賈博文 吳 綠 賀振華 葛 華 徐 寧

(武漢理工大學(xué) 信息工程學(xué)院,武漢 430070)

習(xí)近平總書記于2016年在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)“高校思想政治工作關(guān)系高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人這個根本問題,要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié),把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程”[1]。2017年國家教育部啟動了“高校思想政治工作質(zhì)量提升工程”,大力推動以“課程思政”為目標的課堂教學(xué)改革。專業(yè)課程是高校專業(yè)教育的重要組成部分,是進行思政教育的重要載體[2]。專業(yè)課程的思政教學(xué)需要在保持專業(yè)內(nèi)容教學(xué)的同時完成思政教育,達到潤物細無聲的效果。如何在該類課程中挖掘、凝練課程思政元素,面向課程思政改革課程教學(xué),已經(jīng)成為實現(xiàn)“立德樹人”教育目標的重要問題。課程思政實踐表明:思政元素的挖掘和融入需要立足于課程特點[3],構(gòu)建和課程知識體系相輔相成的課程思政元素體系,實現(xiàn)思政、專業(yè)教育相長,德育、智育同頻共振的良好效果。

“固體物理”是電子科學(xué)與技術(shù)的重要專業(yè)課程,主要關(guān)注晶體的熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)方面的性質(zhì),涉及“大學(xué)物理”“量子力學(xué)”“電磁場”等多個先修課程,為本科生在微電子、集成電路方面的學(xué)習(xí)、研究打下基礎(chǔ)。電子科學(xué)專業(yè)的“固體物理”教學(xué)具有一定針對性,在講授時對與集成電路、光電子器件有關(guān)的知識點進行了強化和拓展,如晶體電學(xué)性質(zhì)、半導(dǎo)體、薄膜分析技術(shù)等。值得注意的是,在寬口徑教育的大背景下,學(xué)生在特定方向上學(xué)習(xí)時間有限,因此“固體物理”還承擔(dān)著引導(dǎo)學(xué)生了解微電子產(chǎn)業(yè)和學(xué)科發(fā)展前沿問題的任務(wù)。近年來由于國內(nèi)外形勢的變化,集成電路技術(shù)成為制約國家發(fā)展的“卡脖子”技術(shù),在“固體物理”中開展課程思政,是培養(yǎng)具有高尚道德情操、認真工作態(tài)度、扎實理論基礎(chǔ)的集成電路技術(shù)專門人才的重要途徑。

1 “固體物理”課程思政元素挖掘

與人文、實踐類課程相比,“固體物理”雖然包含豐富的思政元素,但是以“隱性”居多,需要基于課程知識點進行深入分析、挖掘并引入相關(guān)案例以促進思政與“固體物理”的融合。在長期的教學(xué)實踐中,教師已經(jīng)注意到在“固體物理”教學(xué)過程中,通過案例講解知識點對激發(fā)學(xué)生興趣、幫助學(xué)生理解相關(guān)知識點有著非常重要作用[4-5]。因此需要將挖掘思政元素和引入案例統(tǒng)籌考慮,并對產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱點和專業(yè)前沿有關(guān)知識點和案例進行一定的側(cè)重。在深入分析知識點和案例所蘊含的思政元素的前提下,構(gòu)建與知識體系相輔相成的思政元素體系[6]。課堂教學(xué)設(shè)計時,需基于課程思政要求,注重精講概念、重視應(yīng)用、引入案例、思政引領(lǐng),通過知識點引出相關(guān)案例,適時切入思政元素,實現(xiàn)思政引領(lǐng)下的知識學(xué)習(xí),促進思政教育在專業(yè)課程中的深度融入,在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識和能力的同時塑造學(xué)生正確的人生觀、價值觀和世界觀。

表1總結(jié)了“固體物理”中與愛國主義、創(chuàng)新精神、強國意識等思政元素相關(guān)的知識點和引入案例。為了獲得更好的教學(xué)效果,需要建立合理的融入思路、設(shè)計具體的教學(xué)效果并精選案例內(nèi)容。

表1 教學(xué)內(nèi)容、思政元素和引入案例

2 課堂教學(xué)融入思政元素的思路和方式

2.1 愛國主義教育

愛國主義是我們民族精神的核心,也是教育最鮮亮的底色,一代又一代愛國科學(xué)家為我國科技進步、產(chǎn)業(yè)自主做出了卓越奉獻。X射線衍射技術(shù)是分析晶體結(jié)構(gòu)的重要手段,在講授晶體雜質(zhì)對X射線衍射的影響中,引入黃昆院士首先提出了描述該現(xiàn)象的物理模型——黃散射模型,以及黃院士回國后積極培養(yǎng)半導(dǎo)體人才并創(chuàng)立了我國第一個半導(dǎo)體物理專業(yè)的事跡,增強學(xué)生的愛國精神,鼓勵他們勇攀科技高峰,用自己所學(xué)報效祖國,將個人發(fā)展和國家需要緊密結(jié)合。

2.2 創(chuàng)新意識和科學(xué)精神培養(yǎng)

創(chuàng)新精神是國家科技發(fā)展、產(chǎn)業(yè)進步的源動力。晶格振動部分的一個關(guān)鍵知識點為晶格的非簡諧振動,在講授非簡諧振動導(dǎo)致的晶格熱膨脹時進行適當(dāng)拓展。介紹集成電路是由不同材料體系構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu),因此在設(shè)計時必須考慮不同材料的熱膨脹系數(shù),避免電路在使用中因為熱膨脹程度不同(熱失配)而導(dǎo)致?lián)p壞。進而引入武漢長江存儲自主研發(fā)了Xtracking架構(gòu)的非易失性存儲器的案例,引導(dǎo)學(xué)生思考為什么避免熱失配是實現(xiàn)異質(zhì)集成Xtracking架構(gòu)的關(guān)鍵,了解異質(zhì)集成的前沿知識,強調(diào)創(chuàng)新是突破卡脖子技術(shù)的關(guān)鍵,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

固體物理學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了多個階段,其根本推動力是學(xué)者對經(jīng)典理論的質(zhì)疑和對真理的追求。課程在講授晶體結(jié)構(gòu)時,會介紹科學(xué)家對晶體結(jié)構(gòu)的早期探索,如惠更斯對雙折射現(xiàn)象探索,阿羽衣提出晶體的有理數(shù)指數(shù)定理,道爾頓提出原子論、晶體對稱性和空間點陣的研究等內(nèi)容。教師將引導(dǎo)學(xué)生思考科學(xué)研究的一般性規(guī)律。課程在講授金屬自由電子氣論、能帶論的基本模型時適當(dāng)插入與這些理論發(fā)展、誕生有關(guān)的案例,比如工業(yè)革命時期科學(xué)家對金屬良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性來源的探索;德魯特首先借鑒當(dāng)時比較成熟的氣體運動論提出了經(jīng)典金屬自由電子氣論;索末菲敏銳地抓住經(jīng)典理論中關(guān)于熱容、金屬電子的平均自由程結(jié)論的錯誤,基于剛剛誕生的量子力學(xué),提出了量子金屬自由電子氣論;布洛赫等人則更進一步,用波函數(shù)描述電子運動,進而提出了能帶論,準確區(qū)分了導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。上述案例在促進學(xué)生理解理論模型的同時,也可以幫助學(xué)生體會科學(xué)家在追求真理的道路上實事求是、敢于質(zhì)疑經(jīng)典結(jié)論以及百折不撓的探索精神。課后可以通過布置開放性作業(yè)的方式啟迪學(xué)生思考什么是科學(xué)精神、科學(xué)探索的一般性方法、建設(shè)崇尚科學(xué)的價值觀等問題。

2.3 強國意識和民族自信心塑造

強國意識是愛國主義的升華,民族自信心是中華民族的核心凝聚力。教師在講解知識點時應(yīng)該注意結(jié)合案例,塑造學(xué)生應(yīng)用所學(xué)內(nèi)容服務(wù)國家的意識。通過能帶論理解半導(dǎo)體的電學(xué)性質(zhì)是“固體物理”重要的知識點。在講授這部分內(nèi)容時,介紹半導(dǎo)體、集成電路對于信息產(chǎn)業(yè)的重要意義,引入當(dāng)前華為、中興等企業(yè)被制裁案例,強調(diào)獨立自主技術(shù)的重要意義。激發(fā)學(xué)生以所學(xué)專業(yè)報效祖國的強國意識,并啟發(fā)學(xué)生思考集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展和所學(xué)知識的關(guān)系,如何應(yīng)用專業(yè)知識突破目前卡脖子技術(shù)等問題。

在超導(dǎo)體部分教學(xué)中,從超導(dǎo)體發(fā)展過程切入,介紹趙忠賢院士獨立發(fā)現(xiàn)液氮溫區(qū)高溫超導(dǎo)體和發(fā)現(xiàn)系列50 K以上鐵基高溫超導(dǎo)體并創(chuàng)造55 K紀錄,引領(lǐng)了全球在該領(lǐng)域的研究[7]。結(jié)合之前金屬、半導(dǎo)體、常規(guī)超導(dǎo)體導(dǎo)電性部分內(nèi)容,并以圖表形式進行總結(jié),如表2所示?？梢?相比金屬、半導(dǎo)體領(lǐng)域,中國在鐵基超導(dǎo)體研究中做出了巨大貢獻。教師可再引入其他案例,如在不同時期諾貝爾獎獲得者國籍變化、世界頂尖大學(xué)變化、主要研究成果誕生地等,介紹世界科技中心多次轉(zhuǎn)移的過程,指出中國具有成為世界科技中心的潛力。在此基礎(chǔ)上,塑造學(xué)生的強國意識,鼓勵學(xué)生投入到高新科技的探索、研發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域,為中國實現(xiàn)科技自主、成為世界科技中心作出貢獻,為世界科技進步交上一份“中國答卷”。

表2 不同物質(zhì)導(dǎo)電性研究過程對比

太陽電池和半導(dǎo)體的帶間光吸收過程密不可分。教學(xué)時,從能源革命切入,介紹以太陽能為代表的綠色能源以及我國太陽電池發(fā)展歷程和應(yīng)用情況。從學(xué)習(xí)國外先進技術(shù),到進行全產(chǎn)業(yè)鏈自主研發(fā),中國太陽電池產(chǎn)業(yè)業(yè)已成為引領(lǐng)全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)力量。2020年,我國太陽電池產(chǎn)量達134.8 GW,光伏組件產(chǎn)量達124.6 GW,連續(xù)14年位居全球首位[8]?？萍脊ぷ髡邽樘栯姵貒a(chǎn)化、核心設(shè)備本土化做出了卓越貢獻,解決了硅單晶提煉、電池結(jié)構(gòu)、逆變器等技術(shù)難點。中國已經(jīng)在西部太陽能資源豐富地區(qū)建設(shè)了大量太陽能電站,為解決國內(nèi)能源短缺,降低碳排放做出了積極貢獻。以習(xí)近平同志為核心的黨中央做出的“2060年實現(xiàn)碳中和”的重大戰(zhàn)略決策,太陽能為代表的清潔能源將在未來40年內(nèi)迎來更大的發(fā)展。中國太陽電池的發(fā)展表明中國人民有能力后來居上、攻克技術(shù)難點、實現(xiàn)自主可控的高科技產(chǎn)業(yè)。結(jié)合之前提到的華為、中興、長江存儲案例,讓學(xué)生意識到目前我國在集成電路領(lǐng)域的落后是暫時的,只要堅持科技攻關(guān),就一定能夠打開中國集成電路產(chǎn)業(yè)的新局面。通過這些案例,增強民族自信心,鼓勵學(xué)生學(xué)以致用,為實現(xiàn)“中國芯”“碳中和”目標而不懈努力。

2.4 應(yīng)用馬克思主義哲學(xué)思想分析課程知識點

馬克思主義哲學(xué)深刻地揭示了世界發(fā)展的普遍規(guī)律,“固體物理”和馬克思主義辯證法存在著緊密的聯(lián)系。金屬電導(dǎo)率與溫度相關(guān),受到多個散射機制的影響,幫助學(xué)生理解不同溫度下的主要散射機制和影響是教學(xué)的難點,同時啟發(fā)學(xué)生思考如何處理類似問題,提出應(yīng)用主要矛盾和矛盾轉(zhuǎn)化觀點。在一般溫度范圍內(nèi),金屬電導(dǎo)率主要受到晶格振動散射的影響,晶格振動散射隨著溫度升高而增強。但是在極低溫下存在著特殊矛盾——缺陷導(dǎo)致的剩余電阻,此時雜質(zhì)散射為主要矛盾。最后安排課堂討論案例“合金電導(dǎo)率和溫度的關(guān)系”,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用矛盾論結(jié)合所學(xué)知識分析物理現(xiàn)象的能力。

3 “固體物理”課程思政的反饋和改進

對教學(xué)效果進行調(diào)研和分析,是持續(xù)改進課程思政教學(xué)方案、實現(xiàn)良好教學(xué)效果的保證。授課期間主要通過以下三種方式獲得反饋:以隨堂聽課的方式,獲得學(xué)校督導(dǎo)專家、高年資教師的反饋;通過調(diào)查問卷的方式,獲得學(xué)生的反饋;通過師生座談會的方式,進行師生面對面深入交流。根據(jù)102名學(xué)生和5名教師的反饋結(jié)果,“固體物理”的課程思政教學(xué)應(yīng)該從以下三個方面改進:

(1)提高授課教師思政教育能力。與思政課程教師相比,專業(yè)課教師在進行課程思政教學(xué)時還存在一定的不足。比如對案例內(nèi)容和涉及的知識講授過多,弱化了對案例中思政元素的提高和升華。因此教師需要加強思政理論和教育方法方面的學(xué)習(xí)和提高,加強同思政課程教師的交流。

(2)用好多種教學(xué)方式,思政元素的良好融入離不開教育方式的推陳出新。在課堂講授和討論之外,教師應(yīng)該善用現(xiàn)代信息和媒體技術(shù),通過在線教學(xué)平臺、QQ群、網(wǎng)盤等及時分享思政案例、觀點及感想。開展線上、線下師生讀書會,分享課程思政學(xué)習(xí)感受。采用翻轉(zhuǎn)課堂,讓學(xué)生主動尋找案例、挖掘思政元素,加強對于課程思政的思考和實踐。

(3)加強對課程知識體系和思政元素的統(tǒng)籌規(guī)劃。目前對于思政元素的挖掘基于課程原有大綱,思政教學(xué)跟隨理論教學(xué)逐步推進。實際案例往往涉及多個知識點以及不同的思政元素,過于碎片化的安排會削弱課程思政效果,因此必須加強對知識點、思政元素的統(tǒng)籌規(guī)劃。課程可以學(xué)科前沿、社會熱點問題為導(dǎo)向建設(shè)專題,包含相關(guān)知識點和思政元素,幫助學(xué)生建立學(xué)科知識與思政內(nèi)容的有機聯(lián)系,實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)、價值引領(lǐng)三者相輔相成的教學(xué)目標。

4 結(jié)語

作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程,“固體物理”為學(xué)生理解電子器件運行背后的物理規(guī)律,以及進一步學(xué)習(xí)集成電路、光電子器件相關(guān)知識打下了基礎(chǔ)。目前相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展受到了國家和社會的廣泛關(guān)注,產(chǎn)業(yè)發(fā)展迫切需要德才兼?zhèn)涞膶I(yè)人才。因此,“固體物理”課程在承擔(dān)傳授知識的同時,更要強調(diào)進行價值引領(lǐng),提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。本文以在“固體物理”中發(fā)掘思政元素為出發(fā)點,嘗試以案例為載體,探索“固體物理”中獨有的思政資源,在此基礎(chǔ)上進行課堂教學(xué)設(shè)計,促進專業(yè)、思政教育相互交融發(fā)展,通過思政引領(lǐng)促使學(xué)生在更高層次思考所學(xué)知識、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、提高道德修養(yǎng),落實“三全育人”的教育理念。本文提出的模式可以推廣到電子學(xué)科相關(guān)課程,實現(xiàn)專業(yè)課程和思政課程交相輝映,將“大思政”理念貫徹到專業(yè)教育的方方面面,實現(xiàn)立德樹人的培養(yǎng)目標。