基于“密立根油滴实验”的设计思想挖掘思政元素研究

摘要：密立根油滴实验是经典物理学的重要实验之一，成功地测定了电子电荷量，对现代物理的发展产生了深远影响。本文旨在通过密立根油滴实验的设计思想与实施过程，挖掘其中蕴含的思政元素，并提出如何将这些元素有效融入到教学中，以期为现代思政教育和科学教育的结合提供一些思考与借鉴。

关键词：密立根油滴实验；设计思想；思政元素；物理教育；科学精神

一、引言

“密立根油滴实验”作为物理学史上的经典实验之一，不仅是电子学说的重要实验基础，更体现了科学探索精神与创新思想的高度融合。本研究将围绕密立根油滴实验的设计思想，探讨如何在物理教学中挖掘并融入思政元素，旨在为现代教育实践提供一种新思路，探索如何通过科学教育促进学生的全面发展，培养具备创新能力、社会责任感和科学素养的未来人才。

二、密立根油滴实验的基本原理

1.1油滴代替水滴：实验成功的基础

油滴代替水滴是密立根油滴实验成功的基础。水滴的电荷分布不均匀，且容易蒸发，因此在实验中难以获得稳定的测量数据。而油滴相对较小、稳定，并且具有较好的电荷分布特性，适合作为实验对象。通过选择适合的油滴，密立根实现了实验的可重复性，为后续测量提供了科学保障。

这一创新设计体现了密立根对实验可行性和重复性的重视，也显示了科学实验中严谨求实的态度，这种科学精神可以激发学生对探索未知的热情。

1.2从微观到宏观：量化电荷的转化

密立根油滴实验将对微观量（如油滴的电量）的测量转化为宏观量（如下落时间和平衡电压）的测量。通过精确测量油滴的下落速度和平衡电压，可以计算出油滴的电荷量。这一创新设计展示了物理学中的一个重要思想：通过精密测量宏观现象来推导微观规律。将微观世界与宏观世界联系起来，不仅推动了科学的进步，也培养了科学家系统思维和问题解决能力。

这一过程中的转化与简化，启示我们在复杂问题面前应保持理性与创造性，思考如何将抽象问题具体化，找到解决问题的途径。这一思维方式对于学生的培养具有重要的启示意义。

三、实验中的科学方法与思政教育

3.1勇于探索，实事求是：密立根的科学态度

密立根油滴实验是科学探索精神的集中体现。这种勇于探索的精神在思政教育中具有重要的启示意义。当前，社会和科技迅速发展，学生面临的学术和生活中的问题也日益复杂。如何培养学生在面对困难和挑战时能够坚持不懈、勇于探索，是教育工作者需要重点关注的问题。在教学中，教师可以通过分析密立根的探索过程，激发学生的求知欲望，引导他们不畏困难，勇于探索，并培养他们在面对未知时不急于放弃的决心。此外，密立根的实验过程还强调了“实事求是”的科学精神。这种“实事求是”的态度对学生的培养尤为重要。在思政教育中，教师可以借此机会引导学生学习密立根的科学态度，强调在任何情况下都要秉持实事求是的原则，做到客观、公正，不受主观情感和外界干扰的影响。

3.2科学与人文：实验的哲学思考

密立根的实验不仅是对物理现象的认识过程，也是一个哲学思考的过程。尤其是当实验数据与理论预期存在不一致时，科学家需要运用哲学中的怀疑精神，去分析和解决问题，这也是科学发展的动力之一。在现代教育体系中，学生不仅需要掌握学科知识，还需要具备批判性思维、理性思考和哲学素养。密立根油滴实验为我们提供了一个很好的思政教育实例，通过引导学生从实验中体会科学探索背后的哲学意义，教师可以帮助学生理解科学的内涵，不仅仅是对自然界现象的描述，更是对人类认知能力的拓展。

3.3简单巧妙的实验设计：科学中的创新精神

密立根油滴实验的仪器设计简洁而巧妙，体现了物理学中的创新精神。这种创新精神在思政教育中同样具有深远的意义。当前，学生面临着复杂多变的世界，知识更新日新月异，许多问题解决的方式也需要不断创新。在教学中，教师应鼓励学生不仅要掌握现有的知识体系，还要学会从不同的角度去思考和解决问题，培养他们在面对实际问题时能够通过创新的方式找到最简便、最有效的解决路径。密立根油滴实验展示的“简洁而有效”的设计理念，能够激发学生的创新意识，鼓励他们在实际工作中运用科学方法去优化和简化流程，提高效率。

四、将思政元素融入物理教学中的实践探索

4.1强调科学探索的精神与实事求是的态度

在物理实验的教学中，教师应引导学生认识到，科学探索的本质是实事求是，即要求依据事实、实事求是地去发现问题、提出假设，并通过实验来验证假设。通过引导学生分析密立根如何克服实验中的重重难题，教师可以激发学生的求知欲和探索热情。无论是在学术研究中，还是在实际工作中，科学家、工程师和所有追求真理的人，都应以这种务实的态度去迎接挑战。同时，密立根油滴实验的实施并非一帆风顺。在思政教学中，教师可以通过分析密立根的实验困境及其解决办法，帮助学生树立面对困难时不轻言放弃的精神。科学探索本身就是一个不断修正、不断试探的过程，学生在面对学术、生活中的挑战时，应该保持理性思维和坚韧不拔的毅力。通过这种方式，学生能够深刻理解“实事求是”不仅是科学研究中的基础准则，也是他们未来社会责任与使命感的重要组成部分。

4.2通过实验体现科学与人文的结合

密立根油滴实验的核心是通过电荷量的量化，最终揭示了电子的电荷是离散的。通过这一实验，学生能够认识到科学的每一次突破，都不仅仅是对自然界现象的简单描述，而是人类认知能力的提升与深刻反思。在思政教育中，教师应引导学生认识到，科学不仅是关于“物理世界”的知识，还蕴含着丰富的人文内涵。同时，密立根油滴实验成功测定了电子的电荷大小，这一成就不仅推动了科学理论的发展，也为现代物理学特别是量子力学的形成提供了基础。教师应通过这一实验案例，引导学生思考科学家的社会责任。科学家的工作不仅仅是追求个人学术成就，更是在推动社会发展和人类进步方面发挥重要作用。每一个科学发现背后，往往都蕴含着为人类社会贡献的深远意义。通过引导学生深入思考密立根油滴实验的社会价值，教师可以激发学生对科学的热爱，培养他们关心社会、服务社会的责任感。科学教育不仅仅是知识的传授，更是价值观的培养和社会责任的塑造。

4.3激发创新意识，培养实践能力

在教学中，教师可以通过密立根油滴实验的设计，强调实验创新的重要性。虽然密立根的实验仪器并不复杂，但他通过巧妙的设计和精确的实验操作，使得这一实验能够成功地测量电子的电荷。这一过程让学生理解到，在科学研究中，简单有效的设计往往比复杂的设备更为重要。通过这种教学思路，学生能够培养起对实验设计的敏感度，激发他们进行自主创新的热情。另外，在物理学教学中，学生的实践能力和动手能力是衡量其综合素质的重要标准。密立根油滴实验展示了如何通过自主实践来发现问题、解决问题。教师可以通过引导学生进行类似的自主实验，鼓励他们提出新的问题并设计新的实验方案，从而培养他们的动手能力和创新思维。

五、结论

密立根油滴实验不仅是物理学史上的经典实验，也是科学探索精神和创新思想的集中体现。在未来的教育实践中，我们应不断探索如何将科学教育与思想政治教育有效结合。通过将像密立根油滴实验这样的经典物理实验引入教学，不仅可以提升学生的科学素养，还能帮助他们更好地理解和把握科学精神、创新思维及社会责任。这种跨学科的融合教育方式，有助于促进学生的全面发展，培养他们成为具有责任感、创新意识和批判性思维的未来人才。

注：本文系关于2022年立项的兰州理工大学高等教育项目《大学物理实验课程思政素材契入路径研究》（立项编号：GJ2022B-5）研究成果。