理学专业课电磁学融入课程思政的探索

20206月，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要（以下，明确要求全面推进高校课程思政建设，深度挖掘高校各学科门类专业课程蕴含的思想政治教育资源。此次出台的《纲要》明确指出，要结合专业特点分类推进课程思政建设。专业课程是课程思政建设的基本载体。要深入梳理专业课教学内容，结合不同课程的特点、思维方法和价值理念，深入挖掘课程思政元素，有机融入课程教学，达到润物无声的育人效果1]。对于专业教育课程，要根据不同的学科专业特色和优势，深入研究不同专业的育人目标，深度凝练与专业知识高度相关的思想价值和精神内涵，科学合理地拓展专业课的广度、深度及温度，是实现专业课“课程思政”的必要基础和必备条件。对于理学、工科类专业课程，课程思政有其共性--要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力。理、工课程思政思政元素各有侧重--理学类专业课程，要注重科学思维方法的训练和科学伦理工科类专业课程注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。对于电磁学课程，课程内容常常涉及涉及到工程应用，思政元素可以挖掘工科课程中的价值引领，激发学生“以业兴邦”的使命担当和家国情怀。在所有的课程中，承担专业教育任务的理、工科教师对课程思政元素的挖掘、与专业知识的有机融合是落实课程思政的关键，也是关系一所高校课程思政能否全面落实的难点和短板。通过近几年的实践，我们在理学的专业课程--电磁学进行了探索，下面进行简单的阐述。电磁学是普通物理系列中最重要的基础课之一，是经典物理的重要组成部分，也是近代物理和许多技术学科不可缺少的基础。电磁学课程是物理学专业学生的一门重要的基础理论课，是电学、光学等许多课程的基础课程。作为哈尔滨工业大学物理专业的基础课程，第一学年的第二学期开课，授课对象为大一的新生。这个时期的学生刚刚进入大学，是思想引领的“黄金时期”2]。蕴含了丰富思政素材的电磁学，在培养具有科学精神、社会主义核心价值观的现代人才等方面具有独特的优势。电磁学是一门揭示人类对自然界中电和磁现象的认识以及电场、磁场“力学”课程中的理想模型“质点”“刚体”不同。“场”在空间连续分布，弥散在空间中，看不见、摸不着，是一种特殊的物质。“电磁学”是第一次系统学习和处理“场”的课程，描述和处理“场”所需的概念（如通量、环量和方法与力学大不相同，它的规律必须从整体上把握。学生的学习难度较大，每年的挂科率较高。如何提高学生对电磁学的兴趣，克服畏难的情绪，提高专业的认可度，是课程思政优先解决的问题。电磁学是一门理论与实践高度融合的课程，也是与生产、生活结合得最紧密的课程，我们身边几乎所有现象、重大科学发现、国家重大需求等都与电磁学规律的应用密不可分。在各个教学环节中，将理论和实践、基础和前沿、知识应用和国家需求进行融合，是提高课程质量、培养学生科学素养、提升学生创新创造能力的关键3]。根据高素质、创新人才的培养目标，在保证对学生电磁知识传授和基本技能培养、打好电磁基础的同时，进一步强化对学生的科学思维方法、应用能力和创新意识的培养。适当加入电磁学的发展历史、近期进展及科技前沿，一方面可以培养学生理论联系实际的能力、独立解决问题的能力和创新能力，提高学生的科学素质；另一方面可以培养学生的社会责任、家国情怀，树立正确的辩证唯物主义世界观；这与思政教育目标不谋而合。（一）“立德树人”是我国高等教育的政治定位，把思想政治工作贯穿教育教学全过程已成必然趋势。在课程目标中纳入并强化德育目标，可以保证课程思政的有效实施。在制定电磁学课程目标时，要实现知识传递、能力培养和价值引领的协调发展，详情如下：了解电磁基本现象，系统掌握电磁学的基本概念和基本规律，了解电磁学的发展历史、趋势及前沿。围绕具体电磁现象和问题，独立查阅文献、资料，提供合理的解决方案，具有综合解决问题的能力。运用数学工具的能力--利用恰当的数据公式对电磁基本概念、基本规律进行数学表述与论证；利用数学语言表达物理思想，以及对推理得到的数学结果进行物理解释等。熟悉类比研究，理培养学术素养、科学思维能力。依据“场”的特点（看不见、摸不着的，学习的难度较大；讲述科学家的故事，体悟科学探索、创新、奋斗、坚持等精神。从身边的电磁现象和应用出发，结合电磁工程应用和CUPT大一年度项目的实施，激发专业兴趣，培养专业认同感，培育创新意识。介绍我国电磁领域的科技前沿、民族企业，展望电磁的未来，激发同学们的使命感和家国情怀。通过课程思政的融入，在潜移默化中培养学生的爱国精神、敬业精神、科学精神，加强学生的品德修养，逐步提升学生的创新意识和实践能力，促进学生全面、健康、协调发展。（二）1、电磁规律的建立过程蕴含着丰富的科学思想和逻辑思维方法，将其融入到课堂教学中，是培养学生科学思想、训练科学思维方法的极佳思政载体。学习、掌握和运用科学的思维方法和研究方法，拥有科学思想观点，对于每一个处在科学活动中的人和将要走向科学研究领域的人都至关重要。对于这部分科学素养的培养，专业课一定是主战场4]。在电磁学中为突出主要矛盾，忽略次要因素，得到本质结论而引入了理想化的模型，诸如点电荷、电偶极子、分子环流、电流元等。为了研究“场”的性质，麦克斯韦将流体力学中“源”与“旋”的分析方法类比到电磁场中；为了区分感应电动势的本质，引入涡旋电场假说；为了解决非恒定电流情况下的安培环路定理的矛盾，引入位移电流；成功建立了电磁场理论，为电气化和信息化时代奠定了理论基础；并预言了电磁波的存在。二十多年后赫兹从实验上第一次观察到了电磁波，整个过程历经实践-理论-再实践，充分体现了辩证唯物主义原理和实践观、唯物论。在授课过程中，有意识地将这些传递给学生，使其受到辩证唯物主义观点的熏陶，对提升学生辩证思维能力、批判精神和创新意识能够起到很好的效果。通过课堂教学将类比、理想化模型、假说以及分析与综合等多种思维方法和研究方法有机融合在专业知识中，并在课后的活动中加以训练，将起到增加专业知识的理解、增强科研能力、增强专业认同等综合素质的思政目标5]。2电磁学的发展历史也是物理学家认识自然、改造自然、创造发明的奋斗历史。电磁规律的建立，凝聚着大批科学家的心血，来源于他们长期孜孜不倦、实事求是的求索。电磁学中库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯韦等一大批伟大的物理学家向我们展现了实事求是、勇于创新、追求真理、坚忍不拔的探索精神。1820年\h奥斯特发现\h电流的磁效应，揭示了电和磁的联系，宣告电磁学作为一个统一学科诞生。法拉第仔细地分析了电流的磁效应等现象，认为既然电能够产生磁，反过来，磁也应该能产生电。于是，他企图从静止的磁力对导线或线圈的作用中产生电流，但是努力失败了。经过近10年的不断探索，到1831年法拉第终于用实验揭开了\h电磁感应定律。1837年他引入了\h电场和\h磁场的概念，指出电和磁的周围都有场的存在，这打破了\h牛\h顿力学“超距作用”的传统观念。1838年，他提出了电力线的新概念来解释电、磁现象，这是物理学理论上的一次重大突破。1845年，在经历了无数次失败之后，他终于发现了“\h磁光效应”。他用实验证实了光和磁的相互作用，为电、磁和光的统一理论奠定了基础6]。随着电磁知识的传授把这些科学“大师”的故事讲述给学生，让学生感悟老一辈科学家为科学探索、奉献、创新等精神，对于坚定理想信念、培养奋斗精神方面将起到很好的思政效果。3电磁学规律来源于实践，又广泛应用于生产生活中，推动人类文明进步。18311028日法拉第发明了\h圆盘发电机，这是人类创造出的第一个发电机，开启了电气时代。在课程教学中介绍电磁规律的应用，比如：磁场对载流线圈磁力应用的电动机、电磁感应现象应用的发电机、回旋加速器、涡电流应用的电磁炉、通信技术广泛应用的电磁场与电磁波等等不胜枚举。鼓励学生利用课外时间自制一些电动和发电等装置，实现从基本原理理解到实践创作。不仅切身体会知识的应用，激发学习热情，助力专业知识的深层理解，同时培养学生热爱科学、尊重科学的精神，持续探索的精神和对专业的认同。适当引入电磁学前沿进展、前沿课题，促进学生了解基础知识与前沿的衔接，提升他们探索前沿的兴趣。利用CUPT（ChinaUndergradu-atePhysicsTournament--中国大学生物理学术竞）项目或者其他科研项目进行科研引导，增强学生学好电磁学、探索前沿科学发展的信心、决心，培育创新意识。4当代科学技术的发展，特别是电力技术、信息技术的进步，得益于人类将电磁规律应用于改造自然的过程。结合课程内容，展示电磁学理论促进我国高科技发展的成果，诸如强磁场装置、同步辐射装置、强激光装置、FAST等当代大科学装置。通过展示我国在应用电磁学理论方面发展科技的成就，不仅开拓视野，而且潜移默化引导学生产生学习电磁学课程可以服务国家前沿科技事业，并推动国家科技发展、推动国民经济发展的理念。学习电磁场与电磁波的内容时，引入华为企业在手机市场中从3G准的跟跑、4G标准的并跑、5G标准的领跑；介绍我国电磁波的科研成果，刘永坦院士科研小组的新体制雷达系统、潘建伟小组的量子通信等，潜移默化地帮助学生树立攀登科学技术高峰的信心，提升学生的使命感和责任感、培养家国情怀和民族自信。挖掘出课程知识蕴含的课程思政素材，如何在教学实践中将思政元素巧妙地嵌入到课程知识点中，使课程讲授不再晦涩难懂、激发学生的求知欲与课程兴趣，潜移默化地实现育人功能，做到润物细无声，是课程思政实施过程中的难点。哈尔滨工业大学教学团队经过近三年的探索，进行了如下的探索：（一）随着互联网和智能手机的普及，教育信息化已成为必然趋势。与时俱进改革教学方法有助于保障课程思政的效果，提高人才培养质量。2019哈工大MOOC《电磁学》在中国大学MOOC上线运行，目前正在运行第六期，评价较好，达到4.92019年我们也建设自己授课平台SPOC《电磁学》，为开展教学改革奠定基础。在教学活动中，采用课前、课中和课后不同的教学方法，实现不同的教学目的。课前在MOOC、SPOC、QQ、微信、雨课堂等平台和软件推送短视频，介绍电磁学中科学大师的光辉事迹，布置课前任务。在课堂讲解电磁定律时，开展小组讨论教学法，让学生各抒己见，讨论规律在生活中的具体应用，提高学生的参与度。课堂讲授物理思想和思维方法时，结合例题进行分析、分解，使得学生能够实际运用。课后布置大一年度项目科研过程梳理，强化、训练和巩固学生的物理思想和科学思维方法。课外通过专题学术报告、学生调研、“物理讲坛”、课上课下的混合式教学等形式拓展活动，多纬度、多层面展示我国电磁领域的重大进展，激发家国情怀；增强学生学好电磁学、探索前沿科学发展的信心和决心。将CUPT等项目研究进展以比的形式分组进行分享，通过辩论和探讨，提高学生对电磁学专业知识的综合运用能力、思辨和表达能力，实现知识的创新。课后小制作和小论文以个人或者小组展示的形式分享，思辨、归纳、逻辑推理等高阶思维能力得到发展，充分挖掘学生的协作性、自主性与潜能，因材施教，使每个学生的个性、自主性和创造性得以发挥。近年来，哈工大一校三区在CUPT竞中喜报频传，哈工大本部连续多届都是特等奖、威海和深圳校区2021年度拿到了全国二等奖的佳绩。（二）在制定电磁学课程评价指标体系中，除了传统的专业知识的考核标准之外，对学生的学习态度、能力和成绩上的变化做出价值判断[7]，将是否“立德树人是否促进学生身心全面发展纳入评价标准。在日常教学管理中，从考勤、课堂纪律、考风考纪宣传中，对学生进行诚信教育和遵纪守法的教育，渗透并践行社会主义核心价值观教育，将学习态度、遵守纪律、学习互助的情况记入课程平时成绩。在课程教学过程中，布置难度适中的、具有一定科学意义的电磁学小制作和小论文，将学生在作品和论文完成过程中所表现出来的协同合作、互帮互助、坚持不懈、创新意识等纳入电磁学课程的成绩评定。适当开展科学专题讲座，让学生讨论科学家的科学研究、做人做事，结合自己的大学生活、学习和思想，撰写自己的收获和体会，作为课程平时成绩考核的依据。（三）2021春季学期我们在学校的教务系统中申请了“电磁学”的课程中期学生反馈，反馈报告显示，学生对本门课程的兴趣度达到了100%，对课程的满意度达到了96.67%感觉收获大的达到了63.33%收获一般的为36.67%（期中16.67为--我的目标就是花最少的力气通过这门课程。期末调查报告显示将课程思政与专业知识结合，认为重要的占到87.28%；调查“帮助你未来成长”思政内容中的排名从高到低依次为科学思想、科学思维方法、工程应用、科学精神；将课程思政内容与专业知识结合，调查结果如下图，在每一项中，非常有用比例最高。电磁学的挂科的人数从2020届的10人，减少到20215人（每届60人；课程思政已经初见成效。本文探讨了理学专业电磁学课程思政的可行性、课程思政元素的挖掘、课