“数学物理方法”混合式教学与课程思政有机融合的探索

黄兴勇 杨明 周桂宇 曹梦珊

［摘 要］ 为适应新时代“数学物理方法”课程教学特点，基于“数学物理方法”课程教学现状重塑教学模式，设计线上线下同步推进的混合式教学，深入挖掘课程思政元素，改革课程考核方式，探索混合式教学与课程思政的有机融合。基于传统教学存在的问题，探索“数学物理方法”混合式教学与课程思政有机融合的方法和路径，并列举课程思政案例进行说明，结果显示有望实现线上线下混合式教学与课程思政的有机融合，提升两者的相互融合度，达到学生专业素养和思政素养协同提高的目的。

［关键词］ 数学物理方法；混合式教学；课程思政；教学改革

［基金项目］ 2021年度教育部高等学校物理学类专业教学指导委员会高等学校数学物理方法课程教学研究项目“课程思政视野下的《数学物理方法》教学探索”（JZW-21-SL-10）；2021年度宜宾学院校级一流本科课程“数学物理方法”；2022年度宜宾学院校级教改项目“《数学物理方法》教学融入思政教育的机制与路径研究”；2023年度宜宾学院校级课程思政系列项目“《数学物理方法》课程思政示范课程”

［作者简介］ 黄兴勇（1986—），男，四川眉山人，博士，宜宾学院理学部副教授，主要从事物理学专业课程教学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）25-0152-04 ［收稿日期］ 2022-09-06

现如今高等院校正在不断更新教育观念和深化教学改革。随着科学技术的飞速发展，新思想、新方法在数学物理领域不断涌现，渗入各个学科，乃至延伸到社会经济领域［1］，而“数学物理方法”课程一直是物理学专业重要的专业必修基础课程，一般包括三个篇章，分别是复变函数、数理物理方程和特殊函数［2］。课程不仅要求学生掌握复变函数的基本知识与求解，还要求学会典型物理问题的数学求解方法，培养学生的抽象思维能力，使其应用数学工具能解决实际问题。“数学物理方法”与大量物理问题息息相关，且涉及广泛的数学知识，被公认为是一门难教也难学的课程。然而，掌握本门课程能为后续专业课（例如“电动力学”和“量子力学”）的学习打下良好基础，为进一步从事科学研究奠定坚固基石［3］。因此，为了适应新时代课程教学特点，顺应信息化技术时代要求，“数学物理方法”课程的教学改革势在必行［4］。在目前教学改革的新形势下，课程思政可以帮助学生树立正确的世界观、人生观、价值观，而混合式教学能够强化以学生学为中心的核心地位，弱化以教师教为中心的地位［5］。因此，研究混合式教学与思政元素有机融合，深化“数学物理方法”的课程教学可实现物理专业知识和思政元素与课程教学有机自然融合，对于课程教学改革至关重要。同时，其研究可有力地改善教学效果并培养素质全面的人才，培养学生自主学习、知识应用和前沿探索能力，以推动并深化课程与专业发展的交叉融合。

一、“数学物理方法”传统教学存在的问题

（一）教学方式问题

“数学物理方法”课程由大量的数学和物理公式、推导公式及抽象模型构成［6］，传统教学方式难以摆脱教师主导课堂、学生被动学习的现象，无法突出学生的主体地位，学生难以理解课程背后的物理内涵，课程教学枯燥乏味，容易使学生丧失学习兴趣；并且课程普遍采用大班教学的授课模式，学生数量较多，教师无暇顾及每位学生，学生在课堂上也缺乏存在感，进而导致教学质量和效率较低［7］。

（二）思想政治建设问题

“数学物理方法”课程是基于自然认知普遍性的课程，缺乏人文社科的立场导向，學生已基本形成了一定的道德观、价值观，并具备了独立的思考能力和判断能力，对技术的创新与发展更为关注，理性思维占据主导地位。由于物理专业的专业特性，学生在“数学物理方法”课程的学习过程中更侧重公式的记忆和推导、定理及规律的应用等，缺乏感性思维的理念，进而可能会导致学生忽视课程思政、漠视思想政治学习，不能很好地认识到价值观建设的重要性，甚至可能出现思想上的偏差。

二、混合式教学与思政元素有机融合的探索

（一）重塑教学模式，线上线下同步推进

从传统多媒体传授课本知识的单一教学模式过渡为同步推进的混合式教学模式，教学过程不再限于课堂，而是借助特定的教学平台，比如MOOC、线上微课等，实现教学互动和信息反馈。录制教学视频资源，进一步弥补课程教学时间的不足，巩固教学内容，激发学生的学习兴趣，提升教学效果。线上线下混合式教学模式一方面要求学生完成必需的学习任务，另一方面学生可以自主地选择学习方式，实现学习方式的多元化，由被动学习改为主动学习，提升学生的主体地位和学习效率，推进教学质量的逐步提高，构建起“课前线上自学+课中课堂教授+课后线上线下互动”的三维立体教学模式。

（二）优化教学内容，提炼思政元素

针对“数学物理方法”的学科特点，提炼知识体系，挖掘思政资源，形成以理论体系为主线，穿插历史故事，通过线下引导和线上挖掘，培养学生尊重科学规律、崇尚严谨求实的科学精神，建立学以致用、通专融合的科学发展观，实现知识技能和思想素质并重的教学体系（见图1）。

（三）拓展改革考核方式，巩固课程目标

针对教学内容和教学目标的不同，采用期末考核结合过程考核，过程考核除平时表现外，还包含思政元素的提炼讨论、线上的多样化学习方案、线上线下的互动式讨论，以充分调动学生学习的积极性和主动性，全面提高学生知识技能和思想素质水平，促进学生全面发展。

三、“数学物理方法”混合式教学与思政元素有机融合实施策略

（一）实施概况

“数学物理方法”为本校物理学专业必修课程，现开设于大学二年级上学期，共计64学时，可分为复变函数论、数学物理方程和特殊函数三大知识模块，根据传统线下教学内容和知识模块分类，按照课程大纲的要求录制教学视频，以供学生在线上实现课前预习。

（二）修订大纲

教学大纲是“数学物理方法”教学实施的纲领性文件。传统教学大纲一般只包含线下对于理论知识的授课要求、课程教学目标及课程教学重点和难点，几乎不涉及线上教学，线下教学也很少涉及世界观、人生观、价值观等思政元素的内容［8］。深入讨论课程思政的内涵，对教学大纲进行合理修订，将混合式教学及课程思政引入“数学物理方法”教学过程中，形成符合信息化教学要求，适应“三全育人”时代背景的新版教学大纲。

（三）课程教学

课前学生在线上了解课程教学目标及重点和难点，教师公布课程提纲并设计线上问题，学生根据课程要求进行线上视频学习。此阶段遇到疑难问题可在线向教师或同学咨询，实现线上讨论。

课中聚焦线上学习情况，根据课程目标补充线上讨论，延伸课堂作业。对于传统大班教学中存在的问题，如学生注意力不集中，后排学生听不清、看不清，仅有少数学生和教师有互动机会等，可通过组建线上线下小组，积极促进每位学生参与，安排小组讨论、辩论和展示，并梳理和总结线上线下学习知识点。同时，课程教学嵌入数学物理发展史，培养学生的科学精神；教学中讲述中国故事，厚植爱国主义情怀；课程教学联系时事前沿，拓宽学生知识面。

课后积极拓展教学内容，促进知识迁移，激发情感升华。学生通过课后任务的学习，交流教师评语，巩固授课内容，加深理解。全程通过科学精神、科学素养、科学发展观等精神融入课程教学，进而培养学生的家国情怀、个人品格和科学观。

（四）课程考核

课程考核是检验学生学习效果的有效手段，传统教学模式以教师讲授为主，学生被动接受知识；教师布置作业，学生完成作业，教师批改作业；最后统一闭卷考试，考核方式和过程都比较单一［9］。而线上线下混合式教学的考核更全面，包括线上视频学习、线上线下测验、线上线下小组讨论、线上线下作业汇报，线上线下小组评价、线下学习纪律等。总体来说，混合式教学与传统教学相比课程考核更趋于对学生的学习参与度、知识掌握程度，能更有效反馈学生的学习情况，考核方式更合理，更能激发学生的学习兴趣并活跃思维，这是传统大班线下授课模式下难以实现的［10］。

四、“数学物理方法”课程思政教学实例

在教学中突出数学物理方法脉络和知识体系的讲授，淡化数学推导，同时嵌入名人逸事、典型应用等培养学生的科学精神。

例如，在讲解傅里叶变换时，必然会介绍著名数学家傅里叶［11］。事实上，傅里叶最早提出利用三角级数表示其他函数的方法时，并未完全得到其他相关领域数学家的认可，甚至达朗贝尔也认为三角级数表示其他函数的方法存在局限性，但是傅里叶仍然坚持自己的想法，不断探索研究，终于成功用这个方法导出热传导方程。通过讲述傅里叶的研究生涯，可教导学生勇于创新，善于思考，培养其科学精神。

同时，根据应用可引出双光束傅里叶变换光谱。中国科学院上海技术物理研究所沈学础教授的办公桌上摆放着一排20世纪90年代的彩色幻灯片，其中一张是1978年他去德国马克斯·普朗克科学促进学会访学期间花费一年时间完成的。他成功研制出德国科学家历时三年未研制出的新型光谱仪并发展了一套数据处理方法，绘制出一幅前所未有的漂亮图谱，这幅图谱在德国马普学会固体研究所挂了整整十年，扭转了部分德国人认为“中国人不行”的落后思想。访学结束后，他拒绝了德国优越的实验室条件和丰厚的待遇，回国建起了世界一流实验室。为了工作，沈学础教授错过了见父亲最后一面，因为他深知“个人的事再大也是小事，国家的事再小也是大事”。通过沈学础教授的事迹，使学生意识到应为祖国强盛而努力，以及只有强起来才能不被看不起的思想。

应用方面，傅里叶变换不仅可以应用于信号处理，而且可以应用于诸多图像分析领域。

由天线阵列的信息理论可知，如果分布在高原上的阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜系统中，射电望远镜都对准相同的星空，每台射电望远镜接收到电磁辐射信号后，系统先作预处理，然后经数字化处理后由光纤送至技术中心。各路电磁讯号汇总并送达计算中心处理，经傅里叶变换后，可直接得到天体的电磁辐射图像。在谈到射电望远镜时，可引入中国“天眼”FAST之父南仁东的事迹［12］，他在工程建设中带领研发团队克服了无数技术难关，始终坚守在建设第一线，为天眼工程建设奉献了自己的全部。通过讲授南仁东对天眼FAST技术的不断改革与创新，让学生深入体会时代精神的核心——改革创新，秉承当代中国的时代人物体现出的时代精神和为祖国奉献的精神，帮助学生理解以爱国主义为核心的民族精神，积极弘扬中国精神。

此外，在讲解经典数学物理方程——热传导方程的过程中，一方面从方法论的角度让学生认识到数值方法、理论分析法和实验研究的科学研究方法，掌握教学目标之一——导热问题数值解法；另一方面，通过作业、小论文等学生能采用所学知识解决导热问题的形式，引入介绍我国传热学泰斗、推动我国计算传热学科形成和发展的陶文铨院士，通过介绍陶文铨先生的学术贡献及优秀事迹，激励学生学习陶文铨院士的勤奋敬业和淡泊名利的崇高精神，培育家国情怀，树立以陶文铨院士为榜样的信念。

综上，“数学物理方法”课程将混合式教学与思政元素有机融合，打破了传统面授的局限，改变了学生被动学习的状况，通过融入网络多维度教学，调动了学生学习的积极性，契合立德树人根本任务，实现全员全程全方位育人，有效掌握学生的学习状态，及时反馈学习结果，既可达到专业知识的传授要求，也可达到思政育人的要求。

参考文献

［1］季孝达，汪芳庭，陆英.“数学物理方法”课程建设的设想和实践［J］.教育与现代化，2004（1）：34-37.

［2］施红霞.“数学物理方法”线上线下混合式教学模式初探［J］.创新教育研究，2021，9（6）：1873-1876.

［3］閆林丽，张学勇，郭玉献.“数学物理方法”中运用MATLAB的教学体会［J］.教育教学论坛，2021（30）：148-152.

［4］牟海寧.浅谈数学物理方法教学改革［J］.科技创新导报，2016，13（36）：181+183.

［5］郭春文，魏然，范宇恒，等.混合式教学及课程思政建设有机融合的教学模式探究：以材料成形原理课程改革为例［J］.中国现代教育装备，2022（3）：91-93.

［6］周天.“数学物理方法”课程的教学认识和改革探索［J］.教育教学论坛，2020（10）：316-317.

［7］曾晗，贾艳艳，贺转玲.线上线下混合式教学模式探究［J］.科学咨询（教育科研），2021（8）：102-103.

［8］刘国魁，李云志，周广丽，等.“课程思政”融入结构化学教学的设计与实践［J］.安徽化工，2022，48（1）：155-157.

［9］赵晓莉，徐德福，管益东，等.混合式教学过程教学考核体系的构建：以《固体废弃物处理与处置》课程为例［J］.中国校外教育，2020（6）：88-89.

［10］刘婷，牟洪波，戚大伟，等.融入思政元素的大学物理线上线下混合式教学探索［J］.创新创业理论研究与实践，2022，5（2）：57-59.

［11］张贵新.傅里叶及其数学研究［J］.自然杂志，1991（7）：542-545.

［12］“中国天眼”之父：“人民科学家”南仁东［J］.中学科技，2021（9）：2-7.

Abstract： To cater for the characteristics of Methods of Mathematical Physics Tteaching in the new era， teaching modes are reconstructed， online and offline mixed teaching is designed， curriculum ideological and political elements are refined， examining modes are reformed， and the organic integration of the mixed teaching and curriculum ideological and political education are explored from the current situation of methods of mathematical physics teaching. Based on the problems existing in traditional teaching， the methods of the organic integration of the mixed teaching and curriculum ideological and political education are explored， and curriculum ideological and political education cases are listed for illustration. The results are expected to improve the students professional accomplishment and ideological and political accomplishment according to the organic integration of online and offline mixed teaching and curriculum ideology and politics .

Key words： methods of mathematical physics; mixed teaching; curriculum ideology and politics; teaching reform