课程思政在大学物理实验教学改革中的探索——以“硅半导体太阳能电池特性实验”为例

吴卫华，张 勇，朱小芹

(江苏理工学院 数理学院，江苏 常州 213001)

2020年，教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》，纲要指出在理工类课程中，将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。理学类课程要注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育，培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。工学类课程要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。同时，纲要也指出在实践类课程中，应该将思政教育与理论教学、实验操作等有机融合，注重学思结合、知行统一，增强学生勇于探索的创新精神、善于解决问题的实践能力[1,2]。

大学物理实验是高等教育中理工科类学生的一门重要基础课程，是学生进入大学后系统接受科学实验训练的开端[3]。大学低年级阶段的青年学生尚处于人生观、世界观和价值观形成的关键时期，学生容易受到网络多元化思潮和西方道德价值观的冲击，从而产生理想信念模糊、责任意识薄弱、思想道德滑坡、学习兴趣丧失、创新能力不足、团队精神缺乏等，进而对社会进步与发展产生负面影响。大学物理实验蕴含着丰富的思政元素，在实验项目教学过程中，结合政治、经济、科技、社会等热点问题，将爱国主义情怀、社会责任意识、科学探索精神、思想道德修养等潜移默化地融入课堂，运用德育的学科思维引领学生掌握基础实验方法与技能，加深对物理概念和规律的认识，培养学生实践动手和解决问题的能力，协助学生树立科学的世界观和方法论，提高学生科学素养和创新意识，从而达到课程思政“春风化雨”的育人效果[4,5]。

1 植入课程思政的路径探索

1.1 明确实验教学的专业与德育目标

半导体太阳能电池特性实验要求学生理解太阳能电池的工作原理，掌握开路电压、短路电流、最大功率点、填充因子等特性的测量[6]，其教学目标分为专业目标和德育目标。专业目标主要包含：1.熟悉半导体PN结的形成及特点，理解太阳能电池的工作原理；2.掌握太阳能电池的基本特性；3.学会测量仪器的规范使用、测量电路的连接与故障排除；4.掌握图示法数据处理的要求、规范地书写实验报告。德育目标主要包括：1.培养学生爱国主义精神、社会责任感和主人翁意识，树立伟大“中国梦”的理想信念；2.激发学生勇于创新、砥砺前行的奋斗精神，致力于解决当前迫在眉睫的“卡脖子”问题；3.引导学生树立“求真、求是、求实”的科学态度、恪守学术道德与坚守学术诚信；4.锻炼学生理论联系实际的能力，从感性认识到理性认识再到实践的认知规律，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力；5.培养学生沟通交流能力和团队协作精神。

1.2 在课前预习中掺入思政教育

太阳能电池特性测量实验为验证性实验，学习没有预习往往会出现实验电路接线不正确、测量数据采集不合理、实验结论与物理规律不相符等问题，从而大大降低了学生“学”和教师“教”的教学效果。为此，在实验课之前，教师需要给学生布置实验题目的预习任务，发挥学生主观能动性，利用“超星学习通”平台在线观看教学视频和浏览教学课件，了解太阳能电池工作原理和仪器规范使用，鼓励学生遇到不懂的内容时可以应用文献检索知识查阅相关参考资料，引导学生积极参与线上互动讨论，完成实验题目课前测试和预习报告。这就间接要求学生能有效利用课余碎片化时间进行线上自学，而不至于沉迷网络游戏，有利于提高学生学习效率和身心健康。

1.3 在课堂讲解中渗透思政教育

1.3.1 半导体PN结的形成与特点

在讲授PN结理论时，适时引入中美贸易战中的“芯片”问题，从日常生活中的手机和汽车芯片延伸到航空航天、导航导弹等领域的军用芯片，激发学生爱国主义热情，树立“强国有我”的理想信念，唯有自力更生和敢于创新，突破受制于人的关键芯片科技，才能从根本上打破国际集成电路的技术封锁。同时，酌情讲述我国在半导体材料科学及集成电路研究方面的杰出科学家，启发学生求知欲望，增强学生民族自豪感和自信心，培养“科学无国界，科学家有祖国”的科学精神，维护中华民族尊严和强国地位。

1.3.2 太阳能电池的工作原理

在讲解光电效应时，穿插介绍伟大的物理学家爱因斯坦的典故，他为了寻求真理饱受了经典物理理论科学家的质疑，发现并成功解释了光电效应，从而荣获诺贝尔物理学奖[7]。激励学生学习爱因斯坦敢于挑战权威和勇于探索真理的科学精神，教育学生用怀疑精神来对待已有科技成果、用实证精神来对待科学发现、用探索精神来对待未知领域，启示学生尊重科学、坚持真理，树立崇尚科学与真理的价值观。

1.3.3 太阳能电池的基本特性

针对太阳能电池的工作效率问题，适当引入电池材料的发展历程。从第一块基于锗材料半导体太阳能电池1%的转换效率到如今叠层太阳能电池约30%的转换效率，材料科学家做出了卓越贡献[8]，让学生真切体会到科技创新重要力量，鼓励学生关注科技前言、投身专业学习、立志报效祖国。

1.4 在实验操作中实施思政教育

1.4.1 电路连接

在太阳能电池特性测量系统组装时，要求学生规范化操作，关注学生电路连接是否错误、仪器操作是否正确、量程选择是否合适等，指正学生的不当操作，协助学生排除电路故障，培养学生实践动手技能。实验通常采取每组两位学生的分组形式，要求学生明确分工、协同合作，认真仔细地操作实验仪器和观察实验现象，共同高质量地完成实验任务，培养学生的责任意识和团队精神。

1.4.2 数据采集

科学实验是检验物理规律的标准，实验数据的采集显得格外重要。教导学生首先要注意数据的采集方法，作图用的数据点越多，所作曲线越精确。由于测量次数受限，在曲线的线性段均匀采集数据、曲线的拐弯处多采集数据，保障实验曲线的置信度，增强“实践出真知”的意识。其次要注意测量数据的有效数字，正确地测读和记录实验数据，切勿随意删减测读值位数而影响测量结果可信度，树立严谨务实的治学作风。最后要注意的是引导学生善于分析实验数据中蕴含的物理规律，培养追求真理和崇尚科学的精神，提高独立思考和明辨是非的能力。

1.4.3 数据审查

太阳能电池输出特性受光照强度、电池表面温度、测量仪器精度等因素影响，且每组太阳能电池规格参数也不尽相同。因此，每组测量数据应该是截然不同的。在实验数据审查时，重点关注数据的正确性、真实性和可靠性。针对个别同学为了顺利过关而侥幸篡改实验数据或抄袭他人数据，督促其重新认真测量、如实记录实验数据，引导其正视诚信问题，对不诚信行为实现“零容忍”，让学生养成尊重客观规律和严谨细致的实验习惯，以恪守诚信、实事求是的科学态度对待物理实验，内化学生的实验行为准则，提升学生思想道德修养。

1.5 在实验报告中开展思政教育

1.5.1 图示法实验数据处理

在实验数据处理时，强调图示法的“五个规则”：选轴、定标尺、描点、连线、写图名。学生在实验报告作图时“缺一不可”，锻炼学生分析实验数据、总结物理规律的能力。同时，要求学生自学Origin、Matlab数据处理工具，应用图表形式直观分析数据，这不仅有利于提升学生自学和解决问题的能力，也为后续创新型物理实验奠定了基础。

1.5.2 科学规范书写实验报告

在撰写实验报告时，强调实验报告的科学性与规范性。学生根据实验报告栏目进行自主总结，而非原文照搬实验教材内容，培养学生分析整理和写作表达能力。实验报告要求书写仔细、字迹工整、数据翔实、图表规范，引导学生树立认真的学习态度。实验报告完成后按时提交，养成守时守约的良好习惯。特别强调在做实验报告的过程中，严禁学生抄袭他人报告、侵犯他人数据，培养学生诚信品质。

1.6 在科技创新中开展思政教育

在实验室开放阶段，鼓励优秀学生结合自身兴趣和专业基础开展科技创新活动，自由选择研究课题、设计实验方案、验证实验假设，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，从而提高学生科研创新能力。

2 实验课程思政教学改革成效与存在问题

通过前期教学改革实践，发现实验课程思政在育人效果方面成效显著，学生端正了实验态度、改进了学习方法、增强了学习信心、培养了合作精神，提高了实践动手和解决问题的能力。尽管如此，思政教育在物理实验课程教学中的改革仍处于起步阶段，需要不断地反思和解决目前尚存在的主要问题。

(1)实验指导教师长期从事技能教学，在思政方面的知识积累尚不够丰富，缺乏思政教育与实验课程融合的经验和技巧，从而导致思政教育效果不够明显、切入不够自然。为此，实验教师可以通过“学习强国”等网络资源学习高校课程思政建设成果，提升课程思政在物理实验教学中的改革与建设能力。

(2)思政教育融入物理实验教学全过程意味着实验教师需要重新设计项目教学内容、教学方法、教学课件及评价体系等，这些显著加重了实验教师工作量，从而引起个别教师拒绝接受实验课程思政改革。为此，实验教师需要转变教育理念、提高政治站位，教学团队可以分工合作、资源共享，共同构建实验课程思政素材库、共同设计实验教学环节，提高课程思政育人成效。

(3)实验项目教学内容繁多、实验操作复杂，在学时受限情况下，有些教师或学生在规定时间内难以完成项目的教与学，没有过多的课堂时间开展课程思政。另外，有些学生对物理实验课渗入思政元素的教育模式仍不能完全接受，错误地认为思政教育的融入就是“浪费时间”。为此，实验教师应当精选思政资源，采用多样化教学手法将思政教育深度融合到知识讲授和实验操作过程中，激发学生筑牢政治立场、乐于专业学习、渴望成人成才，实现价值塑造、知识传授和能力培养的多维集成。

3 结 语

在课程思政教学改革大背景下，物理实验课程教学需要牢固树立立德树人的理念、明确专业与德育教学目标、优化课程思政教育实施细则，将常规教学中知识传授、能力培养与价值塑造同频共振，让学生在学习实验知识、锻炼实践技能的同时，默化潜移地帮助学生树立理想信念和责任意识、厚植家国情怀和科学精神，促进学生的专业素质和德育素养全面提升，真正实现物理实验课程的“教书”和“育人”功能。