課程思政融入大學(xué)物理課程之冬奧篇*

陳偉麗 劉艷麗 慕利娟 牛金艷 劉 佳

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)理學(xué)院 內(nèi)蒙古 包頭 014010)

盡管2022年北京冬奧會已過去幾個月,但各運動員矯健的身姿、拼搏的勇氣已深植我心.奧運會是集體育精神、民族精神和國際主義精神于一體的世界級運動盛會.奧運賽場上,奧運健兒揮灑的汗水更是為國爭光、為國而戰(zhàn).在每個成功的背后更是無數(shù)辛苦的付出.這種精神正是當(dāng)代每個大學(xué)生應(yīng)該具備的.這也正符合當(dāng)下課程思政的精神.普羅塔戈說過:“頭腦不是一個被填滿的容器,而是一個需要被點燃的火把.”學(xué)生不僅需要知識食糧,還需要精神食糧.每個奧運項目的進行均含有物理原理,而這些恰好將物理原理所蘊含的人生哲理具體地展現(xiàn),可達(dá)到潤物無聲的效果,從而激發(fā)學(xué)生的拼搏精神和愛國情懷.奧運精神的融入可在大學(xué)物理課堂上注入新活力,從而達(dá)到激發(fā)學(xué)習(xí)熱情及興趣,提高教學(xué)效果的目的.

1 課程思政建設(shè)的總體思想

2016年12月,習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上明確提出堅持把“立德樹人”作為中心環(huán)節(jié)[1],并強調(diào)深入貫徹高等院校思想政治教學(xué)理念,要實現(xiàn)“價值引領(lǐng)”與“知識傳授”兩者有機結(jié)合,用好課堂教學(xué)的這一主渠道,各類學(xué)科與思想政治理論課同向同行,形成協(xié)同效應(yīng),達(dá)到思想政治教育潤物無聲、無心插柳、春風(fēng)化雨、入腦入心的教學(xué)效果.教育引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識世界和中國發(fā)展大勢,正確認(rèn)識遠(yuǎn)大抱負(fù)和腳踏實地間的關(guān)聯(lián),讓學(xué)生成為德才兼?zhèn)洹⑷姘l(fā)展的人才.為全面推進高校課程思政建設(shè),深入貫徹落實習(xí)近平總書記關(guān)于教育的重要論述和全國教育大會精神,落實立德樹人根本任務(wù),教育部印發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》[2].綱要中提出,課程思政建設(shè)要在課堂教學(xué)中真正落地落實,要把課程思政融入課堂教學(xué)建設(shè)的全過程.專業(yè)課程是課程思政建設(shè)的基本載體[3],而作為公共基礎(chǔ)課的大學(xué)物理是工科院校面向廣大學(xué)生開設(shè)的一門通識性的必修課程,它具有其他課程不可替代的育人功能和優(yōu)勢[4].它在全面推進課程思政建設(shè)中應(yīng)起到積極引領(lǐng)的作用.

2 探索思政元素在大學(xué)物理課程建設(shè)中實施的途徑

物理學(xué)是研究物質(zhì)、能量和它們相互作用的學(xué)科,是自然科學(xué)的基礎(chǔ),對人類未來的進步起著關(guān)鍵的作用,也是人類認(rèn)識自然、優(yōu)化自然并最終造福于人類的最有活力的帶頭學(xué)科[5].它是全球技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展的主要驅(qū)動力,也是其他學(xué)科和技術(shù)發(fā)展的直接或不可或缺的基礎(chǔ).它蘊含著豐富的科學(xué)思想、方法、態(tài)度和科學(xué)精神等德育元素[6].大學(xué)物理課程是高校工科專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程,具有廣泛的授課對象[7],因此思政教育元素與大學(xué)物理教育相互融合,是高校實行立德樹人理念的重要基礎(chǔ)。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和思政教學(xué)元素,課堂教學(xué)過程主要通過以下途徑進行:

(1)提高教師的思政意識及能力.教師的人格魅力是課程思政教育具有說服力的保證和關(guān)鍵,發(fā)揮理工科教師所具有的以“科學(xué)化”“數(shù)量化”及“指標(biāo)化”為特征的自然科學(xué)邏輯,并將其運用到課程思政建設(shè)中去[8].

(2)制定合理的教學(xué)大綱、授課學(xué)時及教學(xué)方法,確保思政元素與大學(xué)物理教學(xué)順利進行.

(3)制定詳細(xì)的教案,找準(zhǔn)切入點,挖掘與學(xué)生專業(yè)相關(guān)的素材,與物理內(nèi)容相關(guān)的素材.科學(xué)家、奧運健兒、國家建設(shè)等一切可以激發(fā)學(xué)生興趣的元素,完善思政元素庫.

(4)精心設(shè)計教學(xué)過程,與學(xué)生們產(chǎn)生共鳴,循序漸進,與學(xué)生建立“四同”育人模式[9],讓思想政治教育潤物無聲地融入每堂課中.

總之,抓住一切可進行思政教育的機會.研究并學(xué)習(xí)相關(guān)案例[10-11],結(jié)合本校學(xué)生特點及教學(xué)內(nèi)容,精心地進行教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計,避免“填鴨式”“灌輸式”的課程思政[12],使思政教育達(dá)到春風(fēng)化雨、入心入腦的目的.能幫助學(xué)生建立正確的世界觀、科學(xué)觀,傳播辯證唯物主義思想,弘揚社會主義核心價值觀,培養(yǎng)高素質(zhì)的中國特色社會主義建設(shè)者和接班人.同時,結(jié)合民族地區(qū)大學(xué)物理教育的特點[13-14],在工科院校大學(xué)物理與課程思政教育融合過程中重在培養(yǎng)學(xué)生的民族自信心和正確的科學(xué)價值觀,激發(fā)愛國主義情懷.

3 冬奧背景下思政元素融入大學(xué)物理課程的教學(xué)設(shè)計

何克抗教授認(rèn)為教學(xué)設(shè)計主要是運用系統(tǒng)方法,將學(xué)習(xí)理論與教學(xué)理論的原理轉(zhuǎn)換成對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)策略及教學(xué)評價等環(huán)節(jié)進行具體計劃[15].可見,為了實現(xiàn)課程思政,就要對上述環(huán)節(jié)進行詳實計劃.這里以融合奧運元素于剛體轉(zhuǎn)動內(nèi)容中的角動量及角動量守恒定律為例.以下是教案設(shè)計.

課程目標(biāo)：理解并掌握角動量的概念及角動量守恒定律,并分析計算物理及工程中的相關(guān)問題.

思政目標(biāo)：通過科學(xué)家、奧運健兒及國家建設(shè)等先進事例學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生積極的人生態(tài)度,提高學(xué)生的抗挫抗壓能力,勇于挑戰(zhàn)自我、創(chuàng)新發(fā)展;增強學(xué)生中國特色社會主義道路自信和民族自豪感,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和偉大的愛國熱情.

教學(xué)內(nèi)容：通過質(zhì)點在平面內(nèi)運動和剛體繞定軸轉(zhuǎn)動情況,理解角動量守恒定律及其適用條件,能運用角動量守恒定律分析、計算相關(guān)問題(重點、難點).

教學(xué)方法：板書及多媒體教學(xué),線上線下考核三位一體.

教學(xué)評價：通過上課問答及小測試進行教學(xué)效果考核.

具體教學(xué)過程設(shè)計：

預(yù)習(xí)內(nèi)容：(1)開普勒的行星運動定律與角動量的聯(lián)系;(2)運動健兒在自由滑雪空中技巧和跳板跳水過程中手臂揮動與物理原理的關(guān)系.

溫故知新：回顧剛體的轉(zhuǎn)動慣量與轉(zhuǎn)動定律,并請學(xué)生們分析剛體的轉(zhuǎn)動慣量與其轉(zhuǎn)動的角速度是否有關(guān),并舉例說明.引出冬奧會上自由滑雪過程中運動健兒手臂在揮動過程中所運用的物理知識的問題.

教學(xué)內(nèi)容1：回顧預(yù)習(xí)內(nèi)容——開普勒的行星運動定律的內(nèi)容,引出角動量概念.

思政內(nèi)容1：科學(xué)家開普勒簡介.開普勒,德國著名的天文學(xué)家,出身貧民家庭,從小聰明好學(xué),16歲之后進入蒂賓根讀書,信奉哥白尼的日心說,進入大學(xué)表現(xiàn)對數(shù)學(xué)和天文的熱愛,畢業(yè)后仍未停止對天體運動的研究,經(jīng)過長期復(fù)雜的運算發(fā)現(xiàn)天體運動規(guī)律.開普勒于1619年在《宇宙和諧論》中發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn),這就是冠以其名字的開普勒定律.他不僅在天文學(xué)上作出了杰出貢獻(xiàn),在光學(xué)方面也有很大成就,比如視網(wǎng)膜的作用、開普勒望遠(yuǎn)鏡及《慧星論》等等,均體現(xiàn)了在科學(xué)思想上表現(xiàn)出無比勇敢的創(chuàng)造精神.

目的:滲透給學(xué)生一種學(xué)習(xí)理念,學(xué)習(xí)不是一蹴而就的,堅持就是勝利;培養(yǎng)其科學(xué)精神,引導(dǎo)學(xué)生樹立科技報國的遠(yuǎn)大理想;在未來的工作和學(xué)習(xí)中發(fā)憤圖強,勇?lián)?dāng)、敢作為,實現(xiàn)人生理想和價值.

由多普勒的行星第二定律引出角動量概念,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

L=r×mv

(1)

式(1)中L為角動量,r為質(zhì)點對參考點的位置矢量,質(zhì)點的位置相對參考點才有意義.

思政內(nèi)容2：就像我們聽黨指揮,永遠(yuǎn)跟黨走一樣,心中充滿共產(chǎn)主義信念.

教學(xué)內(nèi)容2：質(zhì)點繞參考點的角動量定理及角動量守恒定律.

質(zhì)點的動量定理

用質(zhì)點相對參考點的位置矢量r同時叉乘上式兩邊,計算可得質(zhì)點相對于參考點的角動量定理

(2)

其中,M是質(zhì)點繞同一參考點的力矩.則質(zhì)點繞參考點轉(zhuǎn)動一段時間Δt=t2-t1,對時間積分有

(3)

由式(3)知,當(dāng)力矩為零時,質(zhì)點相對于某一參考點的角動量守恒,即

L=r×mv=常矢量

(4)

這就是質(zhì)點繞參考點轉(zhuǎn)動的角動量守恒定律.

舉例1：計算登月飛船在登月過程中需要的燃料質(zhì)量(見馬文蔚等改編的《物理學(xué)》第6版).

思政內(nèi)容3：多媒體展示登月過程.并簡要介紹飛船的發(fā)展歷程.

目的：通過介紹飛船的發(fā)展歷程來了解我國經(jīng)過幾代人的艱苦努力,實現(xiàn)飛船從無到有的過程,中國火箭運載能力大幅提升.這樣自然融入思政元素,不僅加深了學(xué)生對課堂教授內(nèi)容的掌握程度,而且還激發(fā)了學(xué)生的民族自豪感和愛國熱情,增強了民族自信心,很好地體現(xiàn)了課程思政教育的效果.

教學(xué)內(nèi)容3：剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的角動量定理和角動量守恒定律.

將剛體看成由質(zhì)點間距離保持不變的質(zhì)點系,則當(dāng)剛體繞z軸做定軸轉(zhuǎn)動時,質(zhì)點對軸的角動量看作對點的角動量在z軸上的投影,將所有質(zhì)點對z軸的角動量求和即為剛體繞z軸的角動量

Lz=Jzωz

(6)

由于三者均選同一個軸,因此下角標(biāo)可省略不寫.

思政內(nèi)容4：引申萬眾一心,團隊合作的精神.

目的：體現(xiàn)眾人劃槳開大船,團結(jié)就是力量,增強學(xué)生大局意識、協(xié)作精神和服務(wù)精神.

同理,根據(jù)式(3)可得到,剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的角動量定理的微分式和積分式,分別為

(7)

(8)

這里注意,內(nèi)力矩之和為零,M為外力矩之和.

由式(8)可知,當(dāng)合外力矩為零時,剛體的角動量守恒,可得

Jω=常矢量

(9)

這就是剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量守恒定律.

舉例2：冬奧會項目之一——自由滑雪空中技巧項目,運動員在空中揮動手臂過程中的物理原理有哪些?

思政內(nèi)容5：(1)引入自由式滑雪空中技巧小知識.比賽場地分為4個區(qū)域,助滑區(qū)(70°)、跳臺區(qū)、著陸區(qū)(37°)、停止區(qū).跳臺分為一周臺(空翻一周)、兩周臺(空翻兩周)、三周臺(空翻三周).對運動員來說,要有非常好的平衡能力和空中控制能力,追求穩(wěn)、難、準(zhǔn)、美四位一體的結(jié)合.(2)通過視頻展示徐夢桃北京冬奧會上自由滑雪空中技巧獲得金牌的比賽過程,并簡單介紹運動健兒徐夢桃的成長歷程——徐夢桃4歲時開始練習(xí)體操,肯吃苦,悟性高.12歲的她初露鋒芒,在遼寧省運會中取得了3金2銀1銅的成績.同年,進入沈陽體育學(xué)院開始自由式滑雪項目的訓(xùn)練.從韌帶斷裂到27個世界杯冠軍,經(jīng)過各大賽的洗禮和淬煉,成為自由式滑雪空中技巧歷史第一人.她是奧運會的四朝元老,通過堅持不懈的刻苦訓(xùn)練,在技術(shù)和心態(tài)等各方面都達(dá)到了最佳狀態(tài),在2022年冬奧會上終以108.6的高分摘得了她夢寐以求的冬奧會金牌,獲得她第28個世界冠軍.(3)將徐夢桃在北京冬奧會上自由式滑雪空中技巧的比賽過程制作成翻書動圖,簡圖如圖1所示.

圖1 自由式滑雪空中技巧動作簡圖

目的：通過小知識介紹擴大學(xué)生的知識面,增加學(xué)生興趣,通過運動健兒的介紹增加民族自豪感.通過制作這組動圖,想象空中手臂收縮和揮動的過程,回答該題目中轉(zhuǎn)動慣量和質(zhì)量分布的關(guān)系,當(dāng)轉(zhuǎn)動慣量發(fā)生改變時,其轉(zhuǎn)動的角速度也發(fā)生改變.

通過沉浸式教學(xué)幫助學(xué)生確立正確的“三觀”,培養(yǎng)實踐精神、審美情趣和心理品質(zhì),啟發(fā)學(xué)生不畏失敗、努力拼搏才是取得成功的關(guān)鍵.

為加深轉(zhuǎn)動慣量與質(zhì)量分布及角動量守恒內(nèi)容的印象,可以再增加實例.

舉例3：2022年北京冬奧會上,隋文靜和韓聰參加了花樣滑冰雙人滑自由滑決賽,為中國代表團摘得了第9枚金牌.隋文靜做點冰跳簡圖如圖2所示,在旋轉(zhuǎn)時手臂由伸直到抱臂再到伸直的過程中,相對于質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量及角速度是否發(fā)生改變?角動量是否守恒?

圖2 點冰跳競賽過程中動作簡圖

思政內(nèi)容6：(1) 引入花樣滑冰小知識.花樣滑冰是運動員通過冰刀在冰面上劃出圖形,并表演跳躍、旋轉(zhuǎn)等高難度動作.花樣滑冰的裁判會按照動作的質(zhì)量與藝術(shù)性表現(xiàn)進行綜合評分,最高為6分.(2)通過視頻展示隋文靜和韓聰獲得金牌的比賽過程.并簡單介紹二人傷痛面前不離不棄,相互扶持,共同拼搏的精神.二人通過不懈的努力,終于獲得花樣滑冰大滿貫.

目的：通過隋文靜及韓聰事例的介紹,體現(xiàn)“苦心人,天不負(fù)”的意境.激勵學(xué)生們刻苦學(xué)習(xí)文化知識,不畏懼艱難險阻,堅強勇敢,在成功中收獲經(jīng)驗,在失敗中汲取教訓(xùn),相互鼓勵,努力向前,堅忍不拔的精神.同時講解該例的答案.

思政內(nèi)容7：此外也可以引申到冬奧會周邊介紹,比如傳統(tǒng)文化的展現(xiàn)、現(xiàn)代科技中機器人的應(yīng)用.

目的：通過事例介紹增進學(xué)生民族文化的認(rèn)同感,國家實力提升的自豪感,促使其樹立民族自信與文化自信.將“科技興則民族興、科技強則國家強”這一思想扎根于學(xué)生的靈魂深處,培養(yǎng)學(xué)生追求真理、勇攀科學(xué)高峰的使命感與責(zé)任感.

4 結(jié)束語

本文以冬奧會成功舉辦為契機,探討工科院校思政元素與大學(xué)物理教學(xué)相融合,貫徹執(zhí)行習(xí)近平總書記對中國高校思想政治工作指示的精神.在教學(xué)實踐的過程中,既注重知識傳授,又要培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的熱愛追求,既要培養(yǎng)學(xué)生熱愛祖國,又熱衷于創(chuàng)新求變;既要具有不畏艱險、勇于獻(xiàn)身的精神,又追求團隊精神,為實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興貢獻(xiàn)自己的一份光和熱.本文雖只舉例說明角動量守恒與奧運元素的相關(guān)性,但質(zhì)點運動學(xué)和質(zhì)點動力學(xué)的內(nèi)容也與奧運元素存在大量的切入點,這將在后續(xù)的教學(xué)中進行探討.

致謝

感謝彭可歆為本文繪制的圖片.