量子力學(xué)課程思政教育教學(xué)探索*

呼和滿都拉 馬曉宇 楊洪濤 胡曉穎 冀文慧

(集寧師范學(xué)院凝聚態(tài)物理研究所 內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000)

1 課程思政的發(fā)展現(xiàn)狀

2004年以來(lái)，中央先后出臺(tái)關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)和改進(jìn)未成年人思想道德建設(shè)和大學(xué)生思想政治教育工作的文件，上海也由此開(kāi)啟了思想政治教育課程改革的探索之路.自2005年起，上海課程改革經(jīng)歷了3個(gè)階段，“課程思政”理念在該階段逐步形成，2014年上海接受教育部指導(dǎo)，率先開(kāi)展“課程思政”試點(diǎn)工作.

習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上指出，“要堅(jiān)持把立德樹(shù)人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人.”簡(jiǎn)而言之，就是要求高校的所有課程都要發(fā)揮思想政治教育作用.“課程思政”明確要求高校所有教師，立足“教書(shū)育人”這一根本教學(xué)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)立德樹(shù)人，潤(rùn)物無(wú)聲.

經(jīng)過(guò)數(shù)年的發(fā)展，高校教師對(duì)“課程思政”這一概念不再陌生，針對(duì)不同課程融入不同的“思政元素”，對(duì)學(xué)生進(jìn)行不一樣的思想政治教育，這已經(jīng)在廣大人民教師心中達(dá)成共識(shí)，不少專業(yè)課教師結(jié)合自身課程特點(diǎn)，從不同角度分享授課經(jīng)驗(yàn)，有效推動(dòng)了“課程思政”的發(fā)展.

量子力學(xué)是20世紀(jì)20年代在總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)和舊量子論的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，是在當(dāng)時(shí)看似已經(jīng)很完善的物理學(xué)“最終理論”取得重大成就的同時(shí)，為解釋新的物理現(xiàn)象而誕生的研究微觀領(lǐng)域的近代物理學(xué)基礎(chǔ)理論[1]，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新精神、刻苦鉆研精神等具有十分顯著而獨(dú)特的效果.實(shí)際上在提出“課程思政”的概念之前，人們就已經(jīng)或多或少地將量子力學(xué)本身具備的種種育人功能在教學(xué)過(guò)程中做了很多嘗試.如今在“課程思政”教育理念不斷深化的大背景下，量子力學(xué)的育人功能應(yīng)如何體現(xiàn)在教學(xué)過(guò)程中？又存在哪些問(wèn)題？本文將一一介紹，供大家參考.

2 量子力學(xué)的育人優(yōu)勢(shì)

量子力學(xué)是物理學(xué)中的基礎(chǔ)理論課之一，學(xué)習(xí)量子力學(xué)意味著掌握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中最重要的基礎(chǔ)理論學(xué)科，不僅能提高學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備量，而且對(duì)于學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、文化素質(zhì)都有明顯提升.完整的科學(xué)理論、科學(xué)思想、科學(xué)精神充盈在整個(gè)量子力學(xué)理論體系中，是培養(yǎng)未來(lái)科學(xué)工作者科研精神的重要載體.與其他課程相比，量子力學(xué)具有多方面優(yōu)勢(shì)，下面就其中4點(diǎn)進(jìn)行論述.

2.1 量子力學(xué)充滿魅力

量子力學(xué)猶如蒙著面紗的琵琶女，令“忽聞水上琵琶聲”的主人忘歸，令潯陽(yáng)江頭的客人久不動(dòng)身.

人類(lèi)根據(jù)對(duì)量子力學(xué)現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)，已經(jīng)將其應(yīng)用于方方面面，它橫向發(fā)展可以自手中的一張手機(jī)膜至35 786 km之外的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，縱向探索亦可自眼中看得見(jiàn)摸得著的現(xiàn)實(shí)世界至幾千年后的未來(lái)世界.據(jù)未來(lái)學(xué)學(xué)者所述，依據(jù)量子糾纏原理，幾千年后的人類(lèi)可能會(huì)有“心靈感應(yīng)”，屆時(shí)將不需要任何通訊設(shè)備，飯桌底下再也不會(huì)有“踩腳”行為，人們只要利用“心靈感應(yīng)”即可了解對(duì)方內(nèi)心的想法.

另外，曹天元的《上帝擲骰子嗎？量子物理史話》自2006年出版以來(lái)一直暢銷(xiāo)不衰，側(cè)面反映出除了專業(yè)學(xué)生，普通群眾對(duì)量子世界也具有濃厚興趣.央視科教頻道在《未來(lái)世界》中將量子糾纏的概念講解得通俗易懂，甚至兒童理解起來(lái)也是易如反掌.對(duì)于引導(dǎo)學(xué)生甚至兒童向往科學(xué)研究工作而言，起到事半功倍的效果.

2.2 量子力學(xué)有益于培養(yǎng)學(xué)生的科研精神

讀史使人明智，讀詩(shī)使人靈秀，數(shù)學(xué)使人周密，科學(xué)使人深刻，倫理使人莊重，邏輯修辭之學(xué)使人善變.長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)一套理論或者從事一項(xiàng)工作，其中的科學(xué)思想，包括學(xué)科創(chuàng)始人的精神思想都會(huì)逐漸深入接觸者內(nèi)心，思維方式和生活方式也會(huì)形成習(xí)慣，體現(xiàn)在生活和工作等各個(gè)方面.

量子力學(xué)是物理學(xué)家沖破層層禁錮，經(jīng)過(guò)不斷地探索、發(fā)現(xiàn)、迷惑后開(kāi)拓的新世界.Planck, Born, de Broglie, Schrodinger, Heisenberg, Dirac等人在反復(fù)地肯定與否定之后才構(gòu)建了現(xiàn)在我們眼中的量子力學(xué).在經(jīng)典理論的權(quán)威面前，是他們的創(chuàng)新精神與堅(jiān)持不懈的勇氣在支撐，可以說(shuō)，沒(méi)有創(chuàng)新精神就沒(méi)有如今的量子力學(xué)，量子力學(xué)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的重要性自然不言而喻.創(chuàng)新精神是一個(gè)國(guó)家和民族發(fā)展的不竭動(dòng)力，而大學(xué)生作為社會(huì)新技術(shù)、新思想的前沿群體，肩負(fù)推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的責(zé)任與使命，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神是對(duì)高校教育的必然要求.

2.3 量子力學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的唯物辯證觀

辯證唯物主義是當(dāng)代大學(xué)生思想政治教育必修課，顯然在量子力學(xué)中，唯物辯證法也可有一席之地.馬克思主義認(rèn)識(shí)論中首要的觀點(diǎn)就是實(shí)踐的觀點(diǎn)，正如1978年5月11日《光明日?qǐng)?bào)》發(fā)表的特約評(píng)論員文章：“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”.而在量子力學(xué)的建立過(guò)程中，Planck和Einstein的光量子理論在提出的19年后被Compton效應(yīng)證實(shí)后才被物理學(xué)界所接受：同樣，Davisson和Germer用電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了de Broglie假說(shuō)之后，de Broglie假說(shuō)的真實(shí)性才被肯定.

物理學(xué)界著名的四大神獸——薛定諤的貓、芝諾龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖，其中最為人們熟知的莫過(guò)于薛定諤的貓，這是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，從宏觀尺度闡述了微觀世界的量子疊加原理，將微觀不確定轉(zhuǎn)化為了宏觀不確定.不打開(kāi)盒子，貓是“半死不活”的疊加態(tài)，可一旦打開(kāi)盒子，貓的狀態(tài)可能就只有“死”的單一態(tài).根據(jù)唯物辯證法，這是三大規(guī)律之對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律中矛盾的普遍性：一切事物都有兩面性；也可以是五對(duì)范疇之一——原因與結(jié)果中結(jié)果的不確定性.在教導(dǎo)學(xué)生的過(guò)程中，既可以提醒學(xué)生要分析事物的雙重性質(zhì)，同時(shí)也能鼓勵(lì)大家面對(duì)事物發(fā)展的不確定結(jié)果，要放平心態(tài)、淡然處之.

2.4 量子力學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法

工欲善其事，必先利其器.在量子力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，要注意培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法，“科學(xué)方法是他們從事科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明,取得科研成果的手段和工具”[2].量子力學(xué)是屬于微觀世界的學(xué)科理論，對(duì)于同一個(gè)微粒的描述問(wèn)題，量子力學(xué)有波函數(shù)、算符和矩陣3種描述方法，其中波函數(shù)與算符都是以坐標(biāo)為表象的表示方式，矩陣則是在其他表象(包括坐標(biāo)表象)中的表示方式.然而在幾何力學(xué)或經(jīng)典力學(xué)中，常用矢量形式討論問(wèn)題而不指明坐標(biāo)系，在量子力學(xué)中描寫(xiě)態(tài)和力學(xué)量也可以不用具體表象，這時(shí)就要用到Dirac符號(hào)，一套將所有描述方式都簡(jiǎn)單表示的符號(hào).掌握這些基本的科學(xué)方法，在日后的科研工作中解決問(wèn)題必將游刃有余.

量子力學(xué)是已有的量子力學(xué)，同時(shí)也是充滿爭(zhēng)論的量子力學(xué).1964年，物理學(xué)家Richard Feynman曾在康奈大學(xué)的講座上說(shuō)過(guò)：“我想我可以有把握地說(shuō)，沒(méi)有人真正理解量子力學(xué)”.事實(shí)也的確如此，關(guān)于量子力學(xué)的爭(zhēng)議無(wú)處不在，從量子力學(xué)的締造者一直到哲學(xué)思考.所以相比其他學(xué)科，量子力學(xué)的育人優(yōu)勢(shì)尤為突出.

3 思政元素如何融入量子力學(xué)課程

教書(shū)育人，因材施教.在量子力學(xué)中踐行課程思政，應(yīng)當(dāng)根據(jù)量子力學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)以及不同的教學(xué)內(nèi)容，采用不同的教學(xué)方法，適時(shí)適當(dāng)?shù)貙⑺颊厝谌肫渲?對(duì)于量子力學(xué)，主要可以從兩方面融入思政元素.其一，量子力學(xué)體系的建成不是某個(gè)人的成就，是諸多物理學(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的探索，一點(diǎn)一點(diǎn)建立起來(lái)的金字塔，所以量子力學(xué)史是思政課程踐行題材之一.其二，量子力學(xué)理論本身也蘊(yùn)含著非常豐富的思政元素.經(jīng)過(guò)梳理發(fā)現(xiàn)，量子力學(xué)中的思政元素主要包括3個(gè)方面：首先是科學(xué)思想素養(yǎng)，如創(chuàng)新精神；其次，豐富的馬克思哲學(xué)思想也有跡可尋，如矛盾的思想、質(zhì)變量變規(guī)律、不確定關(guān)系等；除此之外，量子力學(xué)中的思政元素還涉及社會(huì)主義核心價(jià)值觀.

3.1 以課程所蘊(yùn)含的科學(xué)素養(yǎng)作為融入點(diǎn)

以周世勛先生編寫(xiě)的《量子力學(xué)教程》為例，課本在第一章的緒論部分就已經(jīng)介紹了量子力學(xué)的發(fā)展史.從黑體輻射、光電效應(yīng)等現(xiàn)象揭示出光的波粒二象性，再到微粒的波粒二象性，這是一個(gè)打破傳統(tǒng)思想牢籠的過(guò)程，是一個(gè)漫長(zhǎng)的敢想敢做的過(guò)程，沒(méi)有科學(xué)先驅(qū)們勇于挑戰(zhàn)權(quán)威的精神，沒(méi)有他們敢于創(chuàng)新的精神，就不可能有今天的微觀世界，就沒(méi)有量子力學(xué)帶來(lái)的一切科學(xué)成果.因而在緒論部分以科學(xué)家們的科研經(jīng)歷為基礎(chǔ)，向?qū)W生介紹他們的科研背景、心路歷程等，對(duì)于實(shí)現(xiàn)課程思政的教學(xué)目標(biāo)具有重要意義，而且這種思想必將貫穿學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的全過(guò)程.

3.2 以課程包含的馬克思主義哲學(xué)思想作為融入點(diǎn)

可以說(shuō)，馬克思主義哲學(xué)思想是當(dāng)代世界最受人民歡迎的一套思想理論體系，對(duì)于大學(xué)生世界觀、思想觀、價(jià)值觀的養(yǎng)成具有決定性作用，而量子力學(xué)建立至今，關(guān)于它的哲學(xué)思想的爭(zhēng)論從未停過(guò).波粒二象性中光的波動(dòng)性是互相依存、互相貫通的，但同時(shí)也是相互排斥、相互分離的，這是矛盾的不平衡原理的體現(xiàn)；而當(dāng)微觀全同粒子的不可區(qū)分性遇到“世界上沒(méi)有兩片相同的葉子”，量子力學(xué)便同馬克思主義哲學(xué)思想擦出火花，引發(fā)學(xué)生的哲學(xué)思考.如此循環(huán)往復(fù)，學(xué)生的思考能力將到達(dá)一個(gè)新的高度.

3.3 以課程體現(xiàn)的社會(huì)主義愛(ài)國(guó)精神作為融入點(diǎn)

在大多數(shù)人的印象中，量子力學(xué)的發(fā)展主要依靠的是一些科學(xué)水平較高的歐洲國(guó)家.實(shí)際上，中國(guó)的一些近代學(xué)者也做出了歷史性的貢獻(xiàn).中央研究院院士、中科院數(shù)理化學(xué)部委員吳有訓(xùn)和他的合作者曾全面驗(yàn)證了康普頓效應(yīng)，并且得到了Compton很高評(píng)價(jià)，他的一張受15種元素散射的X射線光譜圖被康普頓與自己石墨散射的X射線光譜圖并列.中國(guó)第一位在世界上享有盛譽(yù)的理論物理學(xué)家王守競(jìng)，于1927年11月在美國(guó)物理學(xué)會(huì)第147次年會(huì)上宣讀題為《論普通氫分子的問(wèn)題》的論文，成功把新誕生的量子力學(xué)應(yīng)用于分子現(xiàn)象，他的工作得到了國(guó)際學(xué)術(shù)界的公認(rèn).另外，胡剛復(fù)、葉企孫等早期的“幸運(yùn)兒”都得以接受先進(jìn)教育，不同程度上推動(dòng)了量子理論的發(fā)展.他們的成就在量子力學(xué)的課程中都有相關(guān)內(nèi)容，教師在教學(xué)過(guò)程中簡(jiǎn)單的介紹便可以滿足學(xué)生的民族自信心和自豪感，是弘揚(yáng)愛(ài)國(guó)精神的有效素材[3～5].

4 在量子力學(xué)課程思政教學(xué)中存在的問(wèn)題及解決措施

量子力學(xué)雖然是大多數(shù)物理專業(yè)學(xué)生的必修課，但是在國(guó)家教學(xué)實(shí)踐改革的大背景下，量子力學(xué)教學(xué)課時(shí)日漸減少，教師授課時(shí)間緊張，而且作為理論性學(xué)科，教學(xué)方式多為講授法，課程內(nèi)容難免略顯枯燥，再加上思政元素也比較集中，更是不易開(kāi)展課程思政工作.針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行研究，大致有以下解決辦法以供參考.

4.1 少課時(shí) 多學(xué)多看多思考

盡管量子力學(xué)課時(shí)減少，但是網(wǎng)上的授課軟件日益增多，各式各樣的課程琳瑯滿目，清華大學(xué)、北京大學(xué)等名校更是發(fā)布了很多對(duì)外開(kāi)放的系統(tǒng)課和特色課.專業(yè)課教師可以向?qū)W生推薦優(yōu)質(zhì)特色課程，將其列入網(wǎng)絡(luò)選修課目錄，必要的時(shí)候也可將網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)情況納入考試評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)之一，鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí).同時(shí)，微博、推特、微信公眾號(hào)等都是開(kāi)放的、言論自由的公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，除了了解他人看待問(wèn)題的想法，也可以發(fā)表自己的言論，辯證地看待、思考問(wèn)題，拓寬自己的思想見(jiàn)識(shí)，微信公眾號(hào)“中科院物理所”就發(fā)表過(guò)很多發(fā)人深思的內(nèi)容，在圈內(nèi)被大量轉(zhuǎn)發(fā).除此之外，要求學(xué)生撰寫(xiě)小論文也是大學(xué)生常見(jiàn)的作業(yè)之一，針對(duì)某一涉及思政元素的問(wèn)題，要求學(xué)生深入挖掘其中的內(nèi)涵，撰寫(xiě)思政小論文，除了翻閱資料得到的題材，在創(chuàng)作過(guò)程中也能加入自己的理解，激發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題的積極性，以此來(lái)達(dá)到思政教育的目的.

4.2 避免說(shuō)教 潤(rùn)德于無(wú)聲

理論課程對(duì)于課程思政最大的弊端之一就是教學(xué)過(guò)程枯燥，教師在實(shí)現(xiàn)思政教育的時(shí)候難免說(shuō)教，可枯燥的說(shuō)教看起來(lái)總是那么蒼白無(wú)力.面對(duì)這一問(wèn)題，我們應(yīng)該結(jié)合量子力學(xué)的課程內(nèi)容，根據(jù)課程思政本身的特性，選擇合適的方式引入到課程中.對(duì)于有某些故事背景的思政元素，可以用講故事的方式引入，結(jié)合故事本身特點(diǎn)，畫(huà)龍點(diǎn)睛地說(shuō)明故事的意義所在.

4.3 前者后置 細(xì)水長(zhǎng)流

前文已經(jīng)提到，在量子力學(xué)第一章的緒論部分已經(jīng)聚集了本課程大多數(shù)的思政元素.Planck, Compton, Einstein, Born, de Broglie等人在量子力學(xué)起初的工作中敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，打破傳統(tǒng)思維，不畏心理和物質(zhì)環(huán)境等多重挑戰(zhàn)，不斷提出新的科學(xué)觀點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)中證明自己或他人理論的正確性，尤其是在數(shù)據(jù)的處理上，嚴(yán)格要求其接近理論數(shù)據(jù)，光是Planck常數(shù)就先后被測(cè)定了4次，小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)位越來(lái)越精確.量子力學(xué)中幾乎所有的思政教學(xué)工作都能在這一章完成，教師可以講很多故事，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

可是對(duì)比就有差距，前面的內(nèi)容越有趣，后面的內(nèi)容看起來(lái)就越枯燥.細(xì)水才能長(zhǎng)流，因此把前面的思政元素盡量在后續(xù)的相關(guān)內(nèi)容中進(jìn)行展現(xiàn)就尤為重要，這就要求教師找出其中的關(guān)聯(lián)，整體預(yù)案.當(dāng)然，個(gè)別重要的思政思想也可多次強(qiáng)調(diào)，但也切忌老生常談，教師需依據(jù)學(xué)生的課堂反應(yīng)隨機(jī)應(yīng)變.

5 結(jié)論

教書(shū)育人，課程便是育人的主要載體.傳統(tǒng)的思政課程總是顯得太過(guò)刻意又難逃說(shuō)教，在專業(yè)課程中進(jìn)行潛移默化的課程思政教學(xué)正在得到更多人的認(rèn)可.在量子力學(xué)課程中融入思政元素既能豐富課程內(nèi)容，使教學(xué)效果得到明顯提升，又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新精神，增強(qiáng)民族自信與制度自信，提高個(gè)人素質(zhì)，將來(lái)更好地服務(wù)社會(huì).然課程思政還在發(fā)展階段，需要相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的支持和廣大教師的不懈探索，更要充分利用新媒體加大宣傳力度，盡早將課程思政在全國(guó)高校進(jìn)行全面普及，發(fā)動(dòng)廣大人民教師群策群力.