1. 引言
量子力学作为现代物理学的重要基石，不仅具有深邃的理论内涵和广泛的应用价值，还蕴含着丰富的思政教育资源，其哲学内涵、科学精神及伦理价值为课程思政提供了丰富素材。在量子力学教学中融入课程思政，是将科学知识传授与价值观培养有机结合的重要实践。将课程思政融入量子力学课程，有助于培养具有坚定理想信念、高尚道德情操、扎实专业知识和强烈社会责任感的新时代人才[1]。如何有效地将思政元素与量子力学专业知识相结合，是当前教学实践中需要深入探究的问题。教学不仅需要传递科学知识，更应融入课程思政元素，培养学生的科学精神、家国情怀和社会责任感。
在量子力学从理论前沿走向技术革命的当下，其教学已超越知识传递的范畴，成为塑造学生科学观、技术观与价值观的关键场域。中国高等教育提出的“课程思政”理念，强调将思想政治教育融入专业课程，与量子力学中蕴含的哲学思辨(如波粒二象性对决定论的挑战)、技术伦理(如量子计算对密码学的冲击)以及科学家精神(如中国量子团队“板凳要坐十年冷”的坚守)形成天然耦合。然而，这一本土化实践需置于全球科学教育改革的宏观语境中审视：国际上，科学–技术–社会(STS)教育运动早已呼吁关注科学技术的社会影响[2]，科学史与科学哲学(HPS)整合教学被证实能提升学生对科学本质的理解[3]，而理工科伦理教育则聚焦技术应用的道德边界。本研究以量子力学课程为载体，通过准实验设计对比实验班与对照班在科学态度、批判性思维、价值观等方面的变化。本文从教学目标、内容设计、方法创新三个维度，探讨如何在量子力学教学中系统化融入课程思政。
2. 明确思政目标，构建育人框架
2.1. 科学精神培育
在量子力学教学中培育科学精神，不仅是传授专业知识的过程，更是塑造学生科学态度、创新思维和批判性思考能力的关键环节。量子力学建立之前，大部分科学家认为物理研究已接近完善。然而，普朗克、爱因斯坦、玻尔等科学家勇于探索未知，提出了能量子、光量子假说和原子轨道模型等[4]，最终推动了量子论的发展和量子力学的建立。量子论从提出到得到物理学界认可，经历了近三十年的时间。无数科学家前赴后继，不断努力，最终形成了较为完整的量子力学知识体系。量子力学的诞生是对经典物理学的重大突破，科学家们不断挑战传统观念，勇于探索未知领域，展现了强烈的创新精神和探索欲望。在教学中，融合这些事迹能激励学生勇于追求真理，不畏权威，敢于质疑。
在量子力学的发展过程中，科学家们对每一个概念、每一个公式都进行了严格的推导和验证。这种持之以恒的精神可以引导学生认识到，科学研究的道路是漫长而艰辛的，需要坚持不懈的努力[5]。薛定谔方程的建立是基于对波粒二象性的深入思考和大量的数学推导，体现了科学家们严谨的治学态度和求真务实的科学精神。量子通信技术在当今社会非常重要，中国科学家在这领域做出了重大贡献，通过介绍其成就，增强学生的民族自豪感。潘建伟院士是量子信息领域的领军人物，他在留学期间就立志将高科技带回祖国，回国后组建了世界一流的量子物理与量子信息实验室，在量子通信、量子计算等领域取得了一系列世界级成果，如首次实验实现量子隐形传态、发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”、构建76个光子的量子计算原型机“九章”，体现了我国科学家对未知世界的追求、勇于突破的决心和精心报国的情怀。在此基础上，对比中外量子科技发展现状，分析我国在量子计算、加密通信等领域的“卡脖子”问题，激发学生的科技报国志向。
2.2. 哲学思维渗透
在量子力学中，哲学思维的渗透体现在对实在论、因果律、主客体关系、自由意志与决定论等传统哲学问题的重新审视与挑战上，同时催生了互补性原理、涌现生成论等新的哲学范式，推动了哲学从本体论到认识论的全方位革新。解析量子力学中的哲学问题(如观测者效应)，引导学生思考“主观与客观”、“确定性与不确定性”的关系，培养辩证唯物主义世界观。
量子力学的核心发现——波粒二象性，彻底颠覆了经典物理对物质实在性的分类。微观粒子既非纯粹粒子也非纯粹波，而是矛盾统一体，其性质依赖于观测方式。例如，在电子双缝干涉实验中，未观测时，电子以波的形式同时通过双缝并产生干涉条纹；一旦观测其路径，电子立即坍缩为粒子态，干涉条纹消失[6]。在教学中给学生哲学启示：物质实在性不再是独立于观测的客观存在，而是与观测行为紧密关联。这引发了实在论与反实在论的争论：物质是“独立存在”还是“因观测而存在”？
2.3. 国际合作推进
量子力学课程的思政教育需避免将爱国主义简单化为“技术对抗”叙事，而应通过历史溯源、理论解析与现实观照，突出国际科学共同体的协作精神：普朗克提出量子概念后，爱因斯坦、玻尔、海森堡等科学家跨越国界展开争论与合作，最终构建起现代量子理论框架；薛定谔方程、狄拉克方程等核心成果的诞生，均是跨国界思想碰撞的产物。通过这一脉络，引导学生理解：科学真理的探索超越政治与文化隔阂，国际合作是推动人类认知边界拓展的必由之路。
结合量子计算、量子精密测量等前沿领域，介绍中国科学家参与的国际大科学工程(如欧洲核子研究中心的量子模拟项目、国际空间站的量子光学实验)，以及中国主导的开放科研平台(如“九章”光量子计算原型机向全球科研团队开放数据)。通过分析这些案例阐明：在量子技术从实验室走向产业化的过程中，技术标准制定、数据共享、人才流动等环节均需国际协作，封闭自守将导致技术路径偏狭化。
2.4. 伦理责任引导
量子技术的伦理责任引导，本质上是在探索宇宙终极规律的同时，守护人类文明的核心价值。它要求我们既保持对未知的好奇与敬畏，又坚守对公平、正义、自由的承诺。正如量子力学中的“互补性原理”所启示的：技术进步与伦理约束并非对立，而是相互成就的双重维度。唯有通过持续的伦理反思与制度创新，才能确保量子技术成为照亮人类未来的灯塔，而非引发灾难的潘多拉魔盒。量子技术的伦理问题与传统技术存在本质差异，其根源在于量子力学本身的非直观性、不确定性和关联性。结合量子计算、量子加密等前沿技术，探讨科技发展对隐私、安全、社会公平的影响。量子计算可破解经典加密算法，但也可能威胁信息安全；量子传感器可提升医疗精度，但需防范隐私泄露。讨论量子技术的双刃剑效应，引导学生思考科技伦理和树立“科技向善”的伦理观。下面举个具体例子让学生在复杂的真实情境中对科技伦理问题进行道德推理。
在探讨“量子计算对密码学的冲击”这一科技伦理议题时，可通过引入功利主义与道义论等伦理框架，引导学生深入剖析技术变革背后的道德张力。从功利主义视角出发，量子计算虽能通过破解现有加密体系(如RSA算法)显著提升信息获取效率，为情报机构、医疗数据共享或金融反欺诈等领域带来“净收益”，但这一结果可能以牺牲全球数十亿用户的隐私安全为代价——若量子攻击提前泄露个人身份、财务或健康数据，其引发的连锁社会风险(如身份盗窃、经济动荡)可能远超短期利益。反之，道义论则聚焦于技术应用的道德底线：即使量子计算能破解加密的“结果”具有功利价值，但其行为本身是否违背了“尊重个体自主权”与“信息保密义务”等基本道德原则？例如，政府或企业是否有权以“公共利益”为由，利用量子技术突破公民隐私边界？这种对规则的坚守，进一步延伸至技术公平性问题——量子计算资源的垄断可能导致国家间、阶层间的“加密鸿沟”，弱势群体因无法负担后量子密码技术而暴露于风险中，违背了道义论对“正义分配”的要求。通过对比两种框架，学生可意识到：量子计算对密码学的冲击不仅是技术竞赛，更是对“安全与自由”“效率与公平”等核心伦理价值的权衡，而任何单一框架的绝对化应用都可能导向偏颇结论，唯有在动态对话中寻求多元利益的平衡，才能为技术发展划定合理的伦理边界。
3. 设计教学案例，挖掘思政元素
3.1. 理论教学与思政融合
量子力学基本原理：通过“不确定关系”讲解科学局限性，引导学生理解“人类认知的边界”，培养谦逊态度；结合“量子纠缠”现象，讨论“整体与部分”的辩证关系。
案例1：不确定关系的数学与物理意义。
海森堡原理(ΔxΔp ≥ ħ/2)表明，微观粒子的位置与动量无法同时确定。
教学策略：引导学生推导公式，理解其数学必然性，而非仅记忆结论。
思政融入：讨论原理对“决定论”的冲击，结合混沌理论，培养学生接受“不确定性”的科学态度。
案例2：量子纠缠与“人类命运共同体”。
教学环节：在讲解量子纠缠现象时，引入“量子隐形传态”技术原理，对比经典信息传递的局限性。
思政融入：量子纠缠中“非局域性”现象，类比全球化背景下各国相互依存的关系，强调“合作共赢”而非“零和博弈”。引导学生思考“量子纠缠中‘非局域性’与全球化的相似性”，讨论科技合作对构建人类命运共同体的意义，培养国际视野与责任担当。
3.2. 实验与案例教学
通过斯特恩–盖拉赫实验等，重现科学家突破经典认知的过程，弘扬“突破常规、勇于创新”的探索精神。
案例3：斯特恩–盖拉赫实验与“科学探索的勇气”。
教学场景：复现斯特恩–盖拉赫实验(通过磁场分离银原子束)。
思政融入：历史背景：1922年，斯特恩与盖拉赫在经费匮乏、设备简陋条件下完成实验，验证空间量子化假设，打破经典物理认知。
精神传承：对比中国科学家在量子计算领域“从跟跑到领跑”的历程(如本源量子、中科院量子信息重点实验室)，强调“艰苦奋斗、自主创新”的科研态度。
实践反思：引导学生分析实验失败的可能原因(如磁场不均匀)，培养“严谨细致、勇于试错”的工程思维。
3.3. 科学家精神传承
介绍普朗克、爱因斯坦等科学家的学术贡献与人格魅力，通过科学史渗透求真精神。
案例4：黑体辐射与普朗克的“绝望之举”。
19世纪末，经典物理无法解释黑体辐射规律。普朗克为“凑出”正确公式，被迫引入能量量子化假设(E = nhν, n = 1, 2, 3, …)，这一违背直觉的突破成为量子力学起点。
教学策略：
引导学生分析普朗克从“被迫假设”到“主动接受”的心路历程，体会科学家在困境中坚持真理的勇气。
案例5：爱因斯坦与光量子理论的争议。
爱因斯坦提出光量子概念解释光电效应，却因颠覆波动说遭受质疑。他坚持“上帝不掷骰子”的哲学立场，同时承认量子理论的革命性。
教学策略：
组织学生辩论：“爱因斯坦是否应妥协于量子随机性？”培养学生辩证看待科学争议的能力。引用爱因斯坦名言：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”，鼓励学生敢于质疑权威。
4. 创新教学方法，实现润物无声
4.1. 问题导向式教学
设计思政导向问题：如“量子力学如何改变人类对自由意志的理解？”“量子技术发展可能带来哪些伦理挑战？”引导学生主动思考科学与社会的关系。介绍爱因斯坦与玻尔关于“光是波还是粒子”的争论，强调科学理论需经实验检验的实证精神。
4.2. 讨论式课堂
组织“量子力学与哲学”“科技发展与人类未来”等主题辩论，在思想碰撞中深化价值观认同。通过“电子既表现粒子性又表现波动性”，引导学生理解“矛盾对立统一”的辩证思维，反驳“非此即彼”的形而上学观点。讨论量子力学对经典物理观的突破，类比社会变革中“打破固有认知、接受新事物”的必要性。
4.3. 开放性问题探讨
在科学教育中，科学与哲学的关系常被简化为“科学是实证的，哲学是思辨的”二元对立，或陷入“用哲学附会科学”的浅层类比。量子纠缠现象中，“幽灵般的超距作用”直接冲击了经典物理的两大支柱：定域性(物理效应不能超越光速传播)与实在论(物理客体具有独立于观测的确定属性)。EPR佯谬通过设计思想实验，试图用“隐变量”维护定域实在论；而贝尔不等式实验证明，任何定域隐变量理论都无法复现量子力学的全部预言。教师组织学生积极思考，引导学生分析EPR佯谬的逻辑链条、贝尔不等式的数学推导及其实验验证。通过这样具体案例构建思辨场域，让学生在科学推理与哲学反思的互动中，培养超越技术层面的批判性思维。
4.4. 实践与科研融合
鼓励学生参与量子模拟实验、科研论文写作，在实践过程中培养“严谨治学、精益求精”的工匠精神。播放《量子力学简史》《科技伦理》等纪录片，利用虚拟仿真实验展示量子现象，增强思政教育的感染力。
5. 总结
量子力学教学中的课程思政融合，需避免生硬说教，通过科学史实、技术伦理、哲学思考等自然渗透，实现“知识传授、能力培养、价值塑造”三位一体[7]。教师需不断提升自身思政素养，创新教学方法，使量子力学课堂成为培养新时代“有理想、有本领、有担当”科技人才的重要阵地。通过深入挖掘量子力学中的思政元素，采用多样化的教学策略，将思政教育贯穿于教学的全过程，培养学生的科学精神、哲学思维和家国情怀，提高学生的综合素质和社会责任感。在教学实践中，要不断总结经验，解决存在的问题，不断完善课程思政的教学模式，为培养新时代高素质人才做出贡献。量子力学课程思政的关键在于挖掘科学知识背后的方法论、价值观和文化内涵，通过“润物无声”的方式实现价值引领[8]。这既需要教师对专业内容的深刻把握，也需对育人目标有清晰认知，最终培养出既懂科学、又有社会担当的创新人才。
基金项目
本论文受2023年度自治区高校本科教育教学研究和改革项目资助(XJGXPTJG-202314)。