大學(xué)物理課程思政教學(xué)實踐
——以角動量守恒定律為例

李忠秀 李小毛 姚明印 王義華

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 江西·南昌 330045）

2020年5月，教育部頒發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，落實立德樹人根本任務(wù)，必須將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體、不可割裂。緊緊抓住教師隊伍“主力軍”、課程建設(shè)“主戰(zhàn)場”、課堂教學(xué)“主渠道”全面推進課程思政建設(shè)。本工作以該綱要為指導(dǎo)，基于大學(xué)物理這門學(xué)科基礎(chǔ)課，研討了大學(xué)物理課程思政教學(xué)的意義，力學(xué)部分思政元素的挖掘與凝練，同時以動量守恒定律為例進行了教學(xué)實踐，將自然規(guī)律和道德準則同時引入學(xué)生內(nèi)心，促使學(xué)生精神成人、專業(yè)成才。

1 大學(xué)物理課程思政的意義

以物理基本理論和基本方法為主要內(nèi)容的大學(xué)物理公共課程，具有覆蓋面大、課堂學(xué)時多和基礎(chǔ)性強等特點，在人才培養(yǎng)體系中具有重要的地位和作用，大學(xué)物理課程中思政素材豐富多樣、真實自然，適合開展多主題的思政教育，是將價值引領(lǐng)融入知識傳授，傳播辯證唯物主義、弘揚愛國主義、培養(yǎng)科學(xué)精神、塑造高尚品格的有效平臺，是將自然規(guī)律和道德準則同時引入學(xué)生的內(nèi)心，促使學(xué)生精神成人、專業(yè)成才的優(yōu)良載體[1-3]。

物理學(xué)本身脫胎于哲學(xué)，研究對象大至宇宙，小至微觀粒子，包羅萬象，充滿了哲學(xué)思辨。與其他自然科學(xué)相比，物理學(xué)更著重于對物質(zhì)世界普遍而基本的規(guī)律的追求?！案竟陶?，華實必茂；源流深者，光瀾必章”，中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，源遠流長、博大精深，物理學(xué)與傳統(tǒng)文化有著顯而易見的區(qū)別，又有著千絲萬縷的聯(lián)系，物理學(xué)研究在我國有著悠久的歷史，自先秦到宋元時期，我國在物理研究領(lǐng)域都處于世界領(lǐng)先地位，這些能夠使學(xué)生更加堅定文化自信。在講授相關(guān)物理知識時，可以穿插講授鄧稼先（原子彈）、南懷仁（FAST）、高伯龍（激光陀螺儀）、楊長風(fēng)（北斗導(dǎo)航）、潘建偉（量子衛(wèi)星）等這些民族脊梁和國之重器。激勵后代學(xué)子們薪火相傳、立志成才、不忘家國。科學(xué)精神的內(nèi)涵包括求真求實、懷疑批判、創(chuàng)新探索、甘于奉獻等科學(xué)要素，對科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展具有重要的作用，科學(xué)精神將引領(lǐng)和推動科學(xué)技術(shù)的進步和發(fā)展。在物理學(xué)波瀾壯闊的發(fā)展史上，物理學(xué)家燦若星辰，閃耀著永恒的光芒，其中不乏堅忍不拔、道德崇高者。因此，在講解物理相關(guān)理論時，可以簡要講述相關(guān)物理學(xué)家高尚品質(zhì)、科學(xué)精神，自然而然的融入課堂教學(xué)內(nèi)容中，進行潤物無聲、潛移默化的思政育人[4-6]。

2 角動量守恒定律教學(xué)中開展課程思政的基本思路

2.1 以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心確立思政目標(biāo)

（1）以美育促德育、智育，發(fā)展創(chuàng)新思維。物理美學(xué)思維，可以激發(fā)學(xué)生探索物理世界的激情，產(chǎn)生積極的聯(lián)想和深刻的理解，從而迸發(fā)出創(chuàng)造性思維的火花。有助于促進和完善學(xué)生的觀察能力、思維能力。

（2）揚家國情懷，塑科學(xué)精神，鑄堅韌品格。開拓創(chuàng)新需要創(chuàng)造意識和科學(xué)思維，敢于標(biāo)新立異，具備敏銳的發(fā)現(xiàn)問題的能力，同時創(chuàng)新并不是一蹴而就，需要磨煉學(xué)生的耐心和毅力，打磨追求卓越的堅韌品格。

2.2 結(jié)合教學(xué)要求和課程思政目標(biāo)設(shè)計教學(xué)方案

在教學(xué)過程中，通過創(chuàng)設(shè)情境，提出問題，誘發(fā)學(xué)生好奇心，預(yù)留懸念，導(dǎo)入新課。然后利用板書推導(dǎo)角動量定理、角動量守恒定律，總結(jié)歸納其成立條件和適用范圍，同時開展與動量定理、動量守恒對比教學(xué)，起到溫故知新的效果。接著理論聯(lián)系實際，利用繞定軸的角動量守恒定律解釋了新課引入時預(yù)留的兩個問題，前后呼應(yīng)。由回轉(zhuǎn)儀原理及其在航海航空航天中的應(yīng)用，引申到高伯龍院士歷時40余年研究的激光陀螺儀在國防上的重要性和意義。本節(jié)課將角動量定理和角動量守恒定律知識的傳授和生活中常見實際問題的解決有機地結(jié)合起來，體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理回歸生活”的教學(xué)理念，有利于促進學(xué)生思維能力、綜合能力和科學(xué)素養(yǎng)的全面提升；拓展至我國科技國防事業(yè)的成果，弘揚愛國主義和科學(xué)精神，堅定四個自信。

3 角動量守恒定律課程思政元素挖掘、凝練與融入的教學(xué)實踐

角動量定理和守恒定律不僅適用于宏觀物體，也是微觀物理學(xué)中重要的自然界普遍規(guī)律之一。下面根據(jù)對定理定律分析、解釋和解決實際生活和工程中的物理問題，構(gòu)建數(shù)理思維和邏輯思維，建立理解和欣賞生活中的物理美的眼光，以“勇于創(chuàng)新、追求卓越”為核心，進行挖掘和凝練思政元素的教學(xué)探索。

3.1 以美育促德育、智育

物理學(xué)力求用高度凝練和嚴密的數(shù)學(xué)語言表述錯綜復(fù)雜的物理現(xiàn)象，使物理理論體系呈現(xiàn)出高度的簡潔美，但反映的內(nèi)在規(guī)律確是非常深刻的。我們可以將數(shù)學(xué)、物理學(xué)、美學(xué)關(guān)聯(lián)起來，發(fā)現(xiàn)、感受、鑒賞物理學(xué)中的美，培養(yǎng)學(xué)生的審美情懷，以美育促進德育和智育，促進學(xué)生理解和掌握知識，發(fā)展創(chuàng)新思維和發(fā)散性思維。

角動量定理：合外力矩對剛體的沖量矩等于剛體角動量的增量。

角動量守恒定律：當(dāng)合外力矩等于零，剛體的角動量保持不變。

運動定律的空間平移對稱性導(dǎo)致動量守恒定律，時間平移對稱性導(dǎo)致能量守恒定律，空間旋轉(zhuǎn)對稱性（空間各向同性）導(dǎo)致角動量守恒定律。角動量定理和守恒定律充分體現(xiàn)了物理學(xué)的簡潔美、和諧統(tǒng)一美、對稱美，將紛繁復(fù)雜的轉(zhuǎn)動現(xiàn)象歸一為簡單的式子。正是這些在雜亂中形成規(guī)律，在無序中引入秩序的美學(xué)思想，支配著理論物理學(xué)家制造的數(shù)學(xué)表達形式，在物理學(xué)的前沿探討中發(fā)揮著愈來愈大的作用，引導(dǎo)著科學(xué)家不斷精準地描述自然界，創(chuàng)建新理論，也指明了如何進行創(chuàng)造性思維和探索自然界奧秘的思考方向。審美與求知并存，教師在傳授枯燥深奧的專業(yè)知識的同時，指導(dǎo)學(xué)生分析和發(fā)現(xiàn)物理學(xué)中的理性美，培養(yǎng)和發(fā)展他們物理美學(xué)思維能力，能使學(xué)生較為輕松的進入并保持深度學(xué)習(xí)，取得良好的教學(xué)效果。

3.2 激勵自主創(chuàng)新，弘揚家國情懷

物理學(xué)具有厚重的歷史底蘊，實事求是的科學(xué)精神，洞悉萬物的科學(xué)思維，唯物辯證的研究方法，為大學(xué)物理課程思政提供了多方面的思政素材，本節(jié)課通過拓展引入高伯龍院士歷時40余年自主創(chuàng)新研制成功“激光陀螺儀”的成果及簡述艱苦卓絕的研究過程和意義，激勵學(xué)生只有努力奮斗，才能自主創(chuàng)新，激發(fā)弘揚學(xué)生的家國情懷，讓學(xué)生領(lǐng)會求真是科學(xué)精神的核心，創(chuàng)新是科學(xué)精神的特征，那么家國情懷、使命擔(dān)當(dāng)就是中國科學(xué)家精神的靈魂之要義。

在授課開始播放郭晶晶跳水和直升機的動圖并提出問題，運動員為什么把雙臂和腿時而展開，時而收攏。單旋翼直升機為什么要有尾翼裝置？雙旋翼直升機為什么設(shè)計兩個旋翼，借勢導(dǎo)入新課，引出角動量守恒。通過創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引發(fā)學(xué)生共鳴和對問題的思考。

本著學(xué)以致用的原則，通過前面學(xué)習(xí)的新的理論知識，引導(dǎo)學(xué)生把運動員看作非剛體，運動員起跳后，繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動，重力通過質(zhì)心軸，角動量守恒，運動員在空中由肢體舒展到抱膝翻轉(zhuǎn)過程中，因動作變化使得轉(zhuǎn)動慣量減小，角速度增大；當(dāng)打開雙臂和雙腿時，轉(zhuǎn)動慣量增大，角速度減小，更易平穩(wěn)入水。借此介紹中國跳水夢之隊，學(xué)習(xí)他們勇攀高峰、超越自我、追求卓越的奮斗精神，激發(fā)同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，為國爭光的榮譽感和自豪感。

利用角動量守恒定律解釋回轉(zhuǎn)儀定向原理引出我國早在漢代的發(fā)明“被中香爐”：“長安巧工丁緩者，為常滿燈……又做臥褥香爐，一名被中香爐。為機壞環(huán)轉(zhuǎn)四周，而爐體常平”，顯示出非凡的技巧，展示中華文明風(fēng)采，弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，使學(xué)生堅定文化自信。從哲學(xué)上的辯證法來說，我們應(yīng)堅持一分為二和全面的觀點看問題，雖然這項杰出的創(chuàng)造比歐洲國家提出類似設(shè)計早了1000多年，但在我國僅應(yīng)用于生活用具，而16世紀意大利人希·卡丹諾制造出陀螺平衡儀并應(yīng)用于航海上，使它產(chǎn)生了巨大的作用。中國古代科技最終未能發(fā)展處近現(xiàn)代科學(xué)，孕育出工業(yè)革命，由此引出著名的“李約瑟難題”，引起同學(xué)們的警醒和深思。

陀螺儀是軍事作戰(zhàn)中必不可少的導(dǎo)航裝置，激光陀螺儀雖然在原理上有別于機械陀螺儀，但其思想來源于陀螺儀。高伯龍院士窮盡一生不懈追求科學(xué)真理，篤信科學(xué)救國，不畏艱險、頑強拼搏，耗費43年，2007年成功研制出空間環(huán)路四頻差動激光陀螺，隨后完成雙軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)，有效解決了激光陀螺漂移誤差，使精度達到當(dāng)時世界第一。高伯龍院士成功破譯“錢學(xué)森密碼”，讓我國的激光陀螺在世界上發(fā)出耀眼的光芒?，F(xiàn)如今，我國的東風(fēng)-41的命中精度堪稱世界第一，其關(guān)鍵就是制導(dǎo)技術(shù)的核心部件-激光陀螺，我國正是擁有這一鎮(zhèn)國神器，在與美國進行談判時，才有底氣發(fā)出“美國沒有資格在中國的面前說，你們從實力的地位出發(fā)同中國談話”的世紀最強音。在教學(xué)過程中，把2021年3月18日阿拉斯加中美高層對話的圖片和1901年辛丑條約簽訂現(xiàn)場圖片進行對比，學(xué)生會產(chǎn)生強烈的共鳴，心靈能夠產(chǎn)生觸動。我們首先要知道弱國無外交，落后就要挨打的現(xiàn)實，強國首先要強科技，科技是第一生產(chǎn)力，激勵同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，報效祖國，弘揚愛國主義。再者，要向老一輩科學(xué)家學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)他們求真務(wù)實、報國為民、無私奉獻的愛國情懷和高尚品格，學(xué)習(xí)他們攻堅克難、勇攀高峰的科學(xué)精神。

4 結(jié)語

課程思政元素和理論內(nèi)容必須做到水乳交融、有機結(jié)合，做到琴瑟和鳴，同頻共振，引起學(xué)生共鳴，撥動學(xué)生心弦，從而使得教師的課堂教學(xué)能夠吸引和啟迪學(xué)生。在教學(xué)實踐中，筆者在大學(xué)物理教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，結(jié)合教學(xué)具體內(nèi)容，適時適度引入課程思政元素效果是明顯的，尤其是關(guān)系到我國科技進步的國之重器和介紹做出重大貢獻的科學(xué)家這些民族脊梁時，學(xué)生聽得津津有味，常有感悟。對于在課程中引入唯物辯證法元素時，就有點牽強，思慮后應(yīng)是教師本身的問題，尚需加強教師自身的素養(yǎng)，努力鍛煉成有術(shù)且悟道的優(yōu)秀教師。所以，教師一旦把思政之“鹽”化于課程之“湯”，課程思政教育和專業(yè)知識教育也就實現(xiàn)了同向同行，令人印象深刻。因此，課程思政建設(shè)和專業(yè)課質(zhì)量提升的內(nèi)在目標(biāo)是一致的。大學(xué)物理課程思政應(yīng)用于課堂教學(xué)實踐得到了學(xué)生的認可，通過真實生動的課程思政案例，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，也激發(fā)了學(xué)生求知欲，增強了民族自信和愛國主義情懷。