光學(xué)課程的課程思政教育

光學(xué)課程的課程思政教育

高等教育是所有教育模式的重要組成部分，教育和培訓(xùn)的作用是教育的主要目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)道德樹人的基本任務(wù)，促進(jìn)義務(wù)教育的不斷進(jìn)步，培養(yǎng)德、智、全面發(fā)展的人才，必須建設(shè)多項(xiàng)系統(tǒng)工程。其中，課程體系的建設(shè)是人才培養(yǎng)系統(tǒng)工程的重要載體。課程包含多種教育內(nèi)容，具有很強(qiáng)的價(jià)值屬性。對(duì)于許多大學(xué)來說，在人才培養(yǎng)計(jì)劃中，課程主要分為普通課程和職業(yè)培訓(xùn)課程。本文首先從課程思政的含義出發(fā),根據(jù)光學(xué)課程的主要內(nèi)容、在物理學(xué)類專業(yè)教學(xué)中的課程地位及光學(xué)課程的課程要求,分析了光學(xué)課程的課程思政必要性;然后結(jié)合光學(xué)課程的實(shí)際教學(xué)體驗(yàn),分別介紹了課上和課下所采取的課程思政的措施;最后通過這些措施的實(shí)施和對(duì)學(xué)生的跟蹤調(diào)查,簡(jiǎn)要說明了所取得的初步成效.1光學(xué)的歷史溯源“課程思政”不是指具體的思政課程,也不是指簡(jiǎn)單地增加幾門思政課代替現(xiàn)有的思政課程,而是通過深入挖掘?qū)I(yè)課和思政課之間的內(nèi)在聯(lián)系,把思想政治理論、唯物辯證方法恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到專業(yè)課中去,反過來又要從思政理論高度去理解和運(yùn)用專業(yè)課知識(shí)、看待和預(yù)見專業(yè)的發(fā)展,即從單一的思政課育人、專業(yè)課育人轉(zhuǎn)向綜合的、交叉的全課程育人光學(xué)(Optics)是一門具有悠久歷史的自然科學(xué)學(xué)科,它的發(fā)展史可追溯到2000多年前古希臘的歐幾里德所著的《反射光學(xué)》.約在公元前400多年,中國(guó)的《墨經(jīng)》中也記錄了世界上最早的光學(xué)知識(shí),包括影的定義和生成,光的直線傳播性和針孔成像等現(xiàn)象,并以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈淖钟懻摿嗽谄矫骁R、凹球面鏡和凸球面鏡中物和像的關(guān)系.在東漢王充所著的《論衡》中也有豐富的光學(xué)知識(shí)的記錄大學(xué)本科階段與光學(xué)有關(guān)的課程主要有“光學(xué)”、“工程光學(xué)”、“應(yīng)用光學(xué)”、“激光原理與技術(shù)”等,其主要的內(nèi)容也是光學(xué)學(xué)科內(nèi)容中最重要的兩個(gè):幾何光學(xué)和波動(dòng)光學(xué)2在光學(xué)課程中，課程績(jī)效管理的實(shí)施2.1課上注重光學(xué)知識(shí)與哲學(xué)基本原理的融合,培養(yǎng)學(xué)生積極探索光學(xué)課程思政知識(shí),豐富學(xué)生教學(xué)對(duì)象光光學(xué)研究的內(nèi)容非常廣泛,主要有光的產(chǎn)生與發(fā)射、光的傳播規(guī)律、光學(xué)系統(tǒng)的成像、光與物質(zhì)的相互作用以及光的本性問題.其中光與物質(zhì)的相互作用包括材料對(duì)光的吸收、色散、散射,光的機(jī)械作用以及光的熱、電、化學(xué)和生理效應(yīng)等,光的本性問題主要涉及光的波動(dòng)性和量子性的理論、爭(zhēng)論與實(shí)驗(yàn)的發(fā)展過程.除此之外,跟光有關(guān)的生產(chǎn)和生活中的實(shí)際應(yīng)用問題也是光學(xué)的重要內(nèi)容.在通常的討論中,光學(xué)被分成幾何光學(xué)、波動(dòng)光學(xué)、量子光學(xué)和現(xiàn)代光學(xué)四大板塊,它們之間相互聯(lián)系,相輔相成,是原子與分子物理、相對(duì)論、量子力學(xué)等知識(shí)的必要基礎(chǔ),也是進(jìn)一步探討宏觀和微觀世界的聯(lián)系與規(guī)律,并把這些規(guī)律用于實(shí)際的生活和指導(dǎo)生產(chǎn)的重要理論工具,課堂是學(xué)校教育的主要陣地,因此課堂上是學(xué)生接受信息的主要渠道,在光學(xué)課程思政的教學(xué)中,筆者努力將光學(xué)知識(shí)與哲學(xué)基本原理進(jìn)行有效地融合,使學(xué)生在課堂上能夠全面地了解,做到入耳、入腦,下面以幾個(gè)例子來說明光學(xué)課程中的課程思政.2.1.1點(diǎn)光源模型與事物的主要矛盾和次要矛盾從電磁理論上講,光也是一種電磁波,是按照電磁波的波動(dòng)理論進(jìn)行傳播.但是按照波動(dòng)理論來討論幾何光學(xué)中,光經(jīng)過透鏡、棱鏡等光學(xué)系統(tǒng)的傳播規(guī)律和成像問題時(shí),將會(huì)涉及計(jì)算和處理上的巨大困難,對(duì)解決實(shí)際問題很不方便.按照近代物理學(xué)的觀點(diǎn),光具有波粒二象性,即可以把光看作一個(gè)個(gè)的粒子作直線運(yùn)動(dòng).因此,當(dāng)只考慮光的粒子性時(shí),就可以把光源發(fā)出的光抽象成一條條的帶有能量的幾何線——光線,然后根據(jù)幾何光學(xué)的實(shí)驗(yàn)定律來研究光學(xué)系統(tǒng)的成像規(guī)律,就會(huì)使問題變得簡(jiǎn)單且實(shí)用.如圖1所示,點(diǎn)光源向四周發(fā)射出球面波,其光線的方向?yàn)榍蛎娴姆ň€方向,多條光線構(gòu)成具有一定寬度的光束.迎著光束傳播的方向進(jìn)行觀察或用儀器接收,其接收到的光斑的大小,也即照射到眼睛或儀器的波面面積相比于輻射的整個(gè)球面波波面的面積也可以忽略不計(jì).因此,此時(shí)也可以把接收到的光束當(dāng)作平行光束來處理,即波面的法線方向平行,那么該波面則為平面,也稱平面光波.從抽象點(diǎn)光源模型,再到平面光波的建立可以看出,在復(fù)雜事物發(fā)展過程中的確包含著許多矛盾.但是,由于事物發(fā)展中處于支配地位、對(duì)事物的發(fā)展起著決定作用的矛盾叫做主要矛盾,而其他處于從屬地位,對(duì)事物的發(fā)展過程不起決定作用的矛盾為次要矛盾,例如從太陽(yáng)發(fā)出的光經(jīng)過直線傳播到接收裝置的距離與太陽(yáng)本身的幾何尺寸相比,其光源表面或球心發(fā)出的光線到底哪個(gè)光程大一些,其實(shí)已經(jīng)不重要了,即可以把光源看作收縮成一個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)源,點(diǎn)源上只有一點(diǎn),發(fā)出的光線到達(dá)地球接收裝置的距離都是一樣的.進(jìn)一步,當(dāng)球面光波傳播到地球上時(shí),地球上的接收裝置的接收面積與球面光波的波面面積相比,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,這兩個(gè)問題中主要矛盾和次要矛盾分別是光線作用的距離和光源的大小,光波波面的面積和接收裝置的接收面積.筆者在教學(xué)中,常啟發(fā)學(xué)生觀察和處理復(fù)雜問題的時(shí)候,應(yīng)該首先要抓住主要矛盾,集中力量解決主要矛盾,或者要善于抓住矛盾的主要方面,抓住事物的本質(zhì)和主流,但也不能忽視次要矛盾,做到統(tǒng)籌兼顧、適當(dāng)安排,堅(jiān)持兩點(diǎn)論和重點(diǎn)論的有機(jī)統(tǒng)一.2.1.2衍射和直線傳播機(jī)械波在傳播過程中會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象,即不沿直線傳播而向各個(gè)方向繞射.但是,通?？磥砉馐茄刂本€傳播的,遇到不透明的障礙物時(shí),會(huì)投射出影子,這似乎表示衍射和直線傳播是彼此獨(dú)立、彼此矛盾的.但是在實(shí)驗(yàn)中,衍射是真實(shí)發(fā)生的,如圖2所示,光繞過障礙物偏離直線傳播而進(jìn)入障礙物的幾何陰影區(qū),并在屏幕上出現(xiàn)光強(qiáng)分布不均勻的衍射條紋圖樣.中央亮條紋的強(qiáng)度比兩側(cè)亮條紋的強(qiáng)度大的多,可以說中央亮條紋集中了絕大部分的能量.中央亮條紋的寬度與波長(zhǎng)以上的討論表明光的衍射和直線傳播并不是一成不變的,而是在一定的條件下可以轉(zhuǎn)換的.可見光波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)為不到1個(gè)微米,因此在通常的生活中,光都是沿直線傳播的,比如“坐井觀天”、“鑿壁偷光”、“小孔成像”等都可以說明.而當(dāng)狹縫2.1.3單個(gè)粒子無規(guī)性——大量粒子統(tǒng)計(jì)性與量變和質(zhì)變光的波粒二象性則可以用統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來解釋,如圖3所示.入射光先通過一個(gè)狹縫,再經(jīng)過兩個(gè)狹縫,在右側(cè)的攝影底板上可以接收到光子,該裝置實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置.圖3(a)中,入射光極弱,光子數(shù)目極少,這些光子幾乎是一個(gè)一個(gè)地穿過雙縫,則攝影底板上就出現(xiàn)了一個(gè)一個(gè)的感光點(diǎn).這些感光點(diǎn)在攝影底板上的位置并不重合在一起.開始時(shí),它們毫無規(guī)則地散布著,但隨著曝光時(shí)間的延長(zhǎng),感光點(diǎn)數(shù)目逐漸增多,如圖3(b)所示,增大入射光的強(qiáng)度,通過狹縫的光子數(shù)很多時(shí),則在攝影底板上立即出現(xiàn)名暗連續(xù)變化的雙縫干涉清晰圖樣.在這部分內(nèi)容的教學(xué)中,筆者重視引導(dǎo)學(xué)生思考,這種從單個(gè)光子的不確定性,到多個(gè)光子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性,與事物發(fā)展的兩種狀態(tài)——量變和質(zhì)變的辯證關(guān)系如出一轍.任何事物的變化都是量變和質(zhì)變的統(tǒng)一,量變是質(zhì)變的必然準(zhǔn)備,質(zhì)變是量變的必然結(jié)果.在這里,光子數(shù)很少時(shí),不能確切地研究單個(gè)光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律,更不可預(yù)知出現(xiàn)位置,也不可能出現(xiàn)清晰的干涉圖樣.但當(dāng)光子數(shù)增多,不論是長(zhǎng)時(shí)間的曝光引起的增多,還是一次就有足夠多的光子,均是由量變到質(zhì)變,此時(shí)就可以觀察到清晰的干涉圖樣,且這些光子都服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律.量變引起質(zhì)變,又由質(zhì)變開始新的量變,如此循環(huán)往復(fù),構(gòu)成事物無限的變化和發(fā)展過程,使事物不斷地由低級(jí)階段向高級(jí)階段晉升.在實(shí)際的學(xué)習(xí)、生產(chǎn)、生活中,要重視量的積累,不失時(shí)機(jī)地促成事物的飛躍.2.1.4否定之否定和發(fā)展的思維關(guān)于光學(xué)的發(fā)展歷史,筆者在教學(xué)中注意按時(shí)間先后順序列表介紹及講解,如表1所示.該表中,給出了關(guān)于光究竟是波還是粒子的本性問題在光學(xué)發(fā)展中的主要?dú)v史事件.從光的“波粒戰(zhàn)爭(zhēng)”可以看出,尋求光的本性問題這個(gè)事物自身發(fā)展的整個(gè)過程是由肯定、否定再到否定之否定諸環(huán)節(jié)構(gòu)成的.其中否定之否定是該探索過程的核心,是事物自身矛盾運(yùn)動(dòng)的結(jié)果.否定之否定實(shí)際上是對(duì)光的本性問題的認(rèn)識(shí)中突破片面局限,不斷接近事實(shí)真相的過程.在光的本性問題研究中,可以看到,由于時(shí)代的局限性、科技水平的落后等因素,使以牛頓為代表的微粒說和以惠更斯為代表的波動(dòng)說,都只是片面地認(rèn)為光要么只有粒子性,要么只有波動(dòng)性.而事物的發(fā)展經(jīng)過辯證否定,矛盾雙方都得到了充分發(fā)展,揚(yáng)棄了各自的片面性,在新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論原理基礎(chǔ)上達(dá)到了肯定和否定的統(tǒng)一.經(jīng)過肯定、否定、否定之否定即新的肯定,事物在新的基礎(chǔ)上重現(xiàn)自身,并在更高、更豐富的基礎(chǔ)上復(fù)歸,使人們重新認(rèn)識(shí)到了光的本質(zhì),它具有波粒二象性.結(jié)合光的本性問題的認(rèn)知過程可以看出,事物發(fā)展遵循否定之否定規(guī)律,其發(fā)展的總的趨勢(shì)和基本方向是前進(jìn)的、上升的.而發(fā)展的具體途徑和道路則是螺旋式的或波浪起伏的,發(fā)展是前進(jìn)性和曲折性的對(duì)立統(tǒng)一.2.2指導(dǎo)實(shí)施的注意事項(xiàng)光學(xué)課程是物理、電子等類專業(yè)的必修課程,但課程名稱不完全一樣,如筆者所在學(xué)校的院系,對(duì)于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為“工程光學(xué)”、物理學(xué)專業(yè)則為“光學(xué)”.依據(jù)不同的專業(yè)差別和不同的培養(yǎng)方案,光學(xué)課程教學(xué)中主要涉及的內(nèi)容、側(cè)重點(diǎn)也不完全一樣.近兩年來,筆者在這兩門光學(xué)課程的教學(xué)中,無論在課堂上還是課下都十分留意學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,通過對(duì)學(xué)生本人的平時(shí)表現(xiàn)、期末成績(jī)以及與學(xué)生的同學(xué)之間的談話了解等方式,選定了電子科學(xué)與技術(shù)、物理學(xué)專業(yè)較優(yōu)秀的學(xué)生12名,根據(jù)這12名同學(xué)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、性格差異、動(dòng)手能力等將這12名同學(xué)分為4組,第一組以徐×為組長(zhǎng)的3名同學(xué)主要負(fù)責(zé)大學(xué)物理的學(xué)科競(jìng)賽,第二組以朱鴻×同學(xué)為組長(zhǎng)的3名同學(xué)主要負(fù)責(zé)參加學(xué)校及政府部門組織的各類“創(chuàng)業(yè)”比賽,而第三和第四組分別以李×和盧開×為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,申請(qǐng)并實(shí)施“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目.學(xué)生不論是參加學(xué)科競(jìng)賽,還是參加“創(chuàng)業(yè)”比賽,又或者是實(shí)施“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”,筆者都親自帶著學(xué)生一步一步地指導(dǎo)實(shí)施.在指導(dǎo)實(shí)施的過程中,首先增強(qiáng)自己育人的意識(shí)和責(zé)任感,時(shí)刻想著自己是一名老師,自己的一言一行都對(duì)學(xué)生的思想和行動(dòng)產(chǎn)生重要的影響,因此經(jīng)常提醒自己最基本的“學(xué)高為師,身正為范”的要求,以自己優(yōu)良的專業(yè)知識(shí)、業(yè)務(wù)素質(zhì)和高尚的師德風(fēng)范、道德情懷去感化教育學(xué)生.學(xué)生在接受指導(dǎo)的過程中往往會(huì)以老師為榜樣,為標(biāo)準(zhǔn),無形中培養(yǎng)了學(xué)生的道德水準(zhǔn).其次,對(duì)學(xué)生要求嚴(yán)格,讓學(xué)生在做項(xiàng)目的過程中明白,要想取得好成績(jī),做任何事情都需要精心準(zhǔn)備、辛勤付出.這可以從一些事例中看出,如徐×同學(xué)組在參加本省物理學(xué)會(huì)舉辦的大學(xué)物理競(jìng)賽中,對(duì)于場(chǎng)外試題,從拿到試題開始,便進(jìn)行材料的采購(gòu),儀器的準(zhǔn)備,課余時(shí)間經(jīng)過十余個(gè)晝夜的反復(fù)實(shí)驗(yàn),終于達(dá)到了題目所給的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.此外,通過大量查閱文獻(xiàn),弄清了其中的原理,完成了模型分析,并進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn),從而最終在比賽的答辯現(xiàn)場(chǎng)得到了評(píng)委專家的高度評(píng)價(jià).又如朱鴻×同學(xué)在參加校級(jí)、區(qū)級(jí)舉辦的各類“創(chuàng)業(yè)”大賽中,從最初的創(chuàng)意構(gòu)想,到創(chuàng)業(yè)計(jì)劃書的撰寫,幾易其稿,不斷改進(jìn),到最終的現(xiàn)場(chǎng)答辯,又反復(fù)推敲、模擬,最終取得了優(yōu)異的成績(jī).再如李×和盧開×兩組同學(xué)近兩年一直努力申請(qǐng)和實(shí)施“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目.“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目主要包括三類,分別是創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目和創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目.在筆者的指導(dǎo)下,兩組學(xué)生從課本中學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行發(fā)散思維,主要申請(qǐng)創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目.兩組學(xué)生積極主動(dòng),從立意構(gòu)思到查新調(diào)研,從申請(qǐng)書的撰寫到任務(wù)書的下達(dá),每一個(gè)環(huán)節(jié)都經(jīng)常找筆者來討論,每一個(gè)稿件都精心修改比對(duì).在項(xiàng)目的立項(xiàng)后,又在筆者的嚴(yán)格要求下,按照申請(qǐng)書和任務(wù)書的時(shí)間節(jié)點(diǎn)購(gòu)買材料做實(shí)驗(yàn),并適時(shí)總結(jié)撰寫申請(qǐng)專利、發(fā)表論文等.最后,在指導(dǎo)和幫助學(xué)生解決項(xiàng)目實(shí)施中的問題時(shí),注意與學(xué)生的溝通討論,了解學(xué)生的真實(shí)想法.在學(xué)生遇到迷惑時(shí),常常以哲學(xué)的基本理論來加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的思想教育,使課程思政真正做到入心、入行.如學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)中,常常只看到一些次要的因素,而沒有抓住主要矛盾.這個(gè)時(shí)候,筆者就向他們解釋,哪些因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果影響不大,或者可以忽略,就可以認(rèn)為是次要矛盾,而哪些因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響較大,就需要對(duì)學(xué)生反復(fù)講解,不能疏忽遺漏.從而在做的過程中,加深對(duì)主要矛盾和次要矛盾辯證關(guān)系的理解,并一步步深化,培養(yǎng)他們?cè)谧鍪碌倪^程中分清主次,抓住主要矛盾的能力.又比如,兩組做創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目的同學(xué),在專利的申請(qǐng)中,需要對(duì)專利申請(qǐng)書進(jìn)行反復(fù)推敲,每寫一稿,筆者都會(huì)親自批改圈閱,指出其中設(shè)計(jì)的問題、寫法的問題和格式等問題,經(jīng)過一遍一遍地修改,學(xué)生在這個(gè)過程中慢慢明白了量變引起質(zhì)變的哲學(xué)道理.新的一稿總會(huì)比前一稿有進(jìn)步,在修改的過程中持續(xù)對(duì)知識(shí)加深理解,對(duì)設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化,最終達(dá)到了提交審查的要求.此外,學(xué)生在參加“創(chuàng)業(yè)”比賽中,會(huì)與同學(xué)和社會(huì)交流較多,在這個(gè)過程中,筆者常常提醒學(xué)生注意與他人的交流方式,注意作為高校大學(xué)生的行為與素質(zhì),這些都或多或少地引導(dǎo)了學(xué)生形成正確的世界觀,在他們成長(zhǎng)的過程中注入了一定的“正能量”.3光學(xué)課程的學(xué)習(xí)取得了極的成效在具體的課程教學(xué)中進(jìn)行課程思政教育的目的不僅僅是讓學(xué)生將學(xué)科知識(shí)和思想政治理論簡(jiǎn)單地線性疊加,而是要讓學(xué)生在生活、學(xué)習(xí)及以后的工作中自發(fā)地踐行相應(yīng)的理念.在看待事物和處理問題時(shí),能夠恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用所學(xué)的學(xué)科知識(shí)和思想政治理論.站在哲學(xué)理論的高度去看待和預(yù)見事物的前后因果和事物的發(fā)展方向,讓這種自覺地踐行思政元素貫穿始終,成為一種常態(tài).只有做到這樣,才能對(duì)學(xué)生的成長(zhǎng)和成才具有積極的意義.通過近兩年的光學(xué)課程的課程思政教育,總體上學(xué)生學(xué)習(xí)光學(xué)課程的積極性有所提高,特別是將相應(yīng)的哲學(xué)基本理論融入到具體的光學(xué)知識(shí)點(diǎn)中進(jìn)行課程思政時(shí),學(xué)生的反應(yīng)是從有所驚奇到主動(dòng)思考.驚奇于這兩類看似不相關(guān)聯(lián)的學(xué)科竟然是相通的,而主動(dòng)思考則是在其他學(xué)科的知識(shí)或遇到其他問題時(shí)是否也能融會(huì)貫通,以思政的理念來指導(dǎo)學(xué)習(xí)和生活.筆者所指導(dǎo)的12名學(xué)生在近兩年來取得了一些初步的成效:徐×等同學(xué)3人獲得省物理學(xué)會(huì)舉辦的“第三屆大學(xué)生普通物理知識(shí)競(jìng)賽”三等獎(jiǎng)1次;朱鴻×同學(xué)等3人獲得校級(jí)“創(chuàng)業(yè)之星”比賽二等獎(jiǎng)1次,并獲得區(qū)創(chuàng)業(yè)補(bǔ)貼1次,朱鴻×本人多次獲得各級(jí)獎(jiǎng)學(xué)金,并獲得省級(jí)“優(yōu)秀本科畢業(yè)生”榮譽(yù),畢業(yè)后考取了碩士研究生;李×和盧開×兩