工科專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理教學(xué)中的課程思政*
——以“角動(dòng)量守恒定律”為例

常 旭 冀園園

(商丘師范學(xué)院電子電氣工程學(xué)院 河南 商丘 476000)

1 引言

物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形式、相互作用以及轉(zhuǎn)化規(guī)律的自然科學(xué).它所展現(xiàn)的科學(xué)的世界觀、認(rèn)識(shí)論和方法論深刻影響著人類(lèi)對(duì)自然界的基本認(rèn)識(shí)和思維方式，是人類(lèi)文明發(fā)展的重要基石[1].以物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、基本規(guī)律和方法為主要內(nèi)容的大學(xué)物理課程，作為理工科學(xué)生的公共基礎(chǔ)課程，在高校人才培養(yǎng)中發(fā)揮著重要作用.為了強(qiáng)化以“立德樹(shù)人”為中心環(huán)節(jié)的教育理念，2017年5月，教育部頒布了《高校思想政治工作質(zhì)量提升工程實(shí)施綱要》，指出應(yīng)梳理各門(mén)專(zhuān)業(yè)課程所蘊(yùn)含的思政元素和所承載的思政功能，融入課堂教學(xué)各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)思想政治教育與知識(shí)體系教育的有效統(tǒng)一[2].為全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)，發(fā)揮每門(mén)課程的育人作用，2020年5月，教育部又印發(fā)了《高等學(xué)校課程思政指導(dǎo)綱要》，進(jìn)一步提出課程思政建設(shè)要在所有高校、所有學(xué)科專(zhuān)業(yè)全面推進(jìn)，并將課程思政建設(shè)內(nèi)容有機(jī)融入課程教學(xué)，努力拓展課程思政建設(shè)的方法和途徑[3].由于大學(xué)物理課程包含了人類(lèi)對(duì)自然界各類(lèi)認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探索過(guò)程，包含了科學(xué)家對(duì)科學(xué)和真理孜孜不倦的艱難求索等極為豐富的思政教育素材，充分體現(xiàn)了物理教學(xué)蘊(yùn)含的文化基因和價(jià)值范式[1].所以，大學(xué)物理本身就是一門(mén)獨(dú)具特色的思政課程，在教育教學(xué)的實(shí)踐過(guò)程中，更適合也更容易挖掘出思政元素，實(shí)現(xiàn)課程思政的有效融入，從而達(dá)到立德樹(shù)人的目的.與此同時(shí)，大學(xué)物理覆蓋學(xué)生人數(shù)眾多，以筆者所在的商丘師范學(xué)院為例，每年修大學(xué)物理的學(xué)生達(dá)3 000人次，方便教師在實(shí)施教學(xué)活動(dòng)的同時(shí)，傳授物理思想，實(shí)現(xiàn)課程思政.

以筆者所教授的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)為例，為實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)體系的構(gòu)建、解決問(wèn)題能力的訓(xùn)練，以及科學(xué)思維和人文素養(yǎng)的培養(yǎng)，我們所確定的大學(xué)物理的課程目標(biāo)是：

(1)使學(xué)生對(duì)大學(xué)物理中的基本概念、理論和方法有比較全面和系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的知識(shí)奠定物理學(xué)基礎(chǔ)；

(2)深刻理解本課程的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，能夠綜合利用物理學(xué)知識(shí)研究自動(dòng)化領(lǐng)域的相關(guān)問(wèn)題，使學(xué)生具備獨(dú)立獲取知識(shí)的能力和科學(xué)思維能力；

(3)培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷及辯證唯物主義世界觀和方法論，塑造學(xué)生堅(jiān)持不懈、追求真理的鉆研精神，激發(fā)學(xué)生探索物理學(xué)問(wèn)題的熱情.

圍繞以上3個(gè)目標(biāo)，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中深挖思政元素，增強(qiáng)知識(shí)傳授和價(jià)值引領(lǐng)的有機(jī)融合.

2 知識(shí)結(jié)構(gòu)

下面我們以馬文蔚先生主編的《物理學(xué)》(第六版)第四章中的“剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量定理和角動(dòng)量守恒定律”為例[4]，探討在教學(xué)過(guò)程中如何挖掘思政元素，并將其融入知識(shí)的傳授之中.

圖1 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量守恒定律知識(shí)結(jié)構(gòu)圖

3 不同教學(xué)環(huán)節(jié)中的課程思政融入

(1)在導(dǎo)入新課的環(huán)節(jié).首先播放2021年5月15日7時(shí)18分“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器著陸火星表面的視頻，詢問(wèn)學(xué)生是否了解“天問(wèn)一號(hào)”，并請(qǐng)做過(guò)調(diào)研的同學(xué)介紹“天問(wèn)一號(hào)”的旅程——自2020年7月23日被發(fā)射升空起，經(jīng)歷了7個(gè)月的“奔月”之旅和3個(gè)月的“環(huán)火”探索，最終成功“登火”.通過(guò)對(duì)“天問(wèn)一號(hào)”的介紹，一方面引導(dǎo)學(xué)生思考探測(cè)器在環(huán)火軌道的運(yùn)行情況，從而引出本節(jié)課； “天問(wèn)一號(hào)”的成功著陸也是我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展中具有里程碑意義的事件，可以激發(fā)學(xué)生的民族自信心和自豪感，鼓勵(lì)學(xué)生樹(shù)立勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神和科技報(bào)國(guó)的遠(yuǎn)大志向.

(3)在講到角動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用時(shí)，也能適時(shí)地進(jìn)行思政元素的融入.比如，可以通過(guò)播放2021年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)上中國(guó)跳水運(yùn)動(dòng)員全紅嬋跳水的視頻，引導(dǎo)學(xué)生探究其中的物理知識(shí).起跳時(shí)運(yùn)動(dòng)員盡量把身體卷曲起來(lái)，把頭和四肢收縮到胸前成“球狀”，以減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，而角動(dòng)量是守恒的，所以身體旋轉(zhuǎn)的角速度就會(huì)增大.當(dāng)快到水面時(shí)，四肢都張開(kāi)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度減小，頭下腳上入水，完成了一個(gè)漂亮的轉(zhuǎn)體動(dòng)作.通過(guò)這個(gè)例子，可以告訴學(xué)生生活中物理無(wú)處不在，關(guān)鍵是我們要有一雙善于發(fā)現(xiàn)的眼睛和一顆樂(lè)于探索的心靈.還要告訴學(xué)生應(yīng)學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)員不畏困難、勇于拼搏的精神，勝不驕敗不餒，不斷超越自我.講過(guò)運(yùn)動(dòng)員跳水的例子之后，再請(qǐng)學(xué)生思考人們常說(shuō)的“貓有九條命”是怎么回事，引導(dǎo)學(xué)生模仿運(yùn)動(dòng)員跳水的例子進(jìn)行分析.小貓初始下落時(shí)，身體不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，總角動(dòng)量為零；由于貓具有發(fā)達(dá)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)和平衡能力，當(dāng)從高空落下時(shí)，不管開(kāi)始是哪個(gè)部位朝下，它都能在空中完成姿勢(shì)的調(diào)整，接近地面時(shí)尾巴一甩，具有了角動(dòng)量，根據(jù)角動(dòng)量守恒，這時(shí)身體必須反向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)反向的角動(dòng)量，以保持總角動(dòng)量為零.貓?jiān)谒ξ舶偷耐瑫r(shí)還能調(diào)節(jié)身體的各個(gè)部位，使得靠近地面時(shí)四肢朝下，而厚厚的腳墊和柔韌的脊椎又能有效地化解沖力，所以即使從高空墜落，貓一般也能安然無(wú)恙.經(jīng)過(guò)這樣的分析，可以解開(kāi)學(xué)生對(duì)“貓有九條命”的困惑，使學(xué)生體會(huì)到物理知識(shí)的重要性，也強(qiáng)化了學(xué)生的唯物主義世界觀.

角動(dòng)量守恒的例子很多，還可以向?qū)W生介紹我國(guó)自行研制的WS-35型精確制導(dǎo)炮彈，該導(dǎo)彈采用慣性制導(dǎo)加GPS復(fù)合制導(dǎo)形式，其射程可達(dá)100 km，遠(yuǎn)大于外國(guó)同類(lèi)導(dǎo)彈的射程.其中慣性制導(dǎo)的核心部件是三軸陀螺儀(如圖2所示)，3個(gè)軸正交于中間轉(zhuǎn)子質(zhì)心，能保證任何情況下轉(zhuǎn)子所受合外力矩為零，則轉(zhuǎn)子的角動(dòng)量守恒.

圖2 WS-35型導(dǎo)彈的三軸陀螺儀

當(dāng)飛輪繞自身對(duì)稱(chēng)軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，無(wú)論如何改變框架的方位，其中心軸的空間取向都始終不變，因而具有導(dǎo)航能力，其精度和首發(fā)命中率都很高，炮彈散布誤差在1 m以內(nèi)，首發(fā)命中率可達(dá)90%.這個(gè)例子說(shuō)明，利用了角動(dòng)量守恒的三軸陀螺儀在現(xiàn)代軍事科技中的重要作用，科學(xué)可以強(qiáng)軍強(qiáng)國(guó)，當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)明白科技興國(guó)的重要性，要有時(shí)代使命感，將理論和應(yīng)用相結(jié)合，為國(guó)家富強(qiáng)和民族振興而奮斗.

4 結(jié)論

本文以大學(xué)物理中“剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量定理和角動(dòng)量守恒定律”這一知識(shí)點(diǎn)為例，闡述了如何在物理知識(shí)的講解中融入課程思政.在引課環(huán)節(jié)，拋出“天問(wèn)一號(hào)”登陸火星的例子，引起學(xué)生對(duì)本知識(shí)點(diǎn)的興趣，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和科技強(qiáng)國(guó)的信心；在知識(shí)的講授過(guò)程中，通過(guò)直接推導(dǎo)和類(lèi)比的方式分別得出剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量、角動(dòng)量定理和角動(dòng)量守恒定律，啟發(fā)學(xué)生多角度的看問(wèn)題，不同的方法往往可以達(dá)到異曲同工的效果；在講解角動(dòng)量守恒的應(yīng)用時(shí)，借助東京奧運(yùn)會(huì)上全紅嬋跳水的例子，鼓勵(lì)學(xué)生向運(yùn)動(dòng)員學(xué)習(xí)，在生活和學(xué)習(xí)中不畏困難、勇于攀登、不斷超越自我；通過(guò)解釋“貓有九條命”的困惑，幫助學(xué)生樹(shù)立唯物主義世界觀；而我國(guó)自主研發(fā)的WS-35型導(dǎo)彈處于世界領(lǐng)先地位，其重要部件三軸陀螺儀的工作利用了角動(dòng)量守恒定律，利用此例可以激發(fā)學(xué)生民族自豪感和科技強(qiáng)國(guó)的信心.這些思政元素與專(zhuān)業(yè)知識(shí)的有機(jī)結(jié)合，不但激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，還體現(xiàn)了課程質(zhì)量和課程思政建設(shè)的雙向提升，達(dá)到了“教書(shū)”和“育人”的同頻共振.