tài)的、不斷發(fā)展的，形成辯證唯物主義的世界觀。［4］

3.3? ?助力學生養(yǎng)成科學探索的精神

在講授相關(guān)前沿知識的同時也注重補充物理學家在科學探索過程中堅韌不拔的科學精神和艱辛歷程的介紹。任何一項重大研究成果的出現(xiàn)往往是與科學家自身的人格、追求真理的堅持不懈和為科學獻身的精神有很大的關(guān)系。［5］因此，在《物理學前沿》課程講授中也補充了知名科學家科學精神的內(nèi)容介紹，有助于學生建立正確的世界觀和價值觀。比如在求學的過程中遇到各種困難的清華大學院士薛其坤，帶領(lǐng)他的科研團隊歷經(jīng)四年時間經(jīng)過上千次實驗，最終從實驗中發(fā)現(xiàn)了著名的量子反?；魻栃?，獲得了國家自然科學一等獎。前沿課堂加入科學精神的內(nèi)容不僅能激勵學生努力探索做出更多科學新發(fā)現(xiàn)，而且有助于增強學生的自信心和民族自豪感，鼓勵其為中國夢而不斷努力。

4? ? ?結(jié)語

在2018級物理學專業(yè)的《物理學前沿》課堂中，從知識結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和教學形式幾個方面做了改革與嘗試。從實施的效果來看，改革后的課堂內(nèi)容和效果更加容易激發(fā)學生的學習興趣，涵蓋較多的知識面，開闊了學生的視野，實時引入科學家精神品質(zhì)的討論使得學生更容易養(yǎng)成勇于探索的科學精神。

［參考文獻］

［1］ 徐大海，張靜，謝麗，等.課程思政融入大學物理課教學的探索［J］.科技世界，2019（20）：18-22.

［2］ 王慧君.科學素質(zhì)與大學物理教育［J］，教育與理論實踐，2004，24（9）：52-53.

［3］ 趙超先，何龍慶，張敏.物理教育與大學生的科學素質(zhì)［J］.南京曉莊學院學報，2008，5（3）：111-114

［4］ 陳世歐，王輝. 前言物理教學與新課程改革［J］.中學物理教學參考，2005，34（9）：2-5.

［5］ 周靜. 物理學前沿引入基礎物理教學的思考［J］.太原經(jīng)濟管理干部學院學報，2004，55（6）：122.