挖掘思政要素 培育時代新人
——以“自由落體運動”一節(jié)為例

楊奧龍 熊建文

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治會議上強調(diào)：堅持不懈培育和弘揚社會主義核心價值觀，把“立德樹人”作為教育的根本任務(wù).不僅要利用思想政治課實現(xiàn)育人價值，其他各門課都要守好一段渠、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(xié)同效應(yīng)[1].因此，對于非思政課教師而言：要落實立德樹人的根本任務(wù)，就要充分發(fā)掘課程思政的要素.全面推進課程思政建設(shè)，將寓價值觀引導(dǎo)于知識傳授和能力培養(yǎng)之中，幫助學(xué)生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀.

1 “課程思政”的內(nèi)涵及現(xiàn)狀

“課程思政”是指在思想政治課之外，充分發(fā)掘各門課程中蘊含思想政治的元素，并將其融入各個學(xué)科的教育教學(xué)環(huán)節(jié)中，潛移默化地實現(xiàn)課程的育人價值.理科的“課程思政”是指注重科學(xué)素養(yǎng)的提升、科學(xué)思維方法的訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)精神、培養(yǎng)學(xué)生探索未知、追求真理、勇攀高峰的責任感和使命感.

根據(jù)目前的教學(xué)現(xiàn)狀來看，課程思政主要在高校中開展.許多高校教師以課程思政為導(dǎo)向進行教學(xué)，例如在大學(xué)物理實驗、大學(xué)化學(xué)等領(lǐng)域取得了一定的課程思政研究成果.同理，在高中階段開展課程思政教學(xué)也有必要性，在學(xué)生數(shù)量上，高中學(xué)習物理的人數(shù)比大學(xué)學(xué)習物理的人數(shù)多；在學(xué)生認知上，高中是學(xué)生樹立正確人生觀、價值觀、世界觀的重要階段.

不同于其他文科課程，物理課程往往被誤認為不能發(fā)揮思想政治教育的功能，但是物理學(xué)作為理科基礎(chǔ)學(xué)科之一，它對幫助高中學(xué)生了解客觀世界、學(xué)習探索世界的方法、培養(yǎng)科學(xué)思維、形成科學(xué)的態(tài)度與責任等都有非常重要的作用[2].因此，在高中物理教學(xué)中挖掘課程思政要素是必要的.

2 物理教學(xué)中思政要素的挖掘

劉玉斌教授所在的教學(xué)團隊構(gòu)建了“樹立正確科學(xué)觀”的思政目標，其主要內(nèi)涵包括：科學(xué)精神、科學(xué)方法和科學(xué)素養(yǎng)3個維度，使思政目標實現(xiàn)了立德與樹人、育人與育才的有機結(jié)合[3].以“伽利略對自由落體運動的研究”一節(jié)為例，普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)對本節(jié)的要求為：“結(jié)合物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容，認識物理實驗與科學(xué)推理在物理學(xué)研究中的作用”[4].運用物理學(xué)史重走伽利略對自由落體運動的研究過程，體會伽利略在建立概念、實驗探究、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程中所呈現(xiàn)的科學(xué)方法、科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng).因此，物理學(xué)史對培育學(xué)生形成正確的科學(xué)觀起著重要的作用.在物理教學(xué)中充分挖掘科學(xué)精神、科學(xué)方法、科學(xué)素養(yǎng)3個思政要素進行研究.

2.1 科學(xué)精神

在學(xué)生學(xué)習和成長的過程中科學(xué)精神是不可或缺的.亞里士多德將自然界的運動分為：自然運動和受迫運動，為此他產(chǎn)生的觀點是“重的物體下落快，輕的物體下落慢”.在當時所處的時代，亞里士多德具有權(quán)威性，他的這一觀點影響了人們1 900多年.后來伽利略對這一觀點產(chǎn)生了質(zhì)疑，并通過“思想邏輯實驗”推翻了亞里士多德的觀點.在這之前人們普遍認為物體下落快慢與物體重量有關(guān)，在亞里士多德的這一觀點發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變的過程中，引導(dǎo)學(xué)生深入體會伽利略為了追求真理所經(jīng)歷的挫折與困難，并滲透他敢于質(zhì)疑、追求真理和勇于探索的科學(xué)精神.

2.2 科學(xué)方法

2.2.1 邏輯推理——“伽利略的思想邏輯實驗”

將伽利略質(zhì)疑亞里士多德觀點的歷史過程還原，讓學(xué)生經(jīng)歷伽利略的“思想邏輯實驗”.若亞里士多德的觀點正確，假定大、小石頭下落速度分別為8和4，將兩塊石頭綁在一起，大石頭將被小石頭拖著從而減速，系統(tǒng)速度將小于8；但兩塊石頭綁在一起的總重量大于大石頭，系統(tǒng)的下落速度又應(yīng)大于8，可見由亞里士多德的觀點得出的結(jié)論前后矛盾，進而可以否定亞里士多德的觀點[5].因此，伽利略通過邏輯推理得出：重的物體和輕的物體下落一樣快，學(xué)生通過體會這一思想邏輯實驗的過程，滲透邏輯推理的科學(xué)方法.

2.2.2 實驗研究——“自由落體運動的規(guī)律”

繼邏輯推理之后，伽利略通過實驗對自由落體運動的規(guī)律進行研究，流程圖如圖1所示.

圖1 “伽利略對自由落體運動的研究”流程圖

在實驗研究的過程中也蘊含著豐富的科學(xué)方法，邏輯推理和實驗相結(jié)合的科學(xué)方法是伽利略對自由落體運動研究的重要科學(xué)研究方法，對培養(yǎng)學(xué)生形成良好的科學(xué)思維品質(zhì)具有重要的作用.教師引導(dǎo)學(xué)生利用邏輯推理和科學(xué)實驗的方法，重新探索“伽利略探究自由落體運動的規(guī)律”，由于在當時的歷史背景下沒有描述物體運動的概念，因此，伽利略建立了速度、加速度等運動學(xué)概念，進而提出兩個猜想v∝t和v∝x.

(1)邏輯推理之數(shù)學(xué)演算

引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)演算進行邏輯推理，切實讓學(xué)生體會科學(xué)推理的過程，激勵學(xué)生提出問題并敢于質(zhì)疑.

(2)邏輯推理與實驗相結(jié)合

伽利略通過邏輯推理得出v與t成正比后，進而想通過實驗驗證這一猜想.由于當時科學(xué)技術(shù)不發(fā)達的歷史背景，不能直接測得瞬時速度v.

為了驗證猜想，教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生該如何轉(zhuǎn)換測得瞬時速度v，展示伽利略利用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的探究過程，如圖2所示.

圖2 v∝t推導(dǎo)x∝t2

對于時間的測量：由于物體下落得快，所用的時間短，在當時的條件只能依靠滴水計時，所測得時間存在的誤差較大.進而教師引導(dǎo)學(xué)生思考：物體下落的時間較短，該如何改良實驗方案，學(xué)生可能想到通過增加物體運動的高度來延長物體的運動時間，但是忽略了增加物體下落高度這一做法的可行性[7].為了驗證x∝t2，教師向?qū)W生介紹伽利略“沖淡重力”斜面實驗的巧妙之處：讓銅球從斜面頂端滾下，在不同的時刻用擋板擋住銅球，記錄銅球滾下的位移.由于銅球在斜面上的加速度比自由下落時的加速度小得多，在斜面上運動的時間更容易測量.因此，伽利略用“斜面實驗”來延長運動時間，換用不同質(zhì)量的銅球、改變斜面的傾角，讓銅球從阻力很小的CA和CD斜面滑下，如圖3所示.

圖3 理想“斜面實驗”

伽利略經(jīng)過上百次的實驗得出：小球在斜面上的運動是勻加速直線運動，當斜面傾角一定時，小球的加速度一定；當斜面傾角增大時，小球的加速度增大.基于伽利略“斜面實驗”的結(jié)果，教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)推理：當斜面的傾角繼續(xù)增大到90°時，小球的運動即為自由落體運動.

伽利略對外推結(jié)果進行修正：在研究過程中忽略了空氣阻力，物體自由下落的過程是研究問題的主要因素，空氣阻力是次要因素，忽略空氣阻力物體做自由落體運動.讓學(xué)生理解物理現(xiàn)象的背后都是簡單的數(shù)學(xué)規(guī)律這一思想，幫助學(xué)生樹立正確的物理觀念.教師通過引導(dǎo)學(xué)生體驗“伽利略探究自由落體運動規(guī)律”的過程，讓學(xué)生領(lǐng)悟“數(shù)學(xué)與實驗”和諧結(jié)合的科學(xué)思想，所應(yīng)用的科學(xué)方法是人類認識史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學(xué)的真正開始[8].在物理教學(xué)中滲透這一科學(xué)方法對培養(yǎng)學(xué)生的思維能力具有重要意義.

2.3 科學(xué)素養(yǎng)

在伽利略探究自由落體運動規(guī)律的研究中，以“物體下落快慢與物體重量是否有關(guān)”為問題導(dǎo)向，通過邏輯推理、數(shù)學(xué)演算、實驗驗證的科學(xué)方法進行研究，最后合理外推得出自由落體是勻變速直線運動的研究結(jié)論.在此研究過程中，伽利略將“邏輯推理和實驗”和諧結(jié)合的科學(xué)方法形成了科學(xué)研究的一般規(guī)律.即通過問題導(dǎo)向、問題解決、科學(xué)研究的一般規(guī)律而形成科學(xué)素養(yǎng).

教師引導(dǎo)學(xué)生重走“伽利略探究自由落體運動”的歷程，學(xué)生從中深入理解與體會科學(xué)研究的方法和科學(xué)研究的一般規(guī)律，有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)能力.

3 教學(xué)建議

3.1 利用教材欄目 提煉思政要素

在人教版高中物理教材的科學(xué)漫步、STSE欄目中蘊含著豐富的思政要素.既有對科學(xué)家的生平簡介及發(fā)現(xiàn)重要物理規(guī)律的探究歷程，也有對中華民族傳統(tǒng)文化、我國前沿科技事業(yè)的介紹.教師要充分利用物理教材中的欄目，從中提煉出科學(xué)家的科學(xué)精神、科學(xué)方法、科學(xué)素養(yǎng)等思政要素，進而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，增強學(xué)生的家國情懷和個人與民族的責任意識.

3.2 重視物理學(xué)史 體驗探究過程

物理學(xué)史是呈現(xiàn)物理概念、物理規(guī)律、研究方法的脈絡(luò)，教師不僅要注重物理知識的傳授，而且要注重物理學(xué)史的呈現(xiàn).物理學(xué)家在探究物理規(guī)律的過程中含有大量育人價值的思政要素，引導(dǎo)學(xué)生重走物理學(xué)家當年探究物理規(guī)律的歷程，體驗物理學(xué)家重要的物理思想和方法.例如伽利略在探究自由落體運動規(guī)律時所呈現(xiàn)的不畏權(quán)威和敢于質(zhì)疑的科學(xué)精神、邏輯推理和實驗相結(jié)合的重要科學(xué)研究方法；法拉第在探究電磁感應(yīng)定律時所呈現(xiàn)的不怕失敗和堅韌不拔的科學(xué)探索精神、設(shè)計探究實驗所運用的類比科學(xué)方法.從而幫助學(xué)生樹立正確的科學(xué)觀、人生觀和世界觀.

3.3 滲透科學(xué)方法 提升思維能力

科學(xué)觀中的科學(xué)方法是思政要素之一，科學(xué)方法主要是指利用科學(xué)思維從事科學(xué)研究，從而得出研究對象的本質(zhì)和規(guī)律.在物理課堂中滲透科學(xué)方法對學(xué)生形成良好的科學(xué)思維具有重要的作用.將物理學(xué)中的科學(xué)推理、數(shù)學(xué)演算、實驗驗證等科學(xué)方法滲透在物理教學(xué)中，促進學(xué)生鏈式思維的形成，從而提升學(xué)生的思維能力.

3.4 變革育人模式 提高學(xué)習興趣

在物理教學(xué)中變革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，采用多種多樣的教學(xué)形式來提高學(xué)生的學(xué)習興趣.例如對于不同類型的物理課堂，可以采用“重走物理學(xué)家探索之路”“小組話劇形式呈現(xiàn)物理學(xué)史”“線上線下混合式教學(xué)”“小組合作式探究學(xué)習”等新型教學(xué)模式.通過變革育人模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習的主動性和創(chuàng)造性，提高學(xué)習的興趣，引導(dǎo)學(xué)生深入體會物理學(xué)家在研究過程中所體現(xiàn)的偉大科學(xué)精神、科學(xué)思想和科學(xué)品質(zhì).

4 總結(jié)

在“課程思政”思想的指導(dǎo)下，要充分挖掘物理教學(xué)中的課程思政要素，以課程為載體，將思政要素寓于課程.為了使課程思政達到潤物細無聲的課堂效果，教師不僅在思想上要有意識，更要在課堂上有滲透，引導(dǎo)學(xué)生深入理解知識背后所呈現(xiàn)的科學(xué)素養(yǎng)和人文精神，從而實現(xiàn)課程育人的價值.

思政教學(xué)的開展不是一蹴而就的，需要潤物無聲地融入、潛移默化地影響，從學(xué)科知識層面的引領(lǐng)到思想精神層面的滲透，將思政要素貫穿于整個育人環(huán)節(jié)中，使之成為一種可持續(xù)發(fā)展的教育理念.同時，注重將物理學(xué)科中所體現(xiàn)的科學(xué)精神、科學(xué)方法、科學(xué)素養(yǎng)滲透在物理教學(xué)中，并將其與社會主義價值觀相結(jié)合，增強學(xué)生的思想責任意識，肩負起民族復(fù)興的歷史重任，培養(yǎng)新時代有理想、有責任、有擔當?shù)男虑嗄?