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摘要 文章阐述了在应用型本科院校将大学物理课程融入思政元素的探索过程，并以光的量子性为例介绍将思政元素渗透到教学活动的各个环节中，提出将“历史发展与思政元素”相结合的育人理念，培养学生树立正确的世界观、价值观和哲学观，对高校课程思政建设和提升人才培养质量具有一定的参考价值和借鉴意义。

关键词 大学物理；课程思政；光的量子性

中图分类号 G642

“师者，传道授业解惑也”，即教师不仅要教授学生专业知识，还要为学生解惑、传道，做学生学习知识、价值塑造和能力培养的引路人。近几年来，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上多次强调，高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人[1]。2020年5月教育部又印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》，指导纲要再次指出高校“要切实把教育教学作为最基础最根本的工作，深入挖掘各类课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源[2]”，把专业教学与思想政治教学要求做到有机融合，“立德树人”于无形之中[3]。

物理学是研究物质结构、物质运动基本规律及物质间相互作用的自然科学，涵盖力学、热学、电磁学、光学及近代物理等内容，注重培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，对培养学生严肃的科学态度和科学的思维方法起着关键作用。应用型本科院校开设大学物理课程，不仅教授学生必备的物理概念和物理规律，更重要培养学生解决实际问题的能力，激发学生探索和创新精神，而课程思政在大学物理课程中“落地”的难点在于如何将思政育人功能“隐身”于教学过程当中，并“显现”在学生的学习效果与能力培养上[4]。本文将“历史发展与思政元素”相结合，以光的量子性为例，探索在大学物理课程中润物无声的融入课程思政元素。

1.光的量子性内容讲解

1.1光本质的探讨

关于光的本质历史上最早存在两种学说，即牛顿提出的微粒学说和惠更斯提出的波动学说。其中，牛顿的微粒学说认为光是发光物体发出的并遵循力学规律的粒子流，可以完美的解释光的直线传播、反射和折射定律，而惠更斯的波动学说认为光是依靠弹性介质“以太”传播的机械波，由于当时人们对“以太”这种物质了解甚少，所以光的波动学说并没有被普遍认可。直至英国物理学家托马斯·杨首次在双缝干涉实验中观察到光的干涉现象，光的波动性才真正的在实验中得到证实，在后续的理论和实验中证实光不仅具有波动性同时光也是一种电磁波。当光的波动理论取得巨大成功时，也同样遇到严重的困难，用光的波动理论无法解释光电效应、康普顿效应等实验规律，这就需要从光的其他性质找到解释实验规律的方法。

1.2光电效应体现光的量子性

1887年德国物理学家赫兹首次在实验中发现了光电效应，但根据光的波动理论无法解释光电效应的实验规律，直至1905年爱因斯坦提出光量子假说，即一束频率为ν并以光速运动的粒子流，该粒子称为光子，每一光子都具有hν的能量，不能再分割。当频率为ν的单色光照射金属时，金属中的电子每吸收一个光子的能量hν，一部分用于脱离金属表面时所需要的逸出功W，另一部分则成为电子离开金属表面后的最大初动能[5]。由能量守恒得出最大初动能与频率ν成线性关系，，只有时，即时，才能发生光电效应；电子一次性吸收光子的能量的时间很短，所以光电效应几乎是立即发生的；一定，入射光的光强越大，单位时间内通过单位面积内的光子数越多，照射到阴极的光子数就越多，从而逸出的光电子数越多，所以饱和电流与光强成正比。爱因斯坦提出的光量子假说完美的解释了光电效应实验规律，后续密立根在实验中证实了这一假说。

1.3康普顿效应体现光的量子性

1922年-1923年康普顿研究了X射线被物质散射后，发现散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长较长的成分，这种散射现象称为康普顿散射或康普顿效应[5]。根据光的波动理论无法解释康普顿效应的实验规律，康普顿利用光的量子理论解释实验规律，X射线被物质散射可以看成是光子和散射物质中电子发生相互碰撞的过程，变线可以看成是光子与自由电子发生的弹性碰撞。根据能量和动量守恒得变线的波长变化量随散射角φ的增大而增加；而不变线是光子与原子内束缚较紧的内层电子发生碰撞，相当于与整个原子碰撞，光子能够传给原子的能量很少，这就使光子原有的能量几乎保持不变，散射光线中保留了原有的波长λ0。由于内层电子的数目随散射物原子序数的增加而增加，所以波长为λ0的强度随之增强，而波长为λ的强度随之减弱[5]。

通过用光的量子性理论成功解释了光电效应、康普顿效应的实验规律，证实了光与物质间发生相互作用时体现出光的量子（粒子）性，进而说明光具有波粒二象性。

2.探索将思政元素融入课程设计

2.1引入物理学发展史，引导学生树立正确的唯物主义世界观和认识观

物理学史是研究物理学辨证发展规律及其科学方法论的一门学科，是物理学、人文科学、社会科学、思维科学交叉渗透的综合学科，集中体现人类探索和逐步认识物理世界的历程[6]。在探讨光的量子性时渗透物理学史，对学生进行潜移默化的辩证唯物主义世界观的熏陶，同时对学生进行科学方法、科学精神、科学思维及科学本质的教育[7]。探讨光的本质是充满曲折和艰辛的过程：牛顿的微粒说→惠更斯的波动说→托马斯·杨验证光的波动性→麦克斯韦提出光的电磁理论→爱因斯坦提出光量子假说解释光电效应→密立根实验验证。教师可以利用多媒体课件，以叙述故事的形式使学生认识到科学发展的道路并不是一帆风顺，探索自然规律是漫长、反复、无限的过程，有助于学生树立正确的世界观，并且影射到每个人的人生道路都是漫长曲折和充满荆棘的，面对困难时不要轻言放弃，要坚持不懈的努力，培养学生积极乐观的人生态度。光电效应和康普顿效应的研究是实验→理论→实验→理论的反复过程，也就是经历了实践→认识→再实践→再认识的循环过程，这种循环过程是人们认识事物的基本规律，体现了认识的辩证性和发展性，同时也体现了实验在探索自然规律过程中的重要性，只有通过实验得出的理论才能经得起实践来检验，使学生认识到自然规律具有客观性和普遍性，深刻理解世界是遵循一定规律运行的，对于培养学生形成以实践为基础、全面、客观和理性的唯物主义世界观具有重要意义。

2.2引入科学家经历，培养学生锲而不舍、积极探索的科学价值观

物理学是人类共同努力创造的财富，是科学家智慧的积累。通过观察、实验、假设、验证、理论推导等方式来探究自然现象和规律并得出新理论。在对新知识和新理论探索过程中，体现出科学家锲而不舍、积极探索、大胆创新的精神。教师在介绍光的本质、光电效应、康普顿效应的过程中，可以在线上教学和线下课件中引入科学家的故事，激励学生勇于探索，培养学生具有创新性的思维。

当光电效应实验规律与经典波动光学理论相违背时，爱因斯坦能够大胆创新、另辟蹊径，提出光量子假说。这一假说发表后就遭受到大量的抨击，其中普朗克认为爱因斯坦迷失了方向，人们要以严谨的态度来看待光量子假说，然而爱因斯坦提出的光量子假说完美的解释了光电效应。教师在授课过程中可以将爱因斯坦提出光量子假说过程中遇到的困难制作成短视频，通过多媒体课件等方式展现遭受抨击的事例，使学生更深刻的感受到爱因斯坦敢于与传统思想作斗争，不盲目跟从权威，大胆创新，从而引导学生在面对困难时要敢于创新，培养自己独特的创新精神。而密立根利用将近10年的时间反复实验，改进实验，缩小误差来对爱因斯坦提出的光电效应方程进行检验。教师在授课过程中，以故事的形式给学生介绍密立根是如何改进实验方法，缩小实验误差来对实验结果进行验证。使学生深刻体会到密立根的精神，也就是在科学研究中要以实验事实为依据，培养学生实事求是、精益求精、锲而不舍的精神。

2.3融入马克思主义哲学基本原理，培养学生哲学观

历史上对光的本质的探讨蕴含深刻的哲学原理，微粒说和波动说是两种本质不同的观点，在一定程度上是相互矛盾和对立的，然而在实验中又表明，二者不是完全排斥的，在一定条件下可以统一起来，也就是矛盾的双方是相互依存和制约的，所以在研究矛盾双方的过程中要不断深化理解光的本质。教师在授课过程中应该注重培养学生全面客观的看待问题，考虑各种因素的作用和影响，用辩证的思维去分析和解决问题。对光的本质的讨论中，由微粒说到波动说，再到光的波粒二象性，每一次否定都是对原有观点不足之处的否定，每一次的否定之否定都是对上一次否定的不足之处的否定，通过不断的肯定和否定促使事物的发展。教师通过将否定之否定的规律与讲授内容相联系，培养学生勇于对已有的理论和方法进行反思和批判，具备批判性的思维能力，从而能够开拓学生思维，寻找解决问题的新思路和新方法，培养学生的创新精神。

矛盾分析法是指运用矛盾的观点观察和分析事物内部的各个方面及其运动的状况，已达到认识客观事物的方法[8]。在研究光电效应和康普顿效应实验的过程中，发现实验规律与已有理论相矛盾，以矛盾为出发点，分析研究后提出能够解释这一矛盾的新理论，通过实现矛盾的统一性，促使新理论的发展。矛盾分析法是马克思主义哲学中唯物辩证法的核心，教师在授课的过程中注重培养学生辩证的思维能力，正确看待事物的两面性、矛盾的存在，能够勇于分析矛盾，鼓励学生跳出常规思维，寻找解决矛盾的新思路和新方法，激发学生创新性思维，培养学生综合分析问题的能力。

2.4提炼课程中物理科学的方法论，培养学生科学的思维能力

物理科学方法是描述物理现象、实施物理实验、总结及检验物理规律时所运用到的各种手段与操作[8]。本文涉及的物理科学方法：观察和实验、归纳和推理、假说-演绎法等。在光的本质探讨过程中，通过观察光的传播、反射、折射、干涉和衍射等现象，设计实验进行研究；而牛顿的微粒学说和惠更斯的波动学说都是通过对光的观察和实验进行归纳和推理，从而提出各种理论来解释光的本质，分别体现观察和实验、归纳和推理的物理科学方法。

在对光电效应、康普顿效应实验整个探究过程中，起初观察到实验现象，总结实验规律，分析实验规律后发现与经典波动光学理论相违背，直到爱因斯坦提出光的量子假说，给出爱因斯坦光电效应方程，推理出实验规律，最后通过实验验证出光量子假说。在实验的整个探究过程中体现了假说-演绎推理的科学研究方法，也就是经过观察现象→发现问题→提出假说→演绎推理→实验验证这五个过程，教师在课程讲解过程中应该注重培养学生物理科学方法提炼的能力，领悟科学思想，使学生的科学素养、思维能力和解决复杂问题的能力得到提升和锻炼，最终获得科学的方法论。

2.5将科学发现与实际应用相结合，增强学生民族自豪感和自信心

光的量子性理论是20世纪初被提出，后续在实验中得到证实。光的量子性在激光技术、量子计算、量子通信、量子光学等领域都具有广泛的应用。教师结合光的量子性的实际应用，增强学生的民族自豪感，树立学生的民族自信心。

随着科技的不断发展，光电效应在太阳能电池、光电管、光刻技术、激光器等领域都有广泛的应用，为了激发学生对光的量子性知识的兴趣，可以通过开设专题讲座的形式，结合技术前沿和应用，注重知识面的广度和深度，加大信息量，激发学生的求知欲和进取心[9]。关注光的量子性的前沿技术—量子通信，2023年6月，北京量子信息科学研究院袁之良团队与南京大学物理学院副教授尹华磊合作，成功实现508公里光纤量子通信，可实现城际间实时“量子通话”[10]；2024年1月清华大学交叉信息研究院段路明教授课题组首次实现无串扰的量子网络节点，对未来实现量子通信具有重要意义[11]。教师在介绍“光的量子性”的这节内容时，可以结合中国在光的量子性方面的研究成果，增强学生的民族自豪感，同时启发学生科技兴国，培养学生科技强国的使命感和责任感，树立远大理想。

3.结论

大学物理融入课程思政可以有效落实立德树人的根本任务，大学物理任课教师依照课程思政的教学要求，深度挖掘和提炼思政元素，在教授物理知识的同时，有效的进行思政教育。作者以光的量子性为例，探究了如何在大学物理课程中润物无声的融入课程思政元素。通过在教学中引入物理学史和讲解科学家事迹，使学生深入理解光的量子性的来龙去脉，培养学生积极探索和坚韧不拔的精神，引导学生敢于大胆创新，树立正确的世界观和价值观，进一步研究和探讨如何在课程中融入马克思主义哲学基本原理，培养学生树立一种辩证唯物主义的哲学观和实践观，并且在课程中有效提炼物理科学的方法论，培养学生严谨求实的思维方式，提升学生的逻辑思维能力，能够更好地分析和解决实际问题。通过引入中国在光的量子性方面的研究成果，帮助学生了解中国在科学研究领域的发展和成就，激发学生对科学研究的兴趣，增强学生的民族自豪感，同时培养学生创新和实践的能力。

参考文献

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[4] 刘文彦，齐丽晶，杨雪.“新工科”背景下大学物理课程智慧教学改革的探究与实践[J].大学物理实验，2023，36（06）：126.

[5] 赵近芳，王登龙.大学物理下（第4版）[M].北京：北京邮电大学出版社，2014：211-213.

[6] 郭奕玲，沈惠君.物理学史[M].清华大学出版社，1993：180-195.

[7] 李琳，冯秀梅，吴青林.“课程思政”引领，“光”耀学生未来[J].高等教育研究学报，2021，44（4）：83-88.

[8] 马克思主义基本原理概论[M].北京：高等教育出版社，2018.57.

[9] 周雷.近现代光学技术知识在应用物理专业（光电方向）中渗透教学实践与思考[J]．黑龙江科技信息，2015（ 34）：88-89．

[10] 中国科学家量子领域新突破！可实现城际实时“量子通话”[N].北京日报，2023-6-21.

[11] 我国量子网络研究取得世界突破，首次实现量子网络节点无串扰[N].北京日报，2024-1-24.

作者简介：李大伟（1986—），男，汉族，黑龙江省哈尔滨市人，博士，讲师，主要从事大学物理理论课和大学物理实验课的教学工作，主要研究方向聚合物电介质内部空间电荷输运机理特性的研究。

基金项目：本项目由黑龙江省高等教育教学改革培育项目“应用型本科院校大学物理课程思政的探索与实践”（编号：SJGPYXM025）资助。