“四个自信”融入“光学”课程教学探索

［摘 要］ 专业课课程思政建设是落实立德树人根本任务的重要举措。“光学”是物理专业必修课程，思政元素丰富。从光现象入手，探讨在本科生“光学”课程教学中融入“四个自信”教育。挖掘几何光学和波动光学中的文化自信、光学仪器原理中的制度自信，探讨现代光学内容里的道路自信、理论自信、制度自信、文化自信，激发学生的学习兴趣，增强使命担当和爱国主义情怀，实现“三全育人”目的；促进专业知识和思政内容的融合，为“光学”课程思政建设提供参考。

［关键词］ 课程思政；光学；光现象；自信元素

［基金项目］ 2021年度云南省研究生优质课程建设项目“高等光子学”（2021-39）

［作者简介］ 刘 刚（1966—），男，云南陆良人，博士，云南师范大学物理与电子信息学院教授（通信作者），主要从事光谱学应用研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）48-0176-04 ［收稿日期］ 2023-10-09

教育的使命是为党育人、为国育才，培养社会主义建设者和接班人。因此，培养什么人、怎样培养人、为谁培养人是教育的根本问题。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人”“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”［1］。课程思政就是将思政元素巧妙融入专业课教学中，使学生在学习专业知识的同时，形成正确的世界观、人生观和价值观，领悟科学方法论，从而达到立德树人的目的［2］。专业课程如何把思政元素融入课堂教学、种好责任田、做好“三全育人”，是应该关注和探讨的问题。“大学物理”“光学”等专业课程从学科发展史、传统文化、物理学家精神等多方面挖掘思政元素［2-8］。例如，许钟华等［2］凝练了与“大学物理”课程相结合的10个思政元素点：人文积累、辩证思维、善于反思、信息能力、审美意识、社会责任、家国情怀、国际视野、问题解决、知识运用，从思政元素、思政目标、实施方式、知识点或环节四个方面描述了如何在“大学物理”课堂中融入思政元素。邓立儿［5］在“应用光学”课程中融入爱国主义情怀、职业规范培养、团队精神意识和人生哲理引导等思政元素。程湘爱等［7］从教学理念、教学内容、教学策略三方面，阐述在“应用光学”课程中进行思政教育的设计，以及课程思政实施方案，以达到知识、能力、素养“三位一体”的育人目标。武震林等［8］结合“传承红色基因”教育活动，把社会主义核心价值观教育融入“光学”课程教学的全过程。刘汉平等［9］在“光学”课程教学过程中挖掘提炼与哲学理论对应的光学内容，有机融入辩证唯物主义世界观教育。王小力［10］从管理角度阐述了“大学物理”课程思政建设。物理类课程思政内容丰富多样，可以多方面、多角度挖掘。本文探讨在物理专业本科生“光学”课程教学中融入“四个自信”，尤其是文化自信教育，激发学生的爱国主义情怀。

光学是物理专业本科生基础课程的重要内容之一，可为物理专业的后续课程如“原子物理”“量子力学”“相对论”“激光原理”等的学习奠定必要基础。光学是物理学中的一门古老学科，又是当前科学领域活跃的前沿学科。光学知识有助于进一步探讨微观和宏观世界的联系及规律，对于其他学科如化学、生物学、医学、农学、天文学等也有重要影响，化学上的分光仪器、生物医学用的光学显微镜、天文学用的天文望远镜的基本原理都涉及光学。光学研究光的产生、传播、探测等规律，光与物质的相互作用、光的本性以及光在生产和生活中的应用。简单讲，光学就是研究光现象的学科。人眼可看到、光学仪器能观察到、光电器件能探测到的现象都可称为光现象。光现象丰富多彩，很多思政元素都可从光现象中挖掘。本文基于光现象探讨在“光学”课程教学中融入“四个自信”教育，为“光学”课程思政建设提供参考。

一、绪论课中融入自信元素

（一）野象活动照片话制度自信

2021年春天，一个野象家族从西双版纳、普洱一路向北走到昆明附近，在沿途各地政府部门通力合作努力下，象群被引导南返。通过展示野象睡觉、活动图片，说明我国各地保护野生动物、保护百姓生命安全事迹，阐释关爱生命、人与自然和谐共生的美丽画面。有了绿水青山，就会有金山银山。中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化。

（二）发展图片释道路自信、理论自信

展示中欧班列图片，2017年1月从义乌满载各类商品开往伦敦的班列开通运行，中欧班列从2011年起至2022年累计开行1.6万列。展示2019年嫦娥四号月球背面着陆、2021年“祝融号”火星车在火星着陆、中国空间站图片，播放2020年12月我国科学家成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”图片，展示我国“人造太阳”核聚变装置，简介其不断刷新的稳态高约束模式等离子体运行时间纪录。说明我国发展强大了，全世界都需要中国制造，在一些技术领域我国走到了世界前列。

由2013年圆明园鼠首、兔首回归图片，播放圆明园被焚毁前美轮美奂的楼台亭阁相片，以及被焚毁后遗迹相片；接着播放后母戊鼎、西周大盂鼎图片，简述两件国宝在抗战期间的遭遇。生动阐释了落后就要挨打，发展才是硬道理，发展强大了才能立足世界民族之林。一百年来，在党的领导下，中国已从站起来到富起来，现在正向强起来奋进。这些鲜明对比充分表明，坚定道路自信、理论自信，才能继续取得辉煌成就。

（三）古诗词中的光现象——文化自信

古诗词中有太多的光现象。光的直线传播现象有：“欲穷千里目，更上一层楼”（王之涣·《登鹳雀楼》）；“会当凌绝顶，一览众山小”（杜甫·《望岳》）；“沙上并禽池上暝，云破月来花弄影”（张先·《天仙子》）；“明月不谙离恨苦，斜光到晓穿朱户。昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”（晏殊·《蝶恋花》）；“转朱阁，低绮户，照无眠”（苏轼·《水调歌头》）。折射现象有：“举杯邀明月，对影成三人”（李白·《月下独酌四首·其一》）；“大漠孤烟直，长河落日圆”（王维·《使至塞上》）。反射现象有：“野旷天低树，江清月近人”（孟浩然·《宿建德江》）；“春江潮水连海平，海上明月共潮生”（张若虚·《春江花月夜》）；“半亩方塘一鉴开，天光云影共徘徊”（朱熹·《观书有感》）。散射现象有：“一道残阳铺水中，半江瑟瑟半江红”（白居易·《暮江吟》）；“日照香炉生紫烟，遥看瀑布挂前川”（李白·《望庐山瀑布》）；“日出江花红胜火，春来江水绿如蓝”（白居易·《忆江南》）。“去年今日此门中，人面桃花相映红”（崔护·《题都城南庄》），则反映光的吸收。“着人疑不热，集草讶无烟。到来灯下暗，翻往雨中然”（萧绛·《咏萤火》）；“每向坳塘照，多从曲径烧。无烟知有焰，著草不曾焦”（舒岳祥·《萤》），写冷光与热光。古诗词中的光现象还有很多，可以挖掘文化自信元素。

二、几何光学、波动光学话文化自信

几何光学包含几何光学基本定律、球面反射、折射成像、薄透镜成像等。结合介绍我国古代光学成就挖掘文化自信元素。我国西周时期就有称“阳燧”的凹面镜，用于向日取火。战国时期的《墨经》中有8条关于几何光学的描述，包括光与影的关系、光传播的直线性、光的反射，以及平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系等，比古希腊早了100年。

起源于战国时期，盛行于西汉的“透光镜”，在传到日本后被称为“魔镜”。透光镜是镜面曲率不等的反射镜，镜面曲率变化与镜背图案花纹的凹凸情况类似，当光照射镜面时，镜面的反射光射到墙或屏上就出现了与镜背图案相似的明暗花纹。宋代沈括开始探讨透光镜的透光原因，元、明、清各朝代都有学者研究，清代郑复光在1835年之前基本上解释清了透光镜的工艺技巧及透光原因。1832年，欧洲人从日本那里知晓“魔镜”，英国布儒斯特、法国阿拉果等许多科学家开展了透光镜成因讨论。1932年，英国诺贝尔奖获得者布拉格写了一篇关于透光镜及其机理的总结性文章，结束了欧洲人长达100年关于透光镜的讨论。其中，有关制镜工艺的主要论点，以水面比喻镜面反射，与100年前郑复光的观点一致。

在17世纪，关于光的本性问题，以牛顿为代表的认为光是粒子，以惠更斯为代表的认为光是波。因为牛顿的巨大影响，所以当时西方排斥光的波动性。1801年，英国物理学家托马斯·杨做了双缝干涉实验，证实了光的波动性，但其发布波动结果后，遭受嘲讽。后来托马斯·杨转入考古，解读罗塞塔石碑古埃及象形文字，其成功解读了数字表述，根据碑文中鸟和动物的朝向，发现了象形文字符号的读法，以及几个古埃及文字与英语字母对应关系，后法国商博良按杨氏方法解读了剩余文字与字母的对应。播放古埃及文字与西文字母幻灯片后，简介世界四大古文明，迄今只有中华文明传承下来，虽多次遭受民族战乱，但汉文字、汉文化得以保留传承，各民族相互融合统一，创造了辉煌灿烂的中华文明。可以看出中华文明的强大生命力和凝聚力。

三、光学仪器话制度自信

人类从客观世界获得的信息90%来自视觉。为了提高人的视觉能力，需要借助光学仪器，光学仪器由球面镜、透镜、平面镜等组成。对光学成像，要求光学特性好、成像质量高。完善成像要求遵守下列几个条件：物面上每一个发光点应该成一个清晰的像点；所有的像点都必须位于同一个平面上，这个平面也必须垂直于光学系统的主轴；各像点的横向放大率都必须是常数；像的各部分应与物有相同的彩色。实际中往往突破这些限制条件，偏离理想成像条件，产生像差，像差有球差、慧差、像散、场曲、畸变、色差。望远镜镜头视场小，主要消除球差、会差、色差；照相机镜头视场较大，要减小像散、场曲、畸变、色差。为了减小像差，照相机镜头由多镜片组成，取长补短，多元件相互协调，以达到满意效果。

在这一部分简单介绍“卡脖子”技术产品，其中与光学直接相关的技术产品有光刻机、数码相机等。经过多年奋斗，我国已经建立起来门类齐全且完善的工业体系，中华民族团结协作，发挥制度优势，集中力量办大事，定会攻克难关，创造奇迹，实现伟大复兴。例如，在南仁东的带领下，我国在贵州设计建造了500米口径球面射电望远镜，性能指标处于世界先进水平，我国的量子通信技术、人工核聚变技术等也处于世界先进行列。

四、现代光学基础里的自信

这一部分主要介绍玻尔能级结构，简介激光原理。热平衡下的玻尔兹曼分布为（1）式。

式中Nn为原子数，En为能级能量，k为玻尔兹曼常数，T为温度。该式指出，原子能级结构中，绝大多数原子处于最低能级（基态），能级越高，原子数越少。

激光器由激励能源、激活介质（发光物质）、光学谐振腔组成，当激活介质原子系统吸收外界能量后，处于基态的原子会跃迁到比基态高的能级（激发态），处于激发态的原子会自发地返回到基态，放出光子，这是自发辐射。如果激励能源使大量基态原子跃迁到激发态，在某两个态间形成粒子数分布反转（即上能级粒子数多于下能级），则在外来光子作用下，上能级粒子跃迁到下能级，产生受激辐射，在谐振腔中产生激光，出现质的飞跃。激光是相干光，有普通光不具备的四个优点，即单色性好、相干性好、方向性好、亮度高。

我国大力发展教育事业，提高国民素质，就相当于提高激发态粒子数；脱贫攻坚使处于最低能级“基态”的百姓脱贫致富跃迁到高能级，增加激发态粒子数，和谐安定团结的社会环境相当于光学谐振腔，这样的过程持续发展，整个社会、国家就会发生翻天覆地的变化，产生质的飞跃。在党的坚强领导下，中华民族已实现从站起来到富起来的奋斗目标，正信心百倍地推进到强起来的伟大飞跃，实现中华民族伟大复兴的中国梦。

结语

本文探讨在“光学”课程教学中融入自信元素，让学生在专业课学习过程中，坚定中国特色社会主义道路自信、理论自信、制度自信、文化自信，增强使命担当和家国情怀，努力做中国特色社会主义事业的合格建设者和可靠接班人。“光学”课程内容包括几何光学、波动光学、量子光学、现代光学，课程内容丰富，涉及的思政元素也丰富多样，仍然有很多思政元素有待挖掘和探讨。

参考文献

［1］习近平在全国高校思想政治工作会议上强调 把思想政治工作贯穿教育教学全过程 开创我国高等教育事业发展新局面［N］.人民日报，2016-12-09（1）.

［2］许钟华，陈春燕，吴超琼.大学物理课程思政建设的探索［J］.物理通报，2021（11）：67-70.

［3］吴王杰.求真，至善，唯美：对大学物理课程思政的思考和实践［J］.物理与工程，2021，31（6）：119-123.

［4］张晓磊，张乐，张钰伊，等.“物理学史和物理学方法论”课程思政教学探索［J］.大学物理，2021，40（4）：40-44+85.

［5］邓立儿.“应用光学”课程思政教育的探索与实践［J］.教育现代化，2019，6（87）：292-293.