光学课程的课程思政教育

光学课程的课程思政教育

高等教育是所有教育模式的重要组成部分，教育和培训的作用是教育的主要目标。为了实现道德树人的基本任务，促进义务教育的不断进步，培养德、智、全面发展的人才，必须建设多项系统工程。其中，课程体系的建设是人才培养系统工程的重要载体。课程包含多种教育内容，具有很强的价值属性。对于许多大学来说，在人才培养计划中，课程主要分为普通课程和职业培训课程。本文首先从课程思政的含义出发,根据光学课程的主要内容、在物理学类专业教学中的课程地位及光学课程的课程要求,分析了光学课程的课程思政必要性;然后结合光学课程的实际教学体验,分别介绍了课上和课下所采取的课程思政的措施;最后通过这些措施的实施和对学生的跟踪调查,简要说明了所取得的初步成效.1光学的历史溯源“课程思政”不是指具体的思政课程,也不是指简单地增加几门思政课代替现有的思政课程,而是通过深入挖掘专业课和思政课之间的内在联系,把思想政治理论、唯物辩证方法恰当地运用到专业课中去,反过来又要从思政理论高度去理解和运用专业课知识、看待和预见专业的发展,即从单一的思政课育人、专业课育人转向综合的、交叉的全课程育人光学(Optics)是一门具有悠久历史的自然科学学科,它的发展史可追溯到2000多年前古希腊的欧几里德所著的《反射光学》.约在公元前400多年,中国的《墨经》中也记录了世界上最早的光学知识,包括影的定义和生成,光的直线传播性和针孔成像等现象,并以严谨的文字讨论了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系.在东汉王充所著的《论衡》中也有丰富的光学知识的记录大学本科阶段与光学有关的课程主要有“光学”、“工程光学”、“应用光学”、“激光原理与技术”等,其主要的内容也是光学学科内容中最重要的两个:几何光学和波动光学2在光学课程中，课程绩效管理的实施2.1课上注重光学知识与哲学基本原理的融合,培养学生积极探索光学课程思政知识,丰富学生教学对象光光学研究的内容非常广泛,主要有光的产生与发射、光的传播规律、光学系统的成像、光与物质的相互作用以及光的本性问题.其中光与物质的相互作用包括材料对光的吸收、色散、散射,光的机械作用以及光的热、电、化学和生理效应等,光的本性问题主要涉及光的波动性和量子性的理论、争论与实验的发展过程.除此之外,跟光有关的生产和生活中的实际应用问题也是光学的重要内容.在通常的讨论中,光学被分成几何光学、波动光学、量子光学和现代光学四大板块,它们之间相互联系,相辅相成,是原子与分子物理、相对论、量子力学等知识的必要基础,也是进一步探讨宏观和微观世界的联系与规律,并把这些规律用于实际的生活和指导生产的重要理论工具,课堂是学校教育的主要阵地,因此课堂上是学生接受信息的主要渠道,在光学课程思政的教学中,笔者努力将光学知识与哲学基本原理进行有效地融合,使学生在课堂上能够全面地了解,做到入耳、入脑,下面以几个例子来说明光学课程中的课程思政.2.1.1点光源模型与事物的主要矛盾和次要矛盾从电磁理论上讲,光也是一种电磁波,是按照电磁波的波动理论进行传播.但是按照波动理论来讨论几何光学中,光经过透镜、棱镜等光学系统的传播规律和成像问题时,将会涉及计算和处理上的巨大困难,对解决实际问题很不方便.按照近代物理学的观点,光具有波粒二象性,即可以把光看作一个个的粒子作直线运动.因此,当只考虑光的粒子性时,就可以把光源发出的光抽象成一条条的带有能量的几何线——光线,然后根据几何光学的实验定律来研究光学系统的成像规律,就会使问题变得简单且实用.如图1所示,点光源向四周发射出球面波,其光线的方向为球面的法线方向,多条光线构成具有一定宽度的光束.迎着光束传播的方向进行观察或用仪器接收,其接收到的光斑的大小,也即照射到眼睛或仪器的波面面积相比于辐射的整个球面波波面的面积也可以忽略不计.因此,此时也可以把接收到的光束当作平行光束来处理,即波面的法线方向平行,那么该波面则为平面,也称平面光波.从抽象点光源模型,再到平面光波的建立可以看出,在复杂事物发展过程中的确包含着许多矛盾.但是,由于事物发展中处于支配地位、对事物的发展起着决定作用的矛盾叫做主要矛盾,而其他处于从属地位,对事物的发展过程不起决定作用的矛盾为次要矛盾,例如从太阳发出的光经过直线传播到接收装置的距离与太阳本身的几何尺寸相比,其光源表面或球心发出的光线到底哪个光程大一些,其实已经不重要了,即可以把光源看作收缩成一个点的点源,点源上只有一点,发出的光线到达地球接收装置的距离都是一样的.进一步,当球面光波传播到地球上时,地球上的接收装置的接收面积与球面光波的波面面积相比,也是可以忽略的,即是可以完全把球面看做平面,得到的是平面光波.因此,这两个问题中主要矛盾和次要矛盾分别是光线作用的距离和光源的大小,光波波面的面积和接收装置的接收面积.笔者在教学中,常启发学生观察和处理复杂问题的时候,应该首先要抓住主要矛盾,集中力量解决主要矛盾,或者要善于抓住矛盾的主要方面,抓住事物的本质和主流,但也不能忽视次要矛盾,做到统筹兼顾、适当安排,坚持两点论和重点论的有机统一.2.1.2衍射和直线传播机械波在传播过程中会发生衍射现象,即不沿直线传播而向各个方向绕射.但是,通常看来光是沿着直线传播的,遇到不透明的障碍物时,会投射出影子,这似乎表示衍射和直线传播是彼此独立、彼此矛盾的.但是在实验中,衍射是真实发生的,如图2所示,光绕过障碍物偏离直线传播而进入障碍物的几何阴影区,并在屏幕上出现光强分布不均匀的衍射条纹图样.中央亮条纹的强度比两侧亮条纹的强度大的多,可以说中央亮条纹集中了绝大部分的能量.中央亮条纹的宽度与波长以上的讨论表明光的衍射和直线传播并不是一成不变的,而是在一定的条件下可以转换的.可见光波长的数量级为不到1个微米,因此在通常的生活中,光都是沿直线传播的,比如“坐井观天”、“凿壁偷光”、“小孔成像”等都可以说明.而当狭缝2.1.3单个粒子无规性——大量粒子统计性与量变和质变光的波粒二象性则可以用统计的观点来解释,如图3所示.入射光先通过一个狭缝,再经过两个狭缝,在右侧的摄影底板上可以接收到光子,该装置实质上也是一个双缝干涉实验装置.图3(a)中,入射光极弱,光子数目极少,这些光子几乎是一个一个地穿过双缝,则摄影底板上就出现了一个一个的感光点.这些感光点在摄影底板上的位置并不重合在一起.开始时,它们毫无规则地散布着,但随着曝光时间的延长,感光点数目逐渐增多,如图3(b)所示,增大入射光的强度,通过狭缝的光子数很多时,则在摄影底板上立即出现名暗连续变化的双缝干涉清晰图样.在这部分内容的教学中,笔者重视引导学生思考,这种从单个光子的不确定性,到多个光子的统计规律性,与事物发展的两种状态——量变和质变的辩证关系如出一辙.任何事物的变化都是量变和质变的统一,量变是质变的必然准备,质变是量变的必然结果.在这里,光子数很少时,不能确切地研究单个光子运动规律,更不可预知出现位置,也不可能出现清晰的干涉图样.但当光子数增多,不论是长时间的曝光引起的增多,还是一次就有足够多的光子,均是由量变到质变,此时就可以观察到清晰的干涉图样,且这些光子都服从统计规律.量变引起质变,又由质变开始新的量变,如此循环往复,构成事物无限的变化和发展过程,使事物不断地由低级阶段向高级阶段晋升.在实际的学习、生产、生活中,要重视量的积累,不失时机地促成事物的飞跃.2.1.4否定之否定和发展的思维关于光学的发展历史,笔者在教学中注意按时间先后顺序列表介绍及讲解,如表1所示.该表中,给出了关于光究竟是波还是粒子的本性问题在光学发展中的主要历史事件.从光的“波粒战争”可以看出,寻求光的本性问题这个事物自身发展的整个过程是由肯定、否定再到否定之否定诸环节构成的.其中否定之否定是该探索过程的核心,是事物自身矛盾运动的结果.否定之否定实际上是对光的本性问题的认识中突破片面局限,不断接近事实真相的过程.在光的本性问题研究中,可以看到,由于时代的局限性、科技水平的落后等因素,使以牛顿为代表的微粒说和以惠更斯为代表的波动说,都只是片面地认为光要么只有粒子性,要么只有波动性.而事物的发展经过辩证否定,矛盾双方都得到了充分发展,扬弃了各自的片面性,在新的实验现象和理论原理基础上达到了肯定和否定的统一.经过肯定、否定、否定之否定即新的肯定,事物在新的基础上重现自身,并在更高、更丰富的基础上复归,使人们重新认识到了光的本质,它具有波粒二象性.结合光的本性问题的认知过程可以看出,事物发展遵循否定之否定规律,其发展的总的趋势和基本方向是前进的、上升的.而发展的具体途径和道路则是螺旋式的或波浪起伏的,发展是前进性和曲折性的对立统一.2.2指导实施的注意事项光学课程是物理、电子等类专业的必修课程,但课程名称不完全一样,如笔者所在学校的院系,对于电子科学与技术专业为“工程光学”、物理学专业则为“光学”.依据不同的专业差别和不同的培养方案,光学课程教学中主要涉及的内容、侧重点也不完全一样.近两年来,笔者在这两门光学课程的教学中,无论在课堂上还是课下都十分留意学生的学习情况,通过对学生本人的平时表现、期末成绩以及与学生的同学之间的谈话了解等方式,选定了电子科学与技术、物理学专业较优秀的学生12名,根据这12名同学的学习基础、性格差异、动手能力等将这12名同学分为4组,第一组以徐×为组长的3名同学主要负责大学物理的学科竞赛,第二组以朱鸿×同学为组长的3名同学主要负责参加学校及政府部门组织的各类“创业”比赛,而第三和第四组分别以李×和卢开×为项目负责人,申请并实施“创新创业训练计划”项目.学生不论是参加学科竞赛,还是参加“创业”比赛,又或者是实施“创新创业训练计划”,笔者都亲自带着学生一步一步地指导实施.在指导实施的过程中,首先增强自己育人的意识和责任感,时刻想着自己是一名老师,自己的一言一行都对学生的思想和行动产生重要的影响,因此经常提醒自己最基本的“学高为师,身正为范”的要求,以自己优良的专业知识、业务素质和高尚的师德风范、道德情怀去感化教育学生.学生在接受指导的过程中往往会以老师为榜样,为标准,无形中培养了学生的道德水准.其次,对学生要求严格,让学生在做项目的过程中明白,要想取得好成绩,做任何事情都需要精心准备、辛勤付出.这可以从一些事例中看出,如徐×同学组在参加本省物理学会举办的大学物理竞赛中,对于场外试题,从拿到试题开始,便进行材料的采购,仪器的准备,课余时间经过十余个昼夜的反复实验,终于达到了题目所给的实验现象.此外,通过大量查阅文献,弄清了其中的原理,完成了模型分析,并进一步对实验进行了改进,从而最终在比赛的答辩现场得到了评委专家的高度评价.又如朱鸿×同学在参加校级、区级举办的各类“创业”大赛中,从最初的创意构想,到创业计划书的撰写,几易其稿,不断改进,到最终的现场答辩,又反复推敲、模拟,最终取得了优异的成绩.再如李×和卢开×两组同学近两年一直努力申请和实施“创新创业训练计划”项目.“创新创业训练计划”项目主要包括三类,分别是创新训练项目、创业训练项目和创业实践项目.在笔者的指导下,两组学生从课本中学到的知识进行发散思维,主要申请创新训练项目.两组学生积极主动,从立意构思到查新调研,从申请书的撰写到任务书的下达,每一个环节都经常找笔者来讨论,每一个稿件都精心修改比对.在项目的立项后,又在笔者的严格要求下,按照申请书和任务书的时间节点购买材料做实验,并适时总结撰写申请专利、发表论文等.最后,在指导和帮助学生解决项目实施中的问题时,注意与学生的沟通讨论,了解学生的真实想法.在学生遇到迷惑时,常常以哲学的基本理论来加强对学生的思想教育,使课程思政真正做到入心、入行.如学生在做实验中,常常只看到一些次要的因素,而没有抓住主要矛盾.这个时候,笔者就向他们解释,哪些因素对实验的结果影响不大,或者可以忽略,就可以认为是次要矛盾,而哪些因素对实验的影响较大,就需要对学生反复讲解,不能疏忽遗漏.从而在做的过程中,加深对主要矛盾和次要矛盾辩证关系的理解,并一步步深化,培养他们在做事的过程中分清主次,抓住主要矛盾的能力.又比如,两组做创新训练项目的同学,在专利的申请中,需要对专利申请书进行反复推敲,每写一稿,笔者都会亲自批改圈阅,指出其中设计的问题、写法的问题和格式等问题,经过一遍一遍地修改,学生在这个过程中慢慢明白了量变引起质变的哲学道理.新的一稿总会比前一稿有进步,在修改的过程中持续对知识加深理解,对设计不断优化,最终达到了提交审查的要求.此外,学生在参加“创业”比赛中,会与同学和社会交流较多,在这个过程中,笔者常常提醒学生注意与他人的交流方式,注意作为高校大学生的行为与素质,这些都或多或少地引导了学生形成正确的世界观,在他们成长的过程中注入了一定的“正能量”.3光学课程的学习取得了极的成效在具体的课程教学中进行课程思政教育的目的不仅仅是让学生将学科知识和思想政治理论简单地线性叠加,而是要让学生在生活、学习及以后的工作中自发地践行相应的理念.在看待事物和处理问题时,能够恰当地运用所学的学科知识和思想政治理论.站在哲学理论的高度去看待和预见事物的前后因果和事物的发展方向,让这种自觉地践行思政元素贯穿始终,成为一种常态.只有做到这样,才能对学生的成长和成才具有积极的意义.通过近两年的光学课程的课程思政教育,总体上学生学习光学课程的积极性有所提高,特别是将相应的哲学基本理论融入到具体的光学知识点中进行课程思政时,学生的反应是从有所惊奇到主动思考.惊奇于这两类看似不相关联的学科竟然是相通的,而主动思考则是在其他学科的知识或遇到其他问题时是否也能融会贯通,以思政的理念来指导学习和生活.笔者所指导的12名学生在近两年来取得了一些初步的成效:徐×等同学3人获得省物理学会举办的“第三届大学生普通物理知识竞赛”三等奖1次;朱鸿×同学等3人获得校级“创业之星”比赛二等奖1次,并获得区创业补贴1次,朱鸿×本人多次获得各级奖学金,并获得省级“优秀本科毕业生”荣誉,毕业后考取了硕士研究生;李×和卢开×两