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(huì)已過去幾個(gè)月,但各運(yùn)動(dòng)員矯健的身姿、拼搏的勇氣已深植我心.奧運(yùn)會(huì)是集體育精神、民族精神和國(guó)際主義精神于一體的世界級(jí)運(yùn)動(dòng)盛會(huì).奧運(yùn)賽場(chǎng)上,奧運(yùn)健兒揮灑的汗水更是為國(guó)爭(zhēng)光、為國(guó)而戰(zhàn).在每個(gè)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(gè)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(gè)被填滿的容器,而是一個(gè)需要被點(diǎn)燃的火把.”學(xué)生不僅需要知識(shí)食糧,還需要精神食糧.每個(gè)奧運(yùn)項(xiàng)目的進(jìn)行均含有物理原理,而這些恰好將物理原理所蘊(yùn)含的人生哲理具體地展現(xiàn),可達(dá)到潤(rùn)物無聲的效果,從而激發(fā)學(xué)生的拼搏精神和愛國(guó)情懷.奧運(yùn)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(guó)高校思想政治工作會(huì)議上明確提出堅(jiān)持把“立德樹人”作為中心環(huán)節(jié)[1],并強(qiáng)調(diào)深入貫徹高等院校思想政治教學(xué)理念,要實(shí)現(xiàn)“價(jià)值引領(lǐng)”與“知識(shí)傳授”兩者有機(jī)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(rùn)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(shí)世界和中國(guó)發(fā)展大勢(shì),正確認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)大抱負(fù)和腳踏實(shí)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(jìn)高校課程思政建設(shè),深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記關(guān)于教育的重要論述和全國(guó)教育大會(huì)精神,落實(shí)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(shí),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(shí)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(shì)[4].它在全面推進(jìn)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(shí)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(duì)人類未來的進(jìn)步起著關(guān)鍵的作用,也是人類認(rèn)識(shí)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(jì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)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(yùn)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(duì)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(shí)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(jìn)行:

(1)提高教師的思政意識(shí)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(yùn)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(shí)及教學(xué)方法,確保思政元素與大學(xué)物理教學(xué)順利進(jìn)行.

(3)制定詳細(xì)的教案,找準(zhǔn)切入點(diǎn),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(yùn)健兒、國(guó)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(kù).

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

總之,抓住一切可進(jìn)行思政教育的機(jī)會(huì).研究并學(xué)習(xí)相關(guān)案例[10-11],結(jié)合本校學(xué)生特點(diǎn)及教學(xué)內(nèi)容,精心地進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì),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(yáng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀,培養(yǎng)高素質(zhì)的中國(guó)特色社會(huì)主義建設(shè)者和接班人.同時(shí),結(jié)合民族地區(qū)大學(xué)物理教育的特點(diǎn)[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(jià)值觀,激發(fā)愛國(guó)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(jì)

何克抗教授認(rèn)為教學(xué)設(shè)計(jì)主要是運(yùn)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(duì)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(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)進(jìn)行具體計(jì)劃[15].可見,為了實(shí)現(xiàn)課程思政,就要對(duì)上述環(huán)節(jié)進(jìn)行詳實(shí)計(jì)劃.這里以融合奧運(yùn)元素于剛體轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)容中的角動(dòng)量及角動(dòng)量守恒定律為例.以下是教案設(shè)計(jì).

課程目標(biāo)：理解并掌握角動(dòng)量的概念及角動(dòng)量守恒定律,并分析計(jì)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(yùn)健兒及國(guó)家建設(shè)等先進(jìn)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(qiáng)學(xué)生中國(guó)特色社會(huì)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(guó)熱情.

教學(xué)內(nèi)容：通過質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)和剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)情況,理解角動(dòng)量守恒定律及其適用條件,能運(yùn)用角動(dòng)量守恒定律分析、計(jì)算相關(guān)問題(重點(diǎn)、難點(diǎn)).

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(píng)價(jià)：通過上課問答及小測(cè)試進(jìn)行教學(xué)效果考核.

具體教學(xué)過程設(shè)計(jì)：

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

溫故知新：回顧剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與轉(zhuǎn)動(dòng)定律,并請(qǐng)學(xué)生們分析剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與其轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是否有關(guān),并舉例說明.引出冬奧會(huì)上自由滑雪過程中運(yùn)動(dòng)健兒手臂在揮動(dòng)過程中所運(yùn)用的物理知識(shí)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(yùn)動(dòng)定律的內(nèi)容,引出角動(dòng)量概念.

思政內(nèi)容1：科學(xué)家開普勒簡(jiǎn)介.開普勒,德國(guó)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(jìn)入蒂賓根讀書,信奉哥白尼的日心說,進(jìn)入大學(xué)表現(xiàn)對(duì)數(shù)學(xué)和天文的熱愛,畢業(yè)后仍未停止對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的研究,經(jīng)過長(zhǎng)期復(fù)雜的運(yùn)算發(fā)現(xiàn)天體運(yùn)動(dòng)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(jiān)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(bào)國(guó)的遠(yuǎn)大理想;在未來的工作和學(xué)習(xí)中發(fā)憤圖強(qiáng),勇?lián)?dāng)、敢作為,實(shí)現(xiàn)人生理想和價(jià)值.

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

L=r×mv

(1)

式(1)中L為角動(dòng)量,r為質(zhì)點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的位置矢量,質(zhì)點(diǎn)的位置相對(duì)參考點(diǎn)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(diǎn)繞參考點(diǎn)的角動(dòng)量定理及角動(dòng)量守恒定律.

質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定理

用質(zhì)點(diǎn)相對(duì)參考點(diǎn)的位置矢量r同時(shí)叉乘上式兩邊,計(jì)算可得質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于參考點(diǎn)的角動(dòng)量定理

(2)

其中,M是質(zhì)點(diǎn)繞同一參考點(diǎn)的力矩.則質(zhì)點(diǎn)繞參考點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間Δt=t2-t1,對(duì)時(shí)間積分有

(3)

由式(3)知,當(dāng)力矩為零時(shí),質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于某一參考點(diǎn)的角動(dòng)量守恒,即

L=r×mv=常矢量

(4)

這就是質(zhì)點(diǎn)繞參考點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量守恒定律.

舉例1：計(jì)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(jiǎn)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(guó)經(jīng)過幾代人的艱苦努力,實(shí)現(xiàn)飛船從無到有的過程,中國(guó)火箭運(yùn)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(duì)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(guó)熱情,增強(qiáng)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(dòng)的角動(dòng)量定理和角動(dòng)量守恒定律.

將剛體看成由質(zhì)點(diǎn)間距離保持不變的質(zhì)點(diǎn)系,則當(dāng)剛體繞z軸做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),質(zhì)點(diǎn)對(duì)軸的角動(dòng)量看作對(duì)點(diǎn)的角動(dòng)量在z軸上的投影,將所有質(zhì)點(diǎn)對(duì)z軸的角動(dòng)量求和即為剛體繞z軸的角動(dòng)量

Lz=Jzωz

(6)

由于三者均選同一個(gè)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(tuán)隊(duì)合作的精神.

目的：體現(xiàn)眾人劃槳開大船,團(tuán)結(jié)就是力量,增強(qiáng)學(xué)生大局意識(shí)、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(dòng)的角動(dòng)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(shí),剛體的角動(dòng)量守恒,可得

Jω=常矢量

(9)

這就是剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量守恒定律.

舉例2：冬奧會(huì)項(xiàng)目之一——自由滑雪空中技巧項(xiàng)目,運(yùn)動(dòng)員在空中揮動(dòng)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(shí).比賽場(chǎng)地分為4個(gè)區(qū)域,助滑區(qū)(70°)、跳臺(tái)區(qū)、著陸區(qū)(37°)、停止區(qū).跳臺(tái)分為一周臺(tái)(空翻一周)、兩周臺(tái)(空翻兩周)、三周臺(tái)(空翻三周).對(duì)運(yùn)動(dòng)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(mèng)桃北京冬奧會(huì)上自由滑雪空中技巧獲得金牌的比賽過程,并簡(jiǎn)單介紹運(yùn)動(dòng)健兒徐夢(mèng)桃的成長(zhǎng)歷程——徐夢(mèng)桃4歲時(shí)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(yùn)會(huì)中取得了3金2銀1銅的成績(jī).同年,進(jìn)入沈陽體育學(xué)院開始自由式滑雪項(xiàng)目的訓(xùn)練.從韌帶斷裂到27個(gè)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(yùn)會(huì)的四朝元老,通過堅(jiān)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(huì)上終以108.6的高分摘得了她夢(mèng)寐以求的冬奧會(huì)金牌,獲得她第28個(gè)世界冠軍.(3)將徐夢(mèng)桃在北京冬奧會(huì)上自由式滑雪空中技巧的比賽過程制作成翻書動(dòng)圖,簡(jiǎn)圖如圖1所示.

圖1 自由式滑雪空中技巧動(dòng)作簡(jiǎn)圖

目的：通過小知識(shí)介紹擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面,增加學(xué)生興趣,通過運(yùn)動(dòng)健兒的介紹增加民族自豪感.通過制作這組動(dòng)圖,想象空中手臂收縮和揮動(dòng)的過程,回答該題目中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和質(zhì)量分布的關(guān)系,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量發(fā)生改變時(shí),其轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)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(dòng)慣量與質(zhì)量分布及角動(dòng)量守恒內(nèi)容的印象,可以再增加實(shí)例.

舉例3：2022年北京冬奧會(huì)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(guó)代表團(tuán)摘得了第9枚金牌.隋文靜做點(diǎn)冰跳簡(jiǎn)圖如圖2所示,在旋轉(zhuǎn)時(shí)手臂由伸直到抱臂再到伸直的過程中,相對(duì)于質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及角速度是否發(fā)生改變?角動(dòng)量是否守恒?

圖2 點(diǎn)冰跳競(jìng)賽過程中動(dòng)作簡(jiǎn)圖

思政內(nèi)容6：(1) 引入花樣滑冰小知識(shí).花樣滑冰是運(yùn)動(dòng)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(dòng)作.花樣滑冰的裁判會(huì)按照動(dòng)作的質(zhì)量與藝術(shù)性表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)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(jiǎn)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(lì)學(xué)生們刻苦學(xué)習(xí)文化知識(shí),不畏懼艱難險(xiǎn)阻,堅(jiān)強(qiáng)勇敢,在成功中收獲經(jīng)驗(yàn),在失敗中汲取教訓(xùn),相互鼓勵(lì),努力向前,堅(jiān)忍不拔的精神.同時(shí)講解該例的答案.

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

目的：通過事例介紹增進(jìn)學(xué)生民族文化的認(rèn)同感,國(guó)家實(shí)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(qiáng)則國(guó)家強(qiáng)”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(huì)成功舉辦為契機(jī),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(duì)中國(guó)高校思想政治工作指示的精神.在教學(xué)實(shí)踐的過程中,既注重知識(shí)傳授,又要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的熱愛追求,既要培養(yǎng)學(xué)生熱愛祖國(guó),又熱衷于創(chuàng)新求變;既要具有不畏艱險(xiǎn)、勇于獻(xiàn)身的精神,又追求團(tuán)隊(duì)精神,為實(shí)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(dòng)量守恒與奧運(yùn)元素的相關(guān)性,但質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)和質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容也與奧運(yùn)元素存在大量的切入點(diǎn),這將在后續(xù)的教學(xué)中進(jìn)行探討.

致謝

感謝彭可歆為本文繪制的圖片.