电磁学课程思政探索

  廖杨芳，韩淼    

（贵州师范大学 物理与电子科学学院，贵州 贵阳，550025）

[摘要]：课程思政指将各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把"立德树人"作为教育的根本任务的一种综合教育理念。结合高等学校物理类专业电磁学课程相关教学内容及教学要求以及物理类专业人才培养目标，在教学过程中，以基础理论知识为主线，融入物理学发展史、物理学家的主要贡献、物理学科与生产生活的紧密联系以及当代科技研究前沿等内容，构建电磁学课程思政教学体系。本文以“霍尔效应”的教学设计为例，对电磁学课程思政进行探索。

[关键词]：课程思政；电磁学；课程改革

[作者简介]廖杨芳（1977-）、女、湖南衡阳人，博士，贵州师范大学物理与电子科学学院副教授，主要从事大学物理相关教学工作及凝聚态物理相关研究工作。

[基金项目]2019年度贵州省科技厅贵州省科学技术基金项目“Mg₂Si基稀磁半导体的电子结构和磁性研究”（编号：2019 [1225]号）；2020年贵州师范大学校级一流本科课程《电磁学》( 编号：2020XJKC11号).

[中图分类号]：G641   文献标识码：A     

Exploration of Ideological and Political Science in Electromagnetic Course

Liao Yangfang, Han Miao

(School of Physics and Electronic Science, Guizhou Normal University, Guiyang, Guizhou ,550025)

 Absrtact: Curriculum ideological and political refers to the combination of various courses and ideological and political theory courses to form a synergistic effect and to regard "establishing morality and building people" as a comprehensive educational concept. Combining with the teaching contents and requirements of electromagnetism courses of physics majors in colleges and universities and the training goal of physics majors, in the course of teaching, taking basic theoretical knowledge as the main line, the history of physics development, the main contribution of physicists, the close relationship between physics and production and life, and the frontier of contemporary science and technology research, the ideological and political teaching system of electromagnetism course is constructed. This paper takes the teaching design of Hall effect as an example to explore the course of electromagnetism.

 Key words: ideological and political curriculum; electromagnetism; curriculum reform

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，高校思想政治工作要坚持把立德树人作为中心环节，全面提高人才培养能力，深入推进高校思想政治工作领域综合改革，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，不断完善思政工作的标准，健全配套的制度体系，强化评价激励，实现全程育人、全方位育人，提升育人实效，深化知识教育、能力培养和价值引领的有机结合，着力培养时代新人，着力打通高校思想政治工作存在的盲区、断点，真正把各项工作的重音和目标落在育人效果上，努力开创我国高等教育事业发展新局面，使高校思想政治工作更好地适应和满足学生成长诉求、时代发展要求、社会进步需求。同时，在具体到课程改革上来时，应大力推动“课程思政”为目标的课堂教学改革，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应^[1]，本篇旨在梳理电磁学课程中所蕴含的思想政治元素和所承载的思想政治教育功能，分析探索电磁学课程中所蕴含的思想政治内容，坚持理论教育与实践养成相结合，为发挥电磁学课程思政的德育作用打下坚实的基础。其中，电磁学是研究电磁现象的规律和应用的物理学分支学科，是高等师范院校物理学专业的一门重要的专业核心课程，电磁学主要涉及研究电磁场、电磁波以及有关电荷、带电物体的动力学等等内容，是学好其他课程，如电动力学、固体物理学以及量子力学等学科的前提和基础，也与中学物理教学联系非常紧密，电磁学课程在物理学专业课的学习中起着承前启后的作用。同时，学科研究发展过程中所出现的人物和典故都具有很大的思想启蒙意义，用形象生动和简单易懂的方式传授给学生们，可以更好地培养学生们认真求学、自主研究、创新思维的能力，将课程思政融入电磁学教学过程，充分发挥电磁学课程思政的德育作用^[2]。

诺贝尔物理学奖是课程思政的重要素材之一。在众多的诺贝尔物理学奖中，“霍尔家族”波澜壮阔的发展史占有非常重要的一席之地。1897年，物理学家霍尔发现，将载流导体板（或半导体板）置于与其垂直的磁场，板内会出现与电流方向垂直的电场，相应地，板的两侧之间出现一个横向电压，此即霍尔效应^[3]。随后，霍尔发现在磁性体系中不加外磁场，也可以观测到霍尔效应，这种零磁场中的霍尔效应即反常霍尔效应^[4]。虽然霍尔效应和反常霍尔效应未获得诺贝尔物理学奖，但其为科学家研究相关霍尔效应打开了一扇大门。冯克利青因发现量子霍耳效应，获得了1985年度诺贝尔物理学奖^[5]。崔琦等因发现电子在强磁场中的分数量子霍尔效应，获得了1998年度诺贝尔物理学奖^[6]。2007年，张首晟等发现量子自旋霍尔效应^[7]。2013年04月，清华大学教授薛其坤等宣布首次发现量子反常霍尔效应^[8]。随后，美国赛翁希克在2013年4月12日出版的《科学》杂志刊登《完整的量子霍尔家族三重奏》一文^[9]中指出，中国科学家"证实了期待已久的量子反常霍尔效应的存在，这是量子霍尔家族的最后一位成员"，它和此前发现的量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应"组成了量子霍尔家族的三重奏"。

本文选取电磁学课程中的“霍尔效应”教学为例，电磁学课程中的“霍尔效应”教学在课堂上首先介绍霍尔效应的发现过程和霍尔这一伟大人物的生平事迹，从而引出霍尔效应的本质和解释，再推及到霍尔效应在目前所应用到的范围和场合，引发学生们的学习兴趣，而本文重点突出介绍如何在课程教学设计中将专业课程与思政教育巧妙融合，达到既能准确传授知识，还能培养学生的学习兴趣、提高思想的进步。本文旨在用更加生动形象的课程案例和研究发现故事，进一步提高学生对于物理学乃至电磁学课程的兴趣和学习热情，培养学生的学习能力和创新能力，在传授基础知识、培养学生的专业素养的同时，还培养学生的国际视野、文化自信，激发学生的民族自豪感，增强学生的时代责任感，使得学生不仅可以有继续努力学习的动力，更有为祖国贡献自己力量的强大思想政治觉悟。

1 “霍尔效应”内容简介

本文选用的教材是梁灿彬、秦光戎、梁竹健原著、梁灿彬修订的普通物理学教程《电磁学》（第三版），霍尔效应内容位于教材的第五章（恒定电流的磁场）第五节（带电粒子在电磁场中的运动）第五小节。本小节主要内容包括：①霍尔效应的定义，②霍尔系数的理论推导，③测量霍尔系数的意义。④霍尔效应的简单应用。计划授课学时为1学时。

2 课程思政教学设计思路

本节内容看似简单，但其中包含着丰富的思政元素。把“立德树人”作为中心环节和根本目的，在教学设计中“润物细无声”地融入思想政治元素，充分发挥老师教书育人的核心作用，在教学设计中也应把握好以下四个方面：学情分析、教学目标设定、课程思政素材的挖掘以及教学方式的选取。

2.1 学情分析

学生通过前四章（静电场的基本规律、有导体时的静电场、静电场中的电介质、恒定电流和电路）和第五章前四节的学习，已经基本掌握了电磁学相关的主要概念和基础知识，形成了一定的思维逻辑和研究思想（如微积分思想），能够合理运用方法对新知识进行预习和学习，这将十分有利于本节课的学习。虽然本节课的内容难度不大，但有部分学生由于基础相对薄弱而导致学习兴趣不高，本节课需要在保证教学内容不遗漏且突出重难点的前提下，要思考如何进一步带动学生的学习积极性。

2.2教学目标的设定

依据我校物理学专业人才培养目标及电磁学课程目标，结合本节教学内容，从知识目标、

能力目标及思政目标三个维度设定了本节课的教学目标。

知识目标：①掌握霍尔效应的定义，②掌握霍尔系数的理论推导。

能力目标：①培养学生分析问题的能力；②能够从霍尔系数的正负，解释材料的载流子类型，培养学生解决问题的能力；③了解霍尔效应相关的科学发展史，学会文献查阅，培养学生归纳总结、分类整理的能力。

思政目标：①激发学生学习电磁学的兴趣，开阔学生的国际视野；②引导学生坚定专业理想信念；③培养学生独立思考与协同合作的能力，增强民族自豪感，强化青年一代的责任与担当。

2.3 课程思政素材

（1）科学家霍尔的生平事迹，霍尔效应的发现过程和霍尔这一伟大人物在研究过程中废寝忘食、认真研究、积极进取、反复推敲的求知探索能力，让学生们切实感受到做任何事情，都需要不懈的努力，才会迎来巨大的成功，只有经过不懈的努力才有可能创造人生的价值。

（2）反常霍尔效应的发现并非偶然，而是霍尔经过长期的思考，经过多次实验发现磁性体系在非零磁场中也能观测到载流子偏转。这一素材的介绍，生动阐述了思考对于学习研究的重要性，只有不断地思考，才可以创造更加崭新的生活，充分带动学生们在日常学习生活中深度思考，起到思想政治教育的作用。

（3）1980年，冯克利青等发现极端条件下的量子霍尔效应，获得了1985年诺贝尔物理学奖，量子霍尔效应是整个凝聚态物理领域最重要、最基本的量子效应之一。随着科学技术的不断发展，日新月异的变化就要求学生们要时刻学习，去感受科技进步的力量。

（4）1982年，崔琦等发现在更强磁场下的分数量子霍尔效应，于1998年获得诺贝尔物理学奖，这为霍尔家族添上浓墨重彩的一笔。让学生感受创新思维的重要性。

（5）"量子自旋霍尔效应"最先由张首晟教授预言，之后被实验证实，这一成果被美国《Science》杂志评为2007年十大科学进展之一。这一素材的介绍，着重突出科学的纵深发展，展示了一个成功的研究发现是如何从最先的猜想，到一步步实践得到实验数据，再到反复论证得出结果的，让学生们切实感受做学问的方法和魅力所在。

（6）1988年，美国物理学家Haldane提出可能存在不需要外磁场的量子霍尔效应，但是一直未能找到能实现这一特殊量子效应的材料体系和具体物理途径。2010年，我国科学家团队从理论与材料设计上取得了突破，直到2013年，他们在极低温输运测量装置上成功地观测到了"量子反常霍尔效应"。该成果的获得是我国科学家长期积累、协同创新、集体攻关的一个成功典范。这一素材的介绍，不仅能够让学生感受到扎实推进、协同合作、创新发展的重要性，更能激发学生的民族自豪感，从而立志为国家的进一步发展而不懈努力。

2.4 教学方式的选取

本课程构建了指向深度学习的混合式教学模式。该模式包括课前初步掌握、课上深度加工、课后巩固反思等三个阶段，旨在引导学生通过学习掌握核心的学科知识，并在深度加工和巩固反思的过程中锻炼批判性思维和解决复杂问题的能力。具体的教学流程为：首先，课前在学习通发布任务，学生预习本节课内容，并查阅资料，对庞大的“霍尔家族”有初步了解。其次，课中运用多媒体课件等手段将知识传授、能力培养和思想引领运用到教学中，然后采用小组合作法完成各种霍尔效应的科普。最后，课后让学生写一篇关于霍尔效应的综述小论文或科技小创作，让学生进一步了解霍尔效应在生活中的应用。

2.5 教学过程设计

3 结语

文章以“霍尔效应”为例，以学情分析、教学目标设定、课程思政素材的挖掘及教学方式的选取为视角，以三段式教学模式（课前初步掌握、课中深度加工、课后巩固反思）为载体，构建电磁学课程思政教学体系。笔者通过充分挖掘物理学史和学科研究前沿、拓宽教学内容及创新教学理念，在知识传授的过程中，润物细无声地融入思政元素，实现“课以载道”，实现思政教育和文化教育同步发展，使学生坚定专业理想信念、拓宽国际视野、增强文化自信和民族自豪感，增强青年一代的责任与担当意识，真正做到授课以育人。

[参考文献]

[1] 习近平. 在全国高校思想政治工作会议上的讲话［EB/OL］.（2016-12-08）［2021-04-11］. http://www.mod.gov.cn/leaders/2016-12/08/content_4766073.htm

[2] 宋亚菊,刘延,唐世清. 电磁学课程思政初探[J]. 湖北第二师范学院学报, 2020, 08: 82-85.

[3] 梁灿彬,秦光戎,梁竹健. 电磁学（第三版）[M]. 高等教育出版社, 2012.

[4] 梁拥成, 张英, 郭万林,等. 反常霍尔效应理论的研究进展[J]. 物理, 2007, 36 (05): 385-390.

[5] 江丕桓. 量子霍耳效应的发现[J]. 物理, 1986, 15 (07): 393-399.

[6] 郑厚植. 分数量子霍尔效应——1998年诺贝尔物理学奖介绍[J]. 物理, 1999, 28 (03): 131-142.

[7] 孙再吉. 量子自旋霍尔效应—半导体的新状态[J]. 半导体信息, 2007, 05 (146): 35-35.

[8] Chang C Z , Zhang J , Feng X , Xue Q K. Experimental Observation of the Quantum Anomalous Hall Effect in a Magnetic Topological Insulator [J]. Science, 2013, 340 (6129): 167-170.

[9] Oh S . The Complete Quantum Hall Trio [J]. Science, 2013, 340 (6129): 153-154.