“大学物理”课程中课程思政教学探究

段秀芝 户立春 徐园园

[摘 要] “大学物理”是面向理工科学生开设的一门必修基础课，在“大学物理”课程中引入思政元素具有深远意义。以“薄膜干涉”为例，首先描述相关理论知识，然后阐述思政元素。通过讲述托马斯·杨刻苦钻研的事迹来培养学生勤奋好学的优良品质;使学生体会到物理现象之美、物理理论描述之美与理论结构之美，并将物理理论提升到哲学层面;通过薄膜干涉的应用引出工匠精神，并对学生言传身教。在“大学物理”教学中融入思政元素，实现立德树人的目标。

[关键词] 大学物理;课程思政;薄膜干涉;立德树人

[基金项目] 2020年度唐山学院博士创新基金（1402002）

[作者简介] 段秀芝（1982—），女，河北邢台人，工学博士，唐山学院基础教学部讲师（通信作者），主要从事材料物理与化学研究;户立春（1979—），男，河北唐山人，硕士，唐山学院基础教学部副教授，主要从事磁性材料研究;徐园园（1987—），女，河北邯郸人，理学博士，唐山学院基础教学部讲师，主要从事凝聚态物理研究。

[中图分类号] C229.29   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）41-0161-04  [收稿日期] 2020-11-22

唐代的文学家、思想家韩愈曾在《师说》中将教师的责任描述为“师者，传道授业解惑也”，即教师的责任除了教授专业知识、解决学生困惑，还应对学生进行“传道”。当下经济社会发展迅速，教育的初心和使命显得尤为重要。“教”既上所施，下所效也;“育”是指品格的教化。2016年，习近平总书记提出的“高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人”的观点，把高校思政教育的重要性提升到了一个新高度[1]。教师在完成讲授学科知识的同时，还应对学生进行思想政治教育。思想政治教育的重要性有目共睹，从各学科中挖掘思政元素迫在眉睫。教育工作者应适时在专业知识这盘“菜”中加入一点“盐”——思政元素[2-4]。

物理学包括力学、热学、光学、电学及量子物理等，而“大学物理”是面向理工科学生开设的一门必修基础课。“大学物理”的基本理论渗透自然科学的许多领域，应用于生产技术的很多部门，它是自然科学的许多领域和工程技术的基础。目的是为了培训学生的科学素养、解决实际问题和科研创新的能力，从而促进专业学习。“大学物理”还是一门以实验为基础的学科，与现实生活联系密切。在“大学物理”中融入思政元素是一项重要的课题。“大学物理”不仅涉及的知识面非常广泛，其各部分的思政元素均需教育工作者进行深入研究。在大学物理课程中进行思想政治教育的相关研究基础上[5]，本文以“薄膜干涉”为例，讨论“大学物理”中的思政元素，从而培养学生正确的人生观、世界观和价值观，实现对学生的价值引领。

一、薄膜干涉相关理论的讲解

首先将折射率为n的均匀薄膜放入空气中，当光线垂直入射到均匀膜上时，薄膜的上表面和下表面对光线的反射光会发生干涉现象，在膜的表面能够观察到干涉图样。这两条光线的光程差为：

其中，d为薄膜的厚度，为由于只有一条光线在被反射时产生的半波损失导致的光程差。光程差中是否包含与膜接触的介质的折射率有关。假设与膜上方接触的物质的折射率为n1，与膜下方接触的物质的折射率为n2。当n1n>n2时，光程差中不包含λ/2;当n1n2或n1>n

1.厚度均匀的薄膜。当厚度均匀分布时，表面各点的光强相同。当用某一单色光垂直照射时，改变薄膜厚度，会看到薄膜由亮变暗，再由暗变亮，明暗交替变化。

2.劈尖。两块厚度均匀的玻璃板，一侧接触，另一侧用圆柱形金属丝隔开。两块玻璃之间会出现劈形膜，薄膜厚度线性变化，表面呈现出明暗相间的直条纹，条纹均匀分布。当下玻璃板不动，上玻璃板向上缓慢移动时，会看到条纹向棱边方向移动，条纹间距不变;当下玻璃板不动，上玻璃板绕着棱边逆时针旋转时，条纹会向棱边方向移动，条纹间距变小。

3.牛顿环。一块平凸透镜和一块平板玻璃互相接触，两者之间会出现一层膜，薄膜厚度呈非线性变化，牛顿环装置表面会呈现出明暗相间的圆环，内疏外密。当下方的平板玻璃不动，上方的平凸透镜缓慢向上移动时，明暗相间的圆环会向中心汇聚。

上述干涉属于等厚干涉，薄膜厚度相同的点的轨迹是同一级条纹。在劈形膜中，如果构成劈形膜的一块玻璃板是平整的，可通过干涉条纹的形状来判断另一块玻璃是否平整。如果能观察到明暗相间的直条纹，说明另一块玻璃是平整的。如果发现条纹存在弯曲，则在弯曲位置有瑕疵（存在凹陷或凸起）。同样，也可以采用牛顿环装置中的薄膜干涉来检测平凸透镜的质量。透射光线也能够发生干涉现象，透射出的两条光线的光程差与反射出的两条光线的光程差相差半个波长，相遇后两个分振动叠加之后的光强与反射光的光强互补，这是能量守恒的一种体现。当光线的斜入射到膜的上表面时，会出现等倾干涉，入射角相同的光线被薄膜的上下表面反射后，干涉叠加之后的点的轨迹是同一级谱线，其干涉图样是明暗相间的圆环。

二、课程思政元素的探讨

考虑到科学家发现薄膜干涉的过程、薄膜干涉的特征及其与现实生活中的联系，我们从物理学史、物理之美及薄膜干涉的应用三个方面，对思政元素进行挖掘。

（一）引入物理学史

光的本性是光学研究中的重要方面。早在公元前388年，我国的《墨经》中就记载了一些光学现象，如：影子是如何形成的;光的直线传播;光的反射特性及平面镜、凹透镜和凸透镜反射成像等。此外，墨家解释了为什么能够看见周围的物体，相关描述为：人依靠眼睛见物，而眼睛依靠光见物。《墨经》是两千多年前一部伟大的光学著作，可见我国的学者在很早之前就对光的特性进行了研究。

西方学者也对光学进行了研究，在19世纪以前，牛顿提出的“微粒说”比较盛行，此学说认为组成光的微粒沿直线传播。随着对光学的进一步研究，人们发现有的现象无法采用光的直线传播来解释，如：干涉和衍射现象，而波动光学能够对此现象进行解释。英国科学家托马斯·杨在这个方面做出了巨大贡献。他从小就聪慧好学。17岁时就已精读过牛顿的力学和光学著作。尽管他是一名医生，但对物理学有着深入地研究。他在研究眼睛接受不同颜色的光时，对光的波动性有了进一步认识，于1801年成功地解釋了光的干涉现象，既“当同束光的两部分从不同的路径，精确地或非常接近地沿同一方向进入人眼，则在光线上的路程差是某一长度的整数倍处，光强最强，而在干涉加强之间的中间带则最弱，这一长度对于颜色不同的光是不同的。”这为进一步研究干涉现象奠定了基础。尽管后来科学家们通过深入研究，发现光不仅具有粒子性，还具有波动性，出现了量子光学，并且量子光学具有许许多多的应用，如：激光技术和显示技术等，但英国科学家托马斯·杨在波动光学中的贡献依然很重要，他坚持不懈、努力钻研的品质值得我们学习。通过介绍光学方面的物理学史来激发学生的学习兴趣。从我国对光学的研究来介绍这部分内容，体现出中华民族自古以来就是努力奋斗、拼搏进取的民族，这种民族精神需要青年一代传承。强调他们肩负责任的重要性，这不仅有利于培养学生的民族意识，增强学生的爱国主义精神，而且有助于学生成长为有担当、有责任感的社会主义建设者。