大學物理課程思政教學實踐
——以角動量守恒定律為例

李忠秀 李小毛 姚明印 王義華

（江西農業大學工學院 江西·南昌 330045）

2020年5月，教育部頒發了《高等學校課程思政建設指導綱要》，落實立德樹人根本任務，必須將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體、不可割裂。緊緊抓住教師隊伍“主力軍”、課程建設“主戰場”、課堂教學“主渠道”全面推進課程思政建設。本工作以該綱要為指導，基于大學物理這門學科基礎課，研討了大學物理課程思政教學的意義，力學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實踐，將自然規律和道德準則同時引入學生內心，促使學生精神成人、專業成才。

1 大學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容的大學物理公共課程，具有覆蓋面大、課堂學時多和基礎性強等特點，在人才培養體系中具有重要的地位和作用，大學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，是將價值引領融入知識傳授，傳播辯證唯物主義、弘揚愛國主義、培養科學精神、塑造高尚品格的有效平臺，是將自然規律和道德準則同時引入學生的內心，促使學生精神成人、專業成才的優良載體[1-3]。

物理學本身脫胎于哲學，研究對象大至宇宙，小至微觀粒子，包羅萬象，充滿了哲學思辨。與其他自然科學相比，物理學更著重于對物質世界普遍而基本的規律的追求。“根本固者，華實必茂；源流深者，光瀾必章”，中華優秀傳統文化，源遠流長、博大精深，物理學與傳統文化有著顯而易見的區別，又有著千絲萬縷的聯系，物理學研究在我國有著悠久的歷史，自先秦到宋元時期，我國在物理研究領域都處于世界領先地位，這些能夠使學生更加堅定文化自信。在講授相關物理知識時，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（北斗導航）、潘建偉（量子衛星）等這些民族脊梁和國之重器。激勵后代學子們薪火相傳、立志成才、不忘家國。科學精神的內涵包括求真求實、懷疑批判、創新探索、甘于奉獻等科學要素，對科學技術的快速發展具有重要的作用，科學精神將引領和推動科學技術的進步和發展。在物理學波瀾壯闊的發展史上，物理學家燦若星辰，閃耀著永恒的光芒，其中不乏堅忍不拔、道德崇高者。因此，在講解物理相關理論時，可以簡要講述相關物理學家高尚品質、科學精神，自然而然的融入課堂教學內容中，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中開展課程思政的基本思路

2.1 以創新能力培養為核心確立思政目標

（1）以美育促德育、智育，發展創新思維。物理美學思維，可以激發學生探索物理世界的激情，產生積極的聯想和深刻的理解，從而迸發出創造性思維的火花。有助于促進和完善學生的觀察能力、思維能力。

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

2.2 結合教學要求和課程思政目標設計教學方案

在教學過程中，通過創設情境，提出問題，誘發學生好奇心，預留懸念，導入新課。然后利用板書推導角動量定理、角動量守恒定律，總結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，起到溫故知新的效果。接著理論聯系實際，利用繞定軸的角動量守恒定律解釋了新課引入時預留的兩個問題，前后呼應。由回轉儀原理及其在航海航空航天中的應用，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合起來，體現“從生活走向物理，從物理回歸生活”的教學理念，有利于促進學生思維能力、綜合能力和科學素養的全面提升；拓展至我國科技國防事業的成果，弘揚愛國主義和科學精神，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，也是微觀物理學中重要的自然界普遍規律之一。下面根據對定理定律分析、解釋和解決實際生活和工程中的物理問題，構建數理思維和邏輯思維，建立理解和欣賞生活中的物理美的眼光，以“勇于創新、追求卓越”為核心，進行挖掘和凝練思政元素的教學探索。

3.1 以美育促德育、智育

物理學力求用高度凝練和嚴密的數學語言表述錯綜復雜的物理現象，使物理理論體系呈現出高度的簡潔美，但反映的內在規律確是非常深刻的。我們可以將數學、物理學、美學關聯起來，發現、感受、鑒賞物理學中的美，培養學生的審美情懷，以美育促進德育和智育，促進學生理解和掌握知識，發展創新思維和發散性思維。

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致動量守恒定律，時間平移對稱性導致能量守恒定律，空間旋轉對稱性（空間各向同性）導致角動量守恒定律。角動量定理和守恒定律充分體現了物理學的簡潔美、和諧統一美、對稱美，將紛繁復雜的轉動現象歸一為簡單的式子。正是這些在雜亂中形成規律，在無序中引入秩序的美學思想，支配著理論物理學家制造的數學表達形式，在物理學的前沿探討中發揮著愈來愈大的作用，引導著科學家不斷精準地描述自然界，創建新理論，也指明了如何進行創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知識的同時，指導學生分析和發現物理學中的理性美，培養和發展他們物理美學思維能力，能使學生較為輕松的進入并保持深度學習，取得良好的教學效果。

3.2 激勵自主創新，弘揚家國情懷

物理學具有厚重的歷史底蘊，實事求是的科學精神，洞悉萬物的科學思維，唯物辯證的研究方法，為大學物理課程思政提供了多方面的思政素材，本節課通過拓展引入高伯龍院士歷時40余年自主創新研制成功“激光陀螺儀”的成果及簡述艱苦卓絕的研究過程和意義，激勵學生只有努力奮斗，才能自主創新，激發弘揚學生的家國情懷，讓學生領會求真是科學精神的核心，創新是科學精神的特征，那么家國情懷、使命擔當就是中國科學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計兩個旋翼，借勢導入新課，引出角動量守恒。通過創設情境，激發學生的求知欲，引發學生共鳴和對問題的思考。

本著學以致用的原則，通過前面學習的新的理論知識，引導學生把運動員看作非剛體，運動員起跳后，繞質心轉動，重力通過質心軸，角動量守恒，運動員在空中由肢體舒展到抱膝翻轉過程中，因動作變化使得轉動慣量減小，角速度增大；當打開雙臂和雙腿時，轉動慣量增大，角速度減小，更易平穩入水。借此介紹中國跳水夢之隊，學習他們勇攀高峰、超越自我、追求卓越的奮斗精神，激發同學們努力學習，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儀定向原理引出我國早在漢代的發明“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。為機壞環轉四周，而爐體常平”，顯示出非凡的技巧，展示中華文明風采，弘揚中華優秀傳統文化，使學生堅定文化自信。從哲學上的辯證法來說，我們應堅持一分為二和全面的觀點看問題，雖然這項杰出的創造比歐洲國家提出類似設計早了1000多年，但在我國僅應用于生活用具，而16世紀意大利人希·卡丹諾制造出陀螺平衡儀并應用于航海上，使它產生了巨大的作用。中國古代科技最終未能發展處近現代科學，孕育出工業革命，由此引出著名的“李約瑟難題”，引起同學們的警醒和深思。

陀螺儀是軍事作戰中必不可少的導航裝置，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真理，篤信科學救國，不畏艱險、頑強拼搏，耗費43年，2007年成功研制出空間環路四頻差動激光陀螺，隨后完成雙軸旋轉式慣導系統，有效解決了激光陀螺漂移誤差，使精度達到當時世界第一。高伯龍院士成功破譯“錢學森密碼”，讓我國的激光陀螺在世界上發出耀眼的光芒。現如今，我國的東風-41的命中精度堪稱世界第一，其關鍵就是制導技術的核心部件-激光陀螺，我國正是擁有這一鎮國神器，在與美國進行談判時，才有底氣發出“美國沒有資格在中國的面前說，你們從實力的地位出發同中國談話”的世紀最強音。在教學過程中，把2021年3月18日阿拉斯加中美高層對話的圖片和1901年辛丑條約簽訂現場圖片進行對比，學生會產生強烈的共鳴，心靈能夠產生觸動。我們首先要知道弱國無外交，落后就要挨打的現實，強國首先要強科技，科技是第一生產力，激勵同學們努力學習，報效祖國，弘揚愛國主義。再者，要向老一輩科學家學習，學習他們求真務實、報國為民、無私奉獻的愛國情懷和高尚品格，學習他們攻堅克難、勇攀高峰的科學精神。

4 結語

課程思政元素和理論內容必須做到水乳交融、有機結合，做到琴瑟和鳴，同頻共振，引起學生共鳴，撥動學生心弦，從而使得教師的課堂教學能夠吸引和啟迪學生。在教學實踐中，筆者在大學物理教學實踐中發現，結合教學具體內容，適時適度引入課程思政元素效果是明顯的，尤其是關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家這些民族脊梁時，學生聽得津津有味，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，思慮后應是教師本身的問題，尚需加強教師自身的素養，努力鍛煉成有術且悟道的優秀教師。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知識教育也就實現了同向同行，令人印象深刻。因此，課程思政建設和專業課質量提升的內在目標是一致的。大學物理課程思政應用于課堂教學實踐得到了學生的認可，通過真實生動的課程思政案例，增強學生學習興趣的同時，也激發了學生求知欲，增強了民族自信和愛國主義情懷。