大學(xué)物理課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)與探索*
——以流體力學(xué)為例

趙文麗 曹學(xué)成 孫豐偉 厲桂華 叢曉燕 高 峰

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 山東 泰安 271018)

1 引言

2016年12月7日至8日，全國高校思想政治工作會(huì)議在北京召開，習(xí)近平總書記在會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[1].講話內(nèi)容引起了全國各高校教師的熱烈討論，如何將思想政治教育融入各類課程，實(shí)現(xiàn)立德樹人教育目標(biāo)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，成為高校教學(xué)實(shí)踐的新的重要的課題.2020年5月28日，教育部下發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出：“公共基礎(chǔ)課程要重點(diǎn)建設(shè)一批提高大學(xué)生思想道德修養(yǎng)、人文素質(zhì)、科學(xué)精神、憲法法治意識(shí)、國家安全意識(shí)和認(rèn)知能力的課程”[2]，這一綱要充分表明公共基礎(chǔ)課擔(dān)負(fù)著思政育人的重要任務(wù).

大學(xué)物理系列課程是農(nóng)業(yè)院校理、工、農(nóng)林等本科各專業(yè)必修的公共基礎(chǔ)課，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、科學(xué)方法、探索精神和創(chuàng)新意識(shí)等科學(xué)素質(zhì)為目標(biāo)，具有科學(xué)性強(qiáng)、知識(shí)覆蓋面大、受益學(xué)生多等特點(diǎn).學(xué)生通過大學(xué)物理課程的學(xué)習(xí)，能夠理解并熟悉自然界物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、相互作用及其運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定必要的物理基礎(chǔ)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ沁M(jìn)行“課程思政”的良好載體[3].

2 大學(xué)物理課程思政教學(xué)的現(xiàn)狀

當(dāng)前，全國高校都在轟轟烈烈地搞課程思政，但是課程思政無論內(nèi)容上還是形式上都很難找到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，課程思政的建設(shè)猶如“摸著石頭過河”，一直在探索之中.由于長期形成的教學(xué)習(xí)慣，教師在大學(xué)物理教學(xué)中一般只注重知識(shí)的講授，即使想進(jìn)行思政教育，由于教師受所學(xué)專業(yè)和所授學(xué)生專業(yè)的制約，也存在心有余而力不足的情況.在傳授物理知識(shí)時(shí)，“在哪里進(jìn)行思政教育？什么時(shí)候切入思政教育？如何結(jié)合專業(yè)開展課程思政教學(xué)？”對(duì)這些問題，許多任課教師把握不準(zhǔn)，這說明教師平時(shí)雖然有專業(yè)知識(shí)的累積，但對(duì)于政治、哲學(xué)、傳統(tǒng)文化、文科知識(shí)儲(chǔ)備和所授學(xué)生專業(yè)的學(xué)習(xí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此，不能把優(yōu)質(zhì)的思政素材精準(zhǔn)地運(yùn)用到教學(xué)中.部分任課教師沒有認(rèn)識(shí)到課程思政對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的重要性，在思想上不夠重視，缺乏在平常教學(xué)中融入思政教育的意識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，也沒有大膽改革教學(xué)方式的動(dòng)力和勇氣，導(dǎo)致在傳播知識(shí)的同時(shí)忽略了對(duì)學(xué)生進(jìn)行思想政治教育的熏陶，錯(cuò)過了大學(xué)生價(jià)值觀形成的最佳時(shí)機(jī)，白白丟棄了思想政治教育的重要陣地.

針對(duì)上述問題，本文以流體力學(xué)為例，通過深入挖掘物理課程思政元素，對(duì)大學(xué)物理課程進(jìn)行精心的教學(xué)設(shè)計(jì)，通過將思想政治元素?zé)o痕融入大學(xué)物理的課堂教學(xué)當(dāng)中，力圖做到 “教書”和“育人”的統(tǒng)一，在傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的價(jià)值塑造，使學(xué)生在“專業(yè)成才”的同時(shí)，也能夠“精神成人”.

3 流體力學(xué)中的思政教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 通過流體模型的建立過程了解主要矛盾和次要矛盾的辯證關(guān)系

在“理想流體的運(yùn)動(dòng)”這一節(jié)開始，首先討論流體的主要性質(zhì)為“流動(dòng)性”“可壓縮性”和“黏滯性”，進(jìn)而考慮到在某些運(yùn)動(dòng)情況下，后兩種性質(zhì)可以忽略，給出了理想流體的定義，接著推導(dǎo)出理想流體的伯努利方程.這個(gè)過程中主要抓住了流體的“流動(dòng)性”這個(gè)主要矛盾來研究，使問題得以簡化.第二節(jié)要考慮有黏滯阻力的流體的運(yùn)動(dòng)，黏滯流體要維持流動(dòng)，必須考慮黏滯阻力引起的能量耗損，流體“黏滯性”便不能再忽略，從而對(duì)理想流體的伯努利方程修正，得到了黏滯流體的伯努利方程[4].引導(dǎo)學(xué)生完成了“理想”與“實(shí)際”之間的過渡，理想流體與黏滯流體的對(duì)比學(xué)習(xí)體現(xiàn)了物理思維的特征，讓學(xué)生學(xué)到一種基本邏輯方法，體會(huì)從“特殊”到“一般”的思維歷程，培養(yǎng)學(xué)生建立物理模型的能力.然而，上述“黏滯流體”就是實(shí)際流體嗎？一般的情況下，水流實(shí)際運(yùn)動(dòng)更為復(fù)雜.在水流運(yùn)動(dòng)中，應(yīng)該是確定性和隨機(jī)性并存，恒定流中存在著局部非恒定流，即具有相對(duì)性.由此可見，無論分析什么自然現(xiàn)象，都要有辯證思維，不能絕對(duì)化，要能夠在變化中看到其普遍的性質(zhì)，又能夠在整體中洞悉其局部變化的規(guī)律[5].

3.2 通過伯努利方程明確實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)

馬克思主義強(qiáng)調(diào)：“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，而整個(gè)物理體系的構(gòu)建過程都充分體現(xiàn)了這一觀點(diǎn),流體力學(xué)也不例外.伯努利方程是流體力學(xué)中最重要的公式，它描述的是穩(wěn)定流動(dòng)的理想流體在同一流管中不同位置的高度、壓強(qiáng)以及流速之間的關(guān)系，其本質(zhì)是能量守恒原理.這一部分授課可以從一個(gè)課堂小實(shí)驗(yàn)開始，實(shí)驗(yàn)流程如表1所示.

表1 流體力學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)——嘴向掌心吹氣

學(xué)生在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的不同階段獲得不同的感受，實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，大部分學(xué)生自然會(huì)提出為什么會(huì)有這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，帶著這樣的疑問引入伯努利方程的推導(dǎo)過程，最后學(xué)生才發(fā)現(xiàn)原來吹出氣流流速不同，壓強(qiáng)就會(huì)不同.如果氣流是密封的，則不管流速快慢，吹出的熱氣流都可以抵達(dá)掌心；如果氣流不密封，則流速慢的時(shí)候，熱氣也可以抵達(dá)掌心；如果流速快，則氣流壓強(qiáng)小，熱氣來不及抵達(dá)掌心時(shí)，周圍壓強(qiáng)較大的涼空氣就會(huì)流過掌心.因此，不同的實(shí)驗(yàn)條件，感覺會(huì)有差異.事實(shí)上，人們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)本身就是一個(gè)不斷完善和發(fā)展的過程，在認(rèn)識(shí)的過程中，我們要注重實(shí)踐與認(rèn)識(shí)相結(jié)合，在實(shí)踐中不斷檢驗(yàn)認(rèn)識(shí)、豐富認(rèn)識(shí)和發(fā)展認(rèn)識(shí)；同時(shí)，要學(xué)會(huì)把已掌握的知識(shí)運(yùn)用并指導(dǎo)于實(shí)踐，充分運(yùn)用馬克思主義哲學(xué)的科學(xué)理論去指導(dǎo)實(shí)踐.這樣的課堂可以讓學(xué)生們切身體會(huì)到“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的唯物主義認(rèn)識(shí)論[6].

3.3 通過生活實(shí)例培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感

從伯努利方程可以得出一個(gè)推論：同一個(gè)水平流管中流速小的地方，壓強(qiáng)大，流速大的地方則壓強(qiáng)小.解釋這個(gè)推論可以引入很多生活實(shí)例,比如狹管效應(yīng)、火車站臺(tái)的黃線設(shè)置等， 2021年發(fā)生的“長賜號(hào)”擱淺事故就是一個(gè)生動(dòng)的實(shí)例.2021年3月24日，日本制造的“長賜號(hào)”巨型集裝箱船在蘇伊士運(yùn)河擱淺，超過200艘輪船堵在河道里，在6天之后才再次通行，一些分析人士認(rèn)為，“長賜號(hào)”帶來的整體損失可達(dá)每天100億美元.這次事件發(fā)生的原因和流體力學(xué)伯努利方程有著密切的關(guān)系.

在航道寬度受到限制的水域中(類似蘇伊士運(yùn)河)，如果船舶偏至某一側(cè)航行，則船首排開的水，分向左右兩側(cè)，近岸一側(cè)舷的水因受到岸壁阻擋擴(kuò)散不開.同時(shí)一部分需要從船底流過的水也因?yàn)樗疁\而流動(dòng)不暢.因此在船首近岸形成高水位，因而船首近岸一側(cè)的水流速度慢，壓力大，產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力矩推船首向河中心偏轉(zhuǎn)，即岸推現(xiàn)象.而在船尾，由于船體靠近岸壁，近岸側(cè)截面小，流速增大，水壓力下降.加上螺旋槳正轉(zhuǎn)時(shí)是吸入水流排向船尾，面向船首螺旋槳內(nèi)側(cè)形成低水位，水流速度大，壓力下降.由此產(chǎn)生了橫向吸引力，將船尾向岸壁靠攏，產(chǎn)生岸吸現(xiàn)象，如圖1所示.

圖1 “長賜號(hào)”擱淺原理圖

考慮到當(dāng)天運(yùn)河上的大風(fēng)，只要“長賜號(hào)”略微偏離河道中線，舵手就無法糾正“首岸推、尾岸吸”的運(yùn)動(dòng).顯然，船舶就會(huì)在狹窄的運(yùn)河中偏轉(zhuǎn)，在螺旋槳推力作用下，由于船舶前沖的巨大慣性就產(chǎn)生橫堵運(yùn)河的后果了.事故調(diào)查結(jié)束后，蘇伊士運(yùn)河管理局宣布了“長賜號(hào)”擱淺事故調(diào)查報(bào)告，稱事故責(zé)任全在“長賜號(hào)”船長身上.在課堂教學(xué)中，通過引入這樣一個(gè)生動(dòng)的反面事例強(qiáng)化學(xué)生學(xué)好專業(yè)基礎(chǔ)課的意識(shí)，愛崗敬業(yè).

3.4 通過傳統(tǒng)文化元素融入 提升學(xué)生的文化自信

從黏滯流體的伯努利方程可以得出一個(gè)推論：敞口渠道必須有一定的高度差，才能使水在渠道中做穩(wěn)定流動(dòng)，即俗語講的“水往低處流”.講解這部分的時(shí)候可以自然引入《老子》中的“上善若水”篇，老子講到水甘心停留在最低洼、最潮濕的地方，滋潤萬物而不居功自傲，清靜無為而又無所不為，文中列舉出7個(gè)“善”，都是受到水的啟發(fā).老子認(rèn)為擁有最高德行的人就像水一樣，具有寬廣的胸懷、謙遜的品格、與世無爭的情操、寬厚誠實(shí)的作風(fēng)，這些最接近于“大道”的本質(zhì)，是人類最應(yīng)該效仿的德行.人如果能夠使自己的品格如水一般，就能與“大道”協(xié)調(diào)，就會(huì)避免紛爭、痛苦和煩惱，也就能生活得輕松愉悅.授課過程中可以充分挖掘我國傳統(tǒng)文化中的優(yōu)秀思政元素，對(duì)學(xué)生進(jìn)行潤物無聲的教育.

4 結(jié)束語

大學(xué)物理中蘊(yùn)含著豐富而極具哲理的思政元素和思政案例，物理課是引入思政教育的極佳平臺(tái)，只要物理教師勇于探索、善于思考、勤于總結(jié)，就能夠凝煉出優(yōu)秀的思政案例，讓學(xué)生在大學(xué)物理課堂上獲取物理知識(shí)的同時(shí)，增長生活智慧，拓寬個(gè)人胸懷，啟迪升華人生.