專業認證視域下的物理學(師范)專業課程思政探索與實踐
——以“科里奧利力”教學為例

楊春艷 馬 駒

(玉溪師范學院物理與電子工程學院 云南 玉溪 653100)

吉 恒

(通海縣第二中學 云南 玉溪 652701)

1 引言

《中學教育專業認證標準(第二級)》和《中學教育專業認證標準(第三級)》均明確要求畢業生應以立德樹人為己任,要立志成為“四有”好老師,要能做學生的“四個”引路人,要了解所教學科與其他學科及社會實踐的聯系,要能夠有機結合學科教學進行育人活動,要具有團隊協作精神;要求任課教師要把社會主義核心價值觀、師德教育有機融入課程教學中[1].

《高等學校課程思政建設指導綱要》明確指出高校課程思政要融入到課堂教學建設,要落實到課程目標設計、教學大綱修訂、教案課件編寫各方面,要貫穿于課堂講授、教學研討、實驗實訓、作業論文各環節;理學類專業課程要在課程教學中把馬克思主義立場觀點方法的教育與科學精神的培養結合起來,注重科學思維方法的訓練,引導學生了解世情國情黨情民情,堅定 “四個自信”[2].

《高等學校課程思政建設指導綱要》的頒布,使課程思政建設從此有據可依、有章可循,把課程思政建設推到了發展的新高度[3].文獻[4]針對課程思政建設中思政點碎片化、思政概念泛化、思政教學蜻蜓點水、團隊力量薄弱、教師中心等問題提出了系統的解決措施和實踐經驗.文獻[5]分析、歸納了大學物理課程中人文思政元素挖掘和融入對策與路徑的經驗.文獻[6]以“磁場對運動電荷的作用”小節的教學設計為例,說明大學物理課堂教學中學科教育與思政融合教育的方法.文獻[7]以剛體定軸轉動的角動量定理和角動量守恒定律為例,展示了引課、知識講授和知識應用的課堂教學環節思政教育融入設計.

從上述研究成果來看,大學物理課程思政已取得豐富的研究成果,對課程思政的認識和把握層層遞進、逐步深入[3],但相關研究和實踐主要停留在課堂教學中,未能很好貫徹《高等學校課程思政建設指導綱要》中要求的“貫穿于課堂講授、實驗實訓、作業論文各環節”,同時相關教學設計中未能有效體現專業認證在“課程與教學”指標中對課程教學實施的要求.作為物理學(師范)專業的專業課教師,有必要深刻理解和落實中學教育專業認證標準相關要求,將鑄魂育人有機融入到教育教學的各環節中,實現專業課與教師教育課、與思想政治理論課同向同行,形成協同效應,促成學生“一踐行三學會”能力的達成.本文以“科里奧利力”小節為例,闡述如何在專業認證視域下開展物理學(師范)專業的專業課程思政探索與實踐.

2 教學設計

2.1 教學目標

2.1.1 物理觀念

(1)能準確描述科里奧利力及其存在的條件;

(2)能在數學推理計算的基礎上,定性歸納和描述科里奧利力對平行地表運動的影響;

(3)能在數學推理計算的基礎上,定性歸納和描述科里奧利力對垂直地表運動的影響.

2.1.2 科學思維

(1)通過相關數理推導,訓練學生的科學思維方法,提高推理能力.

(2)在課堂推理出的科里奧利力對平行地表運動的影響的背景下,由學生猜想科里奧利力對垂直地表運動的影響情況,并要求進行數理推理驗證,通過“既在意料之中,又在意料之外”鍛煉學生的物理思維.

2.1.3 科學探究

通過自制科里奧利力演示儀的實驗設計、實驗觀察、實驗分析和解釋等,促進學生科學探究能力、創新能力的發展.

2.1.4 科學態度與責任

(1)通過自然現象和生活現象的分析,既促進學生體驗物理與生活的關系,又促進其拓展思維的深度和廣度.

(2)通過課后延伸中利用生活中的常見物品自制科里奧利力演示儀,促進學生團隊意識和協作能力的提升,通過視頻錄制講解融入師范技能培養,促進學生職業生涯規劃.

(3)通過課后延伸中對我國高鐵超級工程的調研,引導學生了解世情國情,堅定“四個自信”.

(4)貫徹“以學生為中心”的理念,在課堂延伸中設計了“必選”和“可選”任務,學生可根據自己的興趣和特長選擇完成相關任務,促進學生不斷走向自律、自信和自強.

2.2 教學過程

2.2.1 課程導入

(1)多媒體呈現亞馬遜河、黃河的圖片

設計意圖:通過以圖片判斷世界著名河流的問題開啟新知.對于河流學生主要是依據河水顏色或者是中學地理中對相關河流的記憶做出判斷,鑒于此,教師追問,“是否還有別的方法?”此時教師啟發學生關注圖中兩側河岸的差異及水流方向,提示以此可判斷出兩幅圖中的河流分別位于南、北半球.接著追問,“生活中,你觀察到的旋渦是順時針還是逆時針?以“問+導”結合方式引出新知,既激發好奇,又促進學生拓展思維的深度和廣度.

(2)播放“旋轉木馬”上拋、接球的視頻

設計意圖:教師首先由地球在轉、旋轉木馬在轉,啟發學生的類比思維;接著引導學生關注,“如何拋?如何接?為什么?改變方向將如何?”此設計,既幫助學生構建起科里奧利力存在的物理模型,同時幫助學生構建科學的物理思維.

2.2.2 主體內容

(1)科里奧利力定義

基于運動學中推導出的慣性系中的加速度表達式

mω2r′+2ω×v′

變換出轉動參照系(非慣性系)中動力學方程的一般表達式

mω2r′-2mω×v′

提取出科里奧利力的定義式FC=-2mω×v′,分析出其本質亦屬慣性力,其存在的條件為參照系轉動以及物體相對參照系的運動(二者缺一不可).

(2)地球轉動參照系

在地球轉動參照系上建立固著于地表的坐標系,如圖1所示,其單位矢量i′、j′、k′依次水平向南、水平向東和豎直向上,用λ表示緯度,則地球自轉角速度的坐標投影式為

圖1 地表坐標系

ω=-ωcosλi′+ωsinλk′

(3)科里奧利力對平行地表運動的影響

首先,教師示范、引導學生計算北半球自北向南平行地表運動物體受到的科里奧利力為

-2mv′ωsinλj′

其次,計算北半球自西向東平行地表運動的物體受到的科里奧利力為

2mv′(ωsinλi′+ωcosλk′)

接著,師生分析、歸納、推理出結論:北半球平行地表運動的物體受到的科里奧利力的水平分量總是指向速度方向的右側.

然后,教師“引疑”:南半球的情況如何?學生計算、推理南半球自南向北(其他方向亦可)平行地表運動物體受到的科里奧利力為

2mv′ωsinλj′

以及自東向西(其他方向亦可)平行地表運動物體受到的科里奧利力為

2mv′(ωsinλi′-ωcosλk′)

最后,師生共同推理出結論:南半球平行地表運動的物體受到的科里奧利力的水平分量總是指向速度方向的左側.

課程思政點:一是,由運動學表達式到動力學表達式,雖然只是進行了簡單的數學變換,但若沒有前面運動學相關內容的學習,“這簡單的一步”也是無法實現的,這是唯物辯證法中量的積累引起質的飛躍的一種表現形式.“不積跬步無以至千里,不積小流無以成江海”,引導學生無論在學習中,還是在生活中,還是在今后的工作中,都要認真完成好每一個階段的任務,履行好每一個階段的責任,才能“行穩致遠”.二是,在推導和推理中,既鍛煉了學生的科學思維,又讓學生體驗了物理學和數學的學科交叉融合.

2.2.3 “學以致用”

(1)河岸的沖刷、旋轉木馬上拋接球(設計意圖:與新課引入形成呼應,“滴灌”師范技能).

(2)軌道的磨損(設計意圖:融入制度自信、文化自信等思政元素).

有了“河岸沖刷”的分析經驗,學生已然能合理、正確分析出軌道磨損相關物理規律.因此,此處的教學設計重點是思政元素的融入.具體設計為:首先,由教師播放2021年12月3日,中老鐵路通車及通車以來推動“一帶一路”經濟發展的相關視頻,在潛移默化中幫助學生形成關注世情國情的自覺,習得社會責任意識.其次,以課堂互動方式介紹中國承建的海外高鐵項目(如土耳其 “安伊高鐵”、印度尼西亞“雅萬高鐵”、中泰鐵路、莫斯科-喀山高鐵等).接著,以課堂互動方式由學生講出他認為的我國高鐵能實現從無到有、從走得了到走得好、從追趕到領跑,直至“中國正前所未有地走近世界舞臺的中央”的躍變的原因.最后,師生總結:集中力量辦大事的中國特色社會主義制度,中華民族勤勞、勇敢的創新精神.

(3)貿易風(信風)(設計意圖:涵養學科的交叉融合意識,提升科學素養).

2.2.4 課堂延伸

(1)(必選)分析高中地理課程中的“地轉偏向力”與“科里奧利力”的關系.

要求:以小組為單位,查閱資料,集體討論,制作PPT,做好匯報準備.

設計意圖:融合學科知識的習得和能力的培養(學科交叉融合能力、 團隊交流協作能力、師范技能的協同培養).

(2)(必選)科里奧利力是否會對垂直地表的運動產生影響?如果會,在南北半球的影響是否一致?對豎直向上和豎直向下的運動影響是否相同?

要求:以個人為單位,進行邏輯分析和推理計算,并將學習中的困難和問題發在學習通討論區,或就其他同學的問題發表自己的分析和見解.

設計意圖:科學思維、鉆研精神、溝通和表達能力的培養.

(3)(可選加分)查閱資料調研我國高鐵超級工程的發展.

要求:填寫資料卡.

設計意圖:主動學習和自我約束能力的培養;民族自信心和自豪感的涵養.

(4)(可選加分)自制科里奧利力演示儀.

要求:自行組建團隊,設計、制作科里奧利力演示儀,并錄制講解視頻.

設計意圖:創新能力、實踐鉆研精神、團隊協作能力、職業規劃能力的培養.

3 教學反思

科里奧利力是學生新接觸到的一種慣性力,鑒于此,本課采用圖片和視頻導入新課,既體現物理與生活密切聯系,又激發學生的興趣;在計算推理環節,重視學生科學思維和學科交叉融合意識的點撥;在“學以致用”環節,兼顧師范技能的培養、“四個自信”的滴灌、學科交叉融合意識的涵養及了解世情國情意識的培養;在課堂延伸環節,以“必選”和“可選”相結合的方式,貫徹“以學生為中心”的教育教學理念,相關任務的完成,兼顧學科交叉融合能力、團隊協作能力、科學思維、創新精神等能力和思想意識的培養.

從整體上看,“科里奧利力”這節課的教學設計和教學實施,緊扣師范專業認證要求,注重落實專業教育與教師教育的融合,同時貫徹落實了《高等學校課程思政建設指導綱要》相關要求.在教學設計和實施各環節注重將“鑄魂育人”潛移默化在專業教育中,共同促成學生“一踐行三學會”能力的達成,力求使物理與課程思政相互促進,相向而行.