專業(yè)認證視域下的物理學(xué)(師范)專業(yè)課程思政探索與實踐
——以“科里奧利力”教學(xué)為例

楊春艷 馬 駒

(玉溪師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 云南 玉溪 653100)

吉 恒

(通?？h第二中學(xué) 云南 玉溪 652701)

1 引言

《中學(xué)教育專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)(第二級)》和《中學(xué)教育專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)(第三級)》均明確要求畢業(yè)生應(yīng)以立德樹人為己任,要立志成為“四有”好老師,要能做學(xué)生的“四個”引路人,要了解所教學(xué)科與其他學(xué)科及社會實踐的聯(lián)系,要能夠有機結(jié)合學(xué)科教學(xué)進行育人活動,要具有團隊協(xié)作精神;要求任課教師要把社會主義核心價值觀、師德教育有機融入課程教學(xué)中[1].

《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》明確指出高校課程思政要融入到課堂教學(xué)建設(shè),要落實到課程目標(biāo)設(shè)計、教學(xué)大綱修訂、教案課件編寫各方面,要貫穿于課堂講授、教學(xué)研討、實驗實訓(xùn)、作業(yè)論文各環(huán)節(jié);理學(xué)類專業(yè)課程要在課程教學(xué)中把馬克思主義立場觀點方法的教育與科學(xué)精神的培養(yǎng)結(jié)合起來,注重科學(xué)思維方法的訓(xùn)練,引導(dǎo)學(xué)生了解世情國情黨情民情,堅定 “四個自信”[2].

《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的頒布,使課程思政建設(shè)從此有據(jù)可依、有章可循,把課程思政建設(shè)推到了發(fā)展的新高度[3].文獻[4]針對課程思政建設(shè)中思政點碎片化、思政概念泛化、思政教學(xué)蜻蜓點水、團隊力量薄弱、教師中心等問題提出了系統(tǒng)的解決措施和實踐經(jīng)驗.文獻[5]分析、歸納了大學(xué)物理課程中人文思政元素挖掘和融入對策與路徑的經(jīng)驗.文獻[6]以“磁場對運動電荷的作用”小節(jié)的教學(xué)設(shè)計為例,說明大學(xué)物理課堂教學(xué)中學(xué)科教育與思政融合教育的方法.文獻[7]以剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量定理和角動量守恒定律為例,展示了引課、知識講授和知識應(yīng)用的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)思政教育融入設(shè)計.

從上述研究成果來看,大學(xué)物理課程思政已取得豐富的研究成果,對課程思政的認識和把握層層遞進、逐步深入[3],但相關(guān)研究和實踐主要停留在課堂教學(xué)中,未能很好貫徹《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》中要求的“貫穿于課堂講授、實驗實訓(xùn)、作業(yè)論文各環(huán)節(jié)”,同時相關(guān)教學(xué)設(shè)計中未能有效體現(xiàn)專業(yè)認證在“課程與教學(xué)”指標(biāo)中對課程教學(xué)實施的要求.作為物理學(xué)(師范)專業(yè)的專業(yè)課教師,有必要深刻理解和落實中學(xué)教育專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求,將鑄魂育人有機融入到教育教學(xué)的各環(huán)節(jié)中,實現(xiàn)專業(yè)課與教師教育課、與思想政治理論課同向同行,形成協(xié)同效應(yīng),促成學(xué)生“一踐行三學(xué)會”能力的達成.本文以“科里奧利力”小節(jié)為例,闡述如何在專業(yè)認證視域下開展物理學(xué)(師范)專業(yè)的專業(yè)課程思政探索與實踐.

2 教學(xué)設(shè)計

2.1 教學(xué)目標(biāo)

2.1.1 物理觀念

(1)能準(zhǔn)確描述科里奧利力及其存在的條件;

(2)能在數(shù)學(xué)推理計算的基礎(chǔ)上,定性歸納和描述科里奧利力對平行地表運動的影響;

(3)能在數(shù)學(xué)推理計算的基礎(chǔ)上,定性歸納和描述科里奧利力對垂直地表運動的影響.

2.1.2 科學(xué)思維

(1)通過相關(guān)數(shù)理推導(dǎo),訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維方法,提高推理能力.

(2)在課堂推理出的科里奧利力對平行地表運動的影響的背景下,由學(xué)生猜想科里奧利力對垂直地表運動的影響情況,并要求進行數(shù)理推理驗證,通過“既在意料之中,又在意料之外”鍛煉學(xué)生的物理思維.

2.1.3 科學(xué)探究

通過自制科里奧利力演示儀的實驗設(shè)計、實驗觀察、實驗分析和解釋等,促進學(xué)生科學(xué)探究能力、創(chuàng)新能力的發(fā)展.

2.1.4 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

(1)通過自然現(xiàn)象和生活現(xiàn)象的分析,既促進學(xué)生體驗物理與生活的關(guān)系,又促進其拓展思維的深度和廣度.

(2)通過課后延伸中利用生活中的常見物品自制科里奧利力演示儀,促進學(xué)生團隊意識和協(xié)作能力的提升,通過視頻錄制講解融入師范技能培養(yǎng),促進學(xué)生職業(yè)生涯規(guī)劃.

(3)通過課后延伸中對我國高鐵超級工程的調(diào)研,引導(dǎo)學(xué)生了解世情國情,堅定“四個自信”.

(4)貫徹“以學(xué)生為中心”的理念,在課堂延伸中設(shè)計了“必選”和“可選”任務(wù),學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和特長選擇完成相關(guān)任務(wù),促進學(xué)生不斷走向自律、自信和自強.

2.2 教學(xué)過程

2.2.1 課程導(dǎo)入

(1)多媒體呈現(xiàn)亞馬遜河、黃河的圖片

設(shè)計意圖:通過以圖片判斷世界著名河流的問題開啟新知.對于河流學(xué)生主要是依據(jù)河水顏色或者是中學(xué)地理中對相關(guān)河流的記憶做出判斷,鑒于此,教師追問,“是否還有別的方法?”此時教師啟發(fā)學(xué)生關(guān)注圖中兩側(cè)河岸的差異及水流方向,提示以此可判斷出兩幅圖中的河流分別位于南、北半球.接著追問,“生活中,你觀察到的旋渦是順時針還是逆時針?以“問+導(dǎo)”結(jié)合方式引出新知,既激發(fā)好奇,又促進學(xué)生拓展思維的深度和廣度.

(2)播放“旋轉(zhuǎn)木馬”上拋、接球的視頻

設(shè)計意圖:教師首先由地球在轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)木馬在轉(zhuǎn),啟發(fā)學(xué)生的類比思維;接著引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注,“如何拋?如何接?為什么?改變方向?qū)⑷绾?”此設(shè)計,既幫助學(xué)生構(gòu)建起科里奧利力存在的物理模型,同時幫助學(xué)生構(gòu)建科學(xué)的物理思維.

2.2.2 主體內(nèi)容

(1)科里奧利力定義

基于運動學(xué)中推導(dǎo)出的慣性系中的加速度表達式

mω2r′+2ω×v′

變換出轉(zhuǎn)動參照系(非慣性系)中動力學(xué)方程的一般表達式

mω2r′-2mω×v′

提取出科里奧利力的定義式FC=-2mω×v′,分析出其本質(zhì)亦屬慣性力,其存在的條件為參照系轉(zhuǎn)動以及物體相對參照系的運動(二者缺一不可).

(2)地球轉(zhuǎn)動參照系

在地球轉(zhuǎn)動參照系上建立固著于地表的坐標(biāo)系,如圖1所示,其單位矢量i′、j′、k′依次水平向南、水平向東和豎直向上,用λ表示緯度,則地球自轉(zhuǎn)角速度的坐標(biāo)投影式為

圖1 地表坐標(biāo)系

ω=-ωcosλi′+ωsinλk′

(3)科里奧利力對平行地表運動的影響

首先,教師示范、引導(dǎo)學(xué)生計算北半球自北向南平行地表運動物體受到的科里奧利力為

-2mv′ωsinλj′

其次,計算北半球自西向東平行地表運動的物體受到的科里奧利力為

2mv′(ωsinλi′+ωcosλk′)

接著,師生分析、歸納、推理出結(jié)論:北半球平行地表運動的物體受到的科里奧利力的水平分量總是指向速度方向的右側(cè).

然后,教師“引疑”:南半球的情況如何?學(xué)生計算、推理南半球自南向北(其他方向亦可)平行地表運動物體受到的科里奧利力為

2mv′ωsinλj′

以及自東向西(其他方向亦可)平行地表運動物體受到的科里奧利力為

2mv′(ωsinλi′-ωcosλk′)

最后,師生共同推理出結(jié)論:南半球平行地表運動的物體受到的科里奧利力的水平分量總是指向速度方向的左側(cè).

課程思政點:一是,由運動學(xué)表達式到動力學(xué)表達式,雖然只是進行了簡單的數(shù)學(xué)變換,但若沒有前面運動學(xué)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí),“這簡單的一步”也是無法實現(xiàn)的,這是唯物辯證法中量的積累引起質(zhì)的飛躍的一種表現(xiàn)形式.“不積跬步無以至千里,不積小流無以成江?！?引導(dǎo)學(xué)生無論在學(xué)習(xí)中,還是在生活中,還是在今后的工作中,都要認真完成好每一個階段的任務(wù),履行好每一個階段的責(zé)任,才能“行穩(wěn)致遠”.二是,在推導(dǎo)和推理中,既鍛煉了學(xué)生的科學(xué)思維,又讓學(xué)生體驗了物理學(xué)和數(shù)學(xué)的學(xué)科交叉融合.

2.2.3 “學(xué)以致用”

(1)河岸的沖刷、旋轉(zhuǎn)木馬上拋接球(設(shè)計意圖:與新課引入形成呼應(yīng),“滴灌”師范技能).

(2)軌道的磨損(設(shè)計意圖:融入制度自信、文化自信等思政元素).

有了“河岸沖刷”的分析經(jīng)驗,學(xué)生已然能合理、正確分析出軌道磨損相關(guān)物理規(guī)律.因此,此處的教學(xué)設(shè)計重點是思政元素的融入.具體設(shè)計為:首先,由教師播放2021年12月3日,中老鐵路通車及通車以來推動“一帶一路”經(jīng)濟發(fā)展的相關(guān)視頻,在潛移默化中幫助學(xué)生形成關(guān)注世情國情的自覺,習(xí)得社會責(zé)任意識.其次,以課堂互動方式介紹中國承建的海外高鐵項目(如土耳其 “安伊高鐵”、印度尼西亞“雅萬高鐵”、中泰鐵路、莫斯科-喀山高鐵等).接著,以課堂互動方式由學(xué)生講出他認為的我國高鐵能實現(xiàn)從無到有、從走得了到走得好、從追趕到領(lǐng)跑,直至“中國正前所未有地走近世界舞臺的中央”的躍變的原因.最后,師生總結(jié):集中力量辦大事的中國特色社會主義制度,中華民族勤勞、勇敢的創(chuàng)新精神.

(3)貿(mào)易風(fēng)(信風(fēng))(設(shè)計意圖:涵養(yǎng)學(xué)科的交叉融合意識,提升科學(xué)素養(yǎng)).

2.2.4 課堂延伸

(1)(必選)分析高中地理課程中的“地轉(zhuǎn)偏向力”與“科里奧利力”的關(guān)系.

要求:以小組為單位,查閱資料,集體討論,制作PPT,做好匯報準(zhǔn)備.

設(shè)計意圖:融合學(xué)科知識的習(xí)得和能力的培養(yǎng)(學(xué)科交叉融合能力、 團隊交流協(xié)作能力、師范技能的協(xié)同培養(yǎng)).

(2)(必選)科里奧利力是否會對垂直地表的運動產(chǎn)生影響?如果會,在南北半球的影響是否一致?對豎直向上和豎直向下的運動影響是否相同?

要求:以個人為單位,進行邏輯分析和推理計算,并將學(xué)習(xí)中的困難和問題發(fā)在學(xué)習(xí)通討論區(qū),或就其他同學(xué)的問題發(fā)表自己的分析和見解.

設(shè)計意圖:科學(xué)思維、鉆研精神、溝通和表達能力的培養(yǎng).

(3)(可選加分)查閱資料調(diào)研我國高鐵超級工程的發(fā)展.

要求:填寫資料卡.

設(shè)計意圖:主動學(xué)習(xí)和自我約束能力的培養(yǎng);民族自信心和自豪感的涵養(yǎng).

(4)(可選加分)自制科里奧利力演示儀.

要求:自行組建團隊,設(shè)計、制作科里奧利力演示儀,并錄制講解視頻.

設(shè)計意圖:創(chuàng)新能力、實踐鉆研精神、團隊協(xié)作能力、職業(yè)規(guī)劃能力的培養(yǎng).

3 教學(xué)反思

科里奧利力是學(xué)生新接觸到的一種慣性力,鑒于此,本課采用圖片和視頻導(dǎo)入新課,既體現(xiàn)物理與生活密切聯(lián)系,又激發(fā)學(xué)生的興趣;在計算推理環(huán)節(jié),重視學(xué)生科學(xué)思維和學(xué)科交叉融合意識的點撥;在“學(xué)以致用”環(huán)節(jié),兼顧師范技能的培養(yǎng)、“四個自信”的滴灌、學(xué)科交叉融合意識的涵養(yǎng)及了解世情國情意識的培養(yǎng);在課堂延伸環(huán)節(jié),以“必選”和“可選”相結(jié)合的方式,貫徹“以學(xué)生為中心”的教育教學(xué)理念,相關(guān)任務(wù)的完成,兼顧學(xué)科交叉融合能力、團隊協(xié)作能力、科學(xué)思維、創(chuàng)新精神等能力和思想意識的培養(yǎng).

從整體上看,“科里奧利力”這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施,緊扣師范專業(yè)認證要求,注重落實專業(yè)教育與教師教育的融合,同時貫徹落實了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》相關(guān)要求.在教學(xué)設(shè)計和實施各環(huán)節(jié)注重將“鑄魂育人”潛移默化在專業(yè)教育中,共同促成學(xué)生“一踐行三學(xué)會”能力的達成,力求使物理與課程思政相互促進,相向而行.