聚焦實(shí)戰(zhàn)化需求的大學(xué)物理資源庫建設(shè)

摘 要 本文聚焦實(shí)戰(zhàn)化需求建設(shè)大學(xué)物理軍事資源庫，為課程實(shí)現(xiàn)“面向戰(zhàn)場、面向部隊(duì)、面向未來”提供軍事素材。本文提出建設(shè)“章節(jié)對應(yīng)”的大學(xué)物理軍事資源庫，明確建設(shè)資源庫遵循的原則、組成元素及來源;以力學(xué)模塊為例通過表格介紹章節(jié)對應(yīng)的21個(gè)軍事應(yīng)用實(shí)例，以“角動量與角動量守恒定律”為例選擇典型實(shí)例前倒訓(xùn)練、膛線作用、慣性制導(dǎo)著重分析。實(shí)踐表明，資源庫建設(shè)有助于提高課堂教學(xué)質(zhì)量、學(xué)員軍事素養(yǎng)，體現(xiàn)課程向部隊(duì)靠攏、向?qū)崙?zhàn)聚焦。

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理;資源庫;實(shí)戰(zhàn)化;章節(jié)對應(yīng)

“大學(xué)物理”是軍?？茖W(xué)文化模塊的必修課程，開設(shè)于二三學(xué)期，共132學(xué)時(shí)，對學(xué)員影響較大。在課程伊始，學(xué)員普遍認(rèn)為課程不重要，與軍事脫節(jié)，因此軍隊(duì)院校必須瞄準(zhǔn)新時(shí)期軍事人才66培養(yǎng)目標(biāo)，以突出崗位實(shí)戰(zhàn)化需求為抓手進(jìn)行課程改革。本文以武警院校為例，學(xué)員畢業(yè)后要求能夠完成指揮執(zhí)勤、處置突發(fā)社會安全事件、搶險(xiǎn)救援等多樣化任務(wù)，會組織軍事訓(xùn)練，掌握相關(guān)武器裝備實(shí)際應(yīng)用技能。由此，本文按照培養(yǎng)目標(biāo)挖掘軍事裝備、軍事訓(xùn)練、科技前沿等中蘊(yùn)含的物理原理，建立知識點(diǎn)和軍事應(yīng)用實(shí)例對應(yīng)的資源庫[1]。經(jīng)過幾輪的教學(xué)實(shí)踐，這種將案例引入課堂的教學(xué)模式，拉近了課堂與實(shí)戰(zhàn)實(shí)訓(xùn)之間的距離，不僅可以讓學(xué)員充分認(rèn)識到大學(xué)物理知識的重要性，為后續(xù)軍事課程提供理論支撐，還可以提前對接部隊(duì)、了解戰(zhàn)場，在實(shí)現(xiàn)為戰(zhàn)育人的教學(xué)目標(biāo)中發(fā)揮基礎(chǔ)物理培養(yǎng)戰(zhàn)斗力的重要作用。

1 聚焦實(shí)戰(zhàn)化需求建設(shè)大學(xué)物理資源庫的必要性

2019年5月21日，習(xí)主席在視察陸軍步兵學(xué)院時(shí)指出，軍隊(duì)院校因打仗而生、為打仗而建，必須圍繞實(shí)戰(zhàn)搞教學(xué)、著眼打贏育人才[2]。2019年11月27 日，在全軍院校長集訓(xùn)開班式會議上，習(xí)主席提出了立德樹人、為戰(zhàn)育人的新時(shí)代軍事教育方針。2022年黨的二十大報(bào)告指出，要深化軍隊(duì)院校改革，建強(qiáng)新型軍事人才培養(yǎng)體系，創(chuàng)新軍事人力資源管理[3]?！缎聲r(shí)代軍事教育方針》《軍隊(duì)院校教育條例》等一系列文件賦予院校教育新的時(shí)代內(nèi)涵，揭示了“訓(xùn)戰(zhàn)一致，教戰(zhàn)一致”，要求傳統(tǒng)理論課程在傳授基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，融入軍事特色，向?qū)崙?zhàn)聚焦、向部隊(duì)靠攏。

物理學(xué)是研究物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)、基本運(yùn)動形式、相互作用及其轉(zhuǎn)化規(guī)律的自然科學(xué)，是其他自然科學(xué)與工程技術(shù)的基礎(chǔ)。物理理論滲透在武器裝備、軍事訓(xùn)練各個(gè)方面，在軍事技術(shù)和軍事人才培養(yǎng)方面具有天然的優(yōu)勢。因此筆者學(xué)校的大學(xué)物理課程聚焦實(shí)戰(zhàn)，以提高崗位任職能力為目標(biāo)，在遵循大學(xué)物理課程教學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上[4]，從軍事應(yīng)用資源、軍事應(yīng)用例題、物理思想、物理學(xué)家故事等多維度著手建立大學(xué)物理資源庫，將物理知識直接或間接和軍事結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)員研戰(zhàn)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力，提高課程的“四性一度”———鑄魂性、為戰(zhàn)性、高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，體現(xiàn)課程服務(wù)部隊(duì)的本質(zhì)，以適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展需求。

2 資源庫設(shè)計(jì)方案

2.1 資源庫設(shè)計(jì)原則

（1） 全面性原則。資源庫建設(shè)結(jié)合顯性應(yīng)用和隱性應(yīng)用，包含軍事應(yīng)用和軍事思想。資源庫建設(shè)確保全面覆蓋，內(nèi)容上按力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、振動與波、光學(xué)、近代物理六大模塊分別建設(shè)，具體涵蓋物理學(xué)史、軍事訓(xùn)練、科技前沿等全方位。其中軍事應(yīng)用實(shí)例全程覆蓋，確保每節(jié)都有;課程思政自然融入，確保每章都有。

（2） 實(shí)戰(zhàn)性原則。緊貼實(shí)戰(zhàn)化需求的大學(xué)物理資源庫首先應(yīng)具有軍事特色性[5]，包含武器裝備原理、使命任務(wù)特色、高新技術(shù)手段等實(shí)例，突出“軍味”性;其次應(yīng)適應(yīng)武警部隊(duì)指揮警官崗位要求，包含抗洪搶險(xiǎn)、抗震救災(zāi)、站崗執(zhí)勤、防衛(wèi)作戰(zhàn)、軍事訓(xùn)練等實(shí)例，突出實(shí)用性。

（3） 合理性原則。資源庫目的是輔助教學(xué)，內(nèi)容應(yīng)具有合理性，而不能一味追求先進(jìn)、追求新科技。編寫過程應(yīng)結(jié)合學(xué)情分析及教學(xué)目標(biāo)，側(cè)重軍事應(yīng)用實(shí)例與知識點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系[6]，側(cè)重在掌握物理基本概念、基本理論、基本方法的基礎(chǔ)上解決相關(guān)物理問題。

（4） 規(guī)范性原則。資源庫的建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)具有規(guī)范模板，形成統(tǒng)一格式，必備要素包含資源背景、題目、知識點(diǎn)、解答及思考，體現(xiàn)資源庫與物理知識對應(yīng)的系統(tǒng)性。

2.2 資源庫的組成

（1） 定量軍事應(yīng)用習(xí)題。甄選可定量分析的軍事應(yīng)用資源，增加習(xí)題軍事應(yīng)用背景。設(shè)置場景整編實(shí)例或?qū)δ壳耙延辛?xí)題進(jìn)行軍事特色改造，要求抓住主要矛盾建立物理模型，用物理語言和基本數(shù)學(xué)方法進(jìn)行描述，形成軍事特色習(xí)題集。

（2） 定性軍事應(yīng)用實(shí)例。篩選整合軍隊(duì)裝備、軍事訓(xùn)練中包含的物理原理進(jìn)行資源集編寫，編寫時(shí)側(cè)重突出物理知識點(diǎn)與軍事應(yīng)用實(shí)例的對應(yīng)關(guān)系。

（3） 課程思政實(shí)例。挖掘物理思想方法，收集物理學(xué)家故事，編寫軍事思政資源。編寫過程中注重物理思維，培養(yǎng)探索未知、追求真理的科學(xué)精神;注重歷史人文，培養(yǎng)熱愛祖國、文化自信的家國情懷[7];注重軍事應(yīng)用，培養(yǎng)科學(xué)指揮的責(zé)任感和使命感。在教學(xué)過程中潤物無聲地將課程思政融入各個(gè)環(huán)節(jié)中。

2.3 資源庫的來源

（1） 已有軍事類題目整理匯總。針對目前已有的教材例題和課后習(xí)題，選出有軍事應(yīng)用背景的題目，按章節(jié)歸類建庫。

（2） 已有題目軍事化改造。對已有題目增加軍事應(yīng)用背景進(jìn)行軍事特色改造，設(shè)置軍事問題。

（3） 自編軍事應(yīng)用實(shí)例。整合軍隊(duì)裝備、軍事訓(xùn)練中包含的物理原理進(jìn)行資源集編寫。

3 軍事資源庫的建設(shè)———以力學(xué)為例

大學(xué)物理資源庫建設(shè)要堅(jiān)持“以學(xué)員發(fā)展為中心”[8]，緊貼教學(xué)需求，全程落實(shí)軍事應(yīng)用實(shí)例，確保每一節(jié)課都有資源。以力學(xué)模塊為例，必講內(nèi)容共5章21節(jié)，則需按節(jié)建設(shè)至少21個(gè)實(shí)例。自然融入課程思政，確保每章都有思政元素。具體見表1力學(xué)模塊軍事資源庫。

4 典型軍事資源實(shí)例分析

以第五章第四節(jié)《角動量與角動量守恒定律》為例，選取典型實(shí)例進(jìn)行資源實(shí)例分析。

4.1 定量軍事應(yīng)用———前倒訓(xùn)練

【背景】 倒功（含前倒、后倒、側(cè)倒等）是變被動為主動的功法，在維穩(wěn)反恐等任務(wù)中可用于攻擊歹徒和防止摔傷。通過練習(xí)可增強(qiáng)防摔傷能力，培養(yǎng)意志。前倒是倒功的基礎(chǔ)，通常學(xué)員通過模仿、反復(fù)練習(xí)提高標(biāo)準(zhǔn)，物理教學(xué)搭建理論知識和訓(xùn)練項(xiàng)目的橋梁，拉近課堂教學(xué)與日常訓(xùn)練的關(guān)系，使學(xué)員認(rèn)同軍事訓(xùn)練不僅要苦練，更要科學(xué)地“巧練”，培養(yǎng)科學(xué)訓(xùn)練素養(yǎng)。

【題目】 質(zhì)量為m ，身高為h 的學(xué)員，前倒訓(xùn)練中應(yīng)通過什么要領(lǐng)增強(qiáng)倒地時(shí)自我保護(hù)能力。求：（1）人與水平地面成α 角時(shí)的角速度ω;（2）接觸地面瞬間地面對手臂的平均作用力N 。

【知識點(diǎn)】 剛體定軸轉(zhuǎn)動定律、角動量定理。

【解答】 建立理想模型，人可以看成質(zhì)量均勻分布的剛體桿。前倒過程可看成剛體繞端點(diǎn)所在軸從豎直靜止位置開始做定軸轉(zhuǎn)動。

（1） 人與水平地面成α 角時(shí)的角速度ω，可用動能定理進(jìn)行計(jì)算。

A =Ek2 -Ek1

如圖1所示，人受到重力和地面對腳的作用力，在前倒過程中只有重力做功，當(dāng)人與水平地面成α 角時(shí)滿足：

mg h／2（1-sinα）=1／2Jω2 -0

求解可得人與水平地面成α 角時(shí)的角速度ω：

如圖2所示，當(dāng)人接觸地面瞬間，受到重力、地面對腳的作用力和地面對肘部的作用力。相對于定軸有力矩的力有重力mg 和地面對肘部的作用力N （為了計(jì)算方便，設(shè)其豎直向上）。

約定前倒方向?yàn)檎较?，由于地面對手臂的支持力為變力，對時(shí)間積分可采用平均效果，得：

【思考】 前倒過程中如何增強(qiáng)自我保護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練傷預(yù)防？ 通過計(jì)算可知，對于個(gè)人而言，要減小力，應(yīng)增大α，同時(shí)延長Δt。增大夾角可通過大臂挺直，收腹抬頭;延長時(shí)間可通過屈肘外旋，主動拍地。與前倒動作要領(lǐng)呼應(yīng)?？梢娊⒗硐肽Ｐ涂梢詾橛?xùn)練起到指導(dǎo)作用，啟發(fā)學(xué)員學(xué)中思、學(xué)而用，將所學(xué)知識應(yīng)用于日常訓(xùn)練中，同時(shí)作為未來的指揮員，應(yīng)有科學(xué)指揮的責(zé)任感和使命感。

【拓展】 以上進(jìn)行了剛體均質(zhì)桿的理想模型建立。實(shí)際前倒過程與大臂、前臂、肩部以及它們之間的夾角也有關(guān)，此時(shí)用物理定理直接求解顯然很難，因而可以采用數(shù)學(xué)建模。如圖3所示，在計(jì)算軟件中輸入任意的身高、體重、夾角，可輔助計(jì)算肩部、肘部的受力情況，進(jìn)而在訓(xùn)練中給出更科學(xué)的指導(dǎo)。

設(shè)計(jì)目的：本題是在教材例題的基礎(chǔ)上結(jié)合訓(xùn)練實(shí)際設(shè)置的創(chuàng)新性題目，原例題為質(zhì)量為m 、身高為l 的勻質(zhì)細(xì)桿可繞水平光滑軸O 在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，若使桿從水平位置開始由靜止釋放，求桿轉(zhuǎn)至鉛直位置時(shí)的角速度。題目改編后從枯燥的物理題變成“有血有肉”的軍事應(yīng)用題，提高學(xué)員學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果明顯提升，增加了課程的高階性與挑戰(zhàn)性。

4.2 定性軍事應(yīng)用———膛線的作用

【背景】 高中物理中子彈通常被看作質(zhì)點(diǎn)，只受重力，因而做拋體運(yùn)動。大學(xué)物理牛頓運(yùn)動定律中分析子彈受力既要考慮重力，還要考慮空氣阻力，通過建立坐標(biāo)系定量分析，培養(yǎng)學(xué)員思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。在剛體定軸轉(zhuǎn)動中，學(xué)員意識到在描述子彈詳細(xì)運(yùn)動情況時(shí)，應(yīng)將其看作剛體模型。

【題目】 在射擊訓(xùn)練中，子彈在做什么運(yùn)動？子彈為什么要自旋？ 槍膛的膛線為什么是螺旋線？

【知識點(diǎn)】 剛體的角動量定理。

【解答】 子彈做什么運(yùn)動，取決于它所受的力。如果沒有自旋，子彈做什么運(yùn)動？ 如圖4所示，如果沒有自旋，子彈受重力和空氣阻力。在空氣阻力矩的作用下將會旋轉(zhuǎn)著前進(jìn)，擊中目標(biāo)時(shí)可能是彈頭或者彈尾先射中，因而射程近、彈道不規(guī)律、殺傷力弱。

子彈繞軸高速自旋，具有沿軸方向的角動量L，阻力力矩M ⊥L，由角動量定理可知dL 與M同向，則dL⊥L，意味著只改變方向，不改變大小，因而子彈旋進(jìn)運(yùn)動，即進(jìn)動。結(jié)合陀螺進(jìn)動演示，加強(qiáng)學(xué)員對子彈高速自旋穩(wěn)定前進(jìn)的理解[9]，因而子彈的自轉(zhuǎn)軸始終與彈道方向保持不太大的偏離，彈道穩(wěn)定、射程遠(yuǎn)、殺傷力強(qiáng)！

【思考】 如何實(shí)現(xiàn)子彈高速自旋？ 制造炮筒時(shí)，在其內(nèi)壁刻出螺旋線，圖5又稱來復(fù)線。當(dāng)子彈在火藥爆炸強(qiáng)力推出炮筒過程中，受熱變軟的炮彈外緣嵌入來復(fù)線，并繞其對稱軸高速自旋，此即膛線的作用。

設(shè)計(jì)目的：通過日常訓(xùn)練觀察現(xiàn)象，和已有知識進(jìn)行對比，提出用物理定理解決問題的方案，提高學(xué)員嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式，培養(yǎng)學(xué)員發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的實(shí)際能力。

4.3 課程思政實(shí)例———慣性制導(dǎo)

【背景】 陀螺回轉(zhuǎn)演示是大學(xué)物理必做演示項(xiàng)目，如圖6所示。由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，當(dāng)回旋儀繞自轉(zhuǎn)軸CC'高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，不論如何轉(zhuǎn)動支架，回轉(zhuǎn)體的軸向方向始終不變。啟發(fā)學(xué)員將該定向特性應(yīng)用于軍事中，學(xué)以致用，了解基礎(chǔ)學(xué)科在科技前沿中的重要作用。

【題目】 陀螺回旋儀的定向特性原理是什么？能否將該定向特性用在軍事中進(jìn)行自動導(dǎo)航呢？

【知識點(diǎn)】 剛體的角動量守恒。

【解答】 回旋儀受力相對于轉(zhuǎn)軸力矩為零，角動量守恒，LZ =Jω，因轉(zhuǎn)動慣量J 不變，ω 大小方向不變，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)軸方向不動。對于坦克等陸地戰(zhàn)車，將陀螺儀的高速轉(zhuǎn)軸放在確定方向（如南北），在戰(zhàn)車行駛過程中，無論車身如何運(yùn)動，均可參照轉(zhuǎn)軸方向確定車身方向。對于火箭、導(dǎo)彈等空中飛行器，通過安裝繞鉛直和水平軸高速轉(zhuǎn)動的兩個(gè)陀螺儀可確定飛行方向和姿態(tài)。方向確定后則可引導(dǎo)導(dǎo)彈飛向指定目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)慣性制導(dǎo)[10]，如圖7所示，現(xiàn)代的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、戰(zhàn)略導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭仍采用慣性制導(dǎo)。

【思考】 隨著技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出如衛(wèi)星導(dǎo)航、無線電導(dǎo)航等近代導(dǎo)航技術(shù)，但為何像核潛艇、彈道導(dǎo)彈等重要武器裝備仍然采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)呢？ 因?yàn)閼T性導(dǎo)航最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要與外70界有任何信息交換，是“自主式”導(dǎo)航儀，在實(shí)際作戰(zhàn)中非常重要。

設(shè)計(jì)目的：在演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容外延拓展，引導(dǎo)學(xué)員將所學(xué)知識和真實(shí)的戰(zhàn)場環(huán)境聯(lián)系，以便更好地適應(yīng)不同的現(xiàn)代化戰(zhàn)場環(huán)境，提高科技報(bào)國的學(xué)習(xí)熱情。

5 結(jié)語

建設(shè)資源庫的目的主要是服務(wù)教學(xué)，通過鮮活的實(shí)例，使課堂“活”起來，讓學(xué)員心服口服，真正意識到物理知識的重要性，提高學(xué)習(xí)科學(xué)文化課的積極性，為未來成為一名合格的軍人奠定科學(xué)基礎(chǔ)。因而我們要緊貼實(shí)戰(zhàn)化搞教學(xué)，將資源庫成果真正落實(shí)在教學(xué)的全過程中，培養(yǎng)“能打仗、打勝仗”的新型軍事人才。通過將軍事素材資源應(yīng)用于課堂教學(xué)、課后作業(yè)、學(xué)員創(chuàng)新培養(yǎng)中，讓學(xué)員在親身體驗(yàn)中提高興趣，明理悟道，真正感受到學(xué)物理“有趣、有譜、有用”。

參 考 文 獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目： 軍隊(duì)院校物理教育教學(xué)研究立項(xiàng)課題（2023JWL024）;武警警官學(xué)院科研課題（224L2112）;武警警官學(xué)院教學(xué)培育成果課題。