在高中物理課堂中融入課程思政的教學設計

吳燦銘 陳文峰 李秀燕

摘 ? 要：課程思政是新時期各學校和教育機構落實立德樹人根本任務的新要求。文中以魯科版普通高中教科書必修二“萬有引力定律的應用”為例，嘗試將德育與智育相結合，以期實現課程思政，落實立德樹人的教育目標。

關鍵詞：課程思政;立德樹人;高中物理;教學設計

引言

2014教育部在印發的《教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中對全面深化課程改革提出了“德育為先、能力為重”的要求 [ 1 ]。習近平總書記在2016年12月的全國高校思想政治工作會議和2018年5月的北京大學師生座談會上都提出了 “把思想政治工作貫穿教育教學全過程”，各類課程要與思想政治理論課同向同行，形成協同效應[ 1 ]。2017年頒布的《普通高中物理課程標準》規定了教育目標和教育內容，明確指出要著力發展核心素養，同時使學生具有理想信念和社會責任感 [ 2 ]。

物理學是研究物質最基本的運動規律及其基本結構和應用的科學，在物理學發展歷程中形成的基礎理論體系和研究方法是現代科學技術的基礎，是學生智能結構發展的重要組成部分。高中物理課程作為基礎教育的一分子，承載著黨的教育方針和教育思想，是國家意志在教育領域的直接體現，課程性質決定了該課程實施“課程思政”有豐富的資源和天然的優勢。

在高中物理教學中實施課程思政的實質，就是圍繞“立德樹人”這一中心，通過課堂教學這一主渠道，把知識傳授、能力培養和價值觀引領有機結合，從而培養更多的德智體美勞全面發展的社會主義事業建設者和接班。許多一線教師對如何在物理課堂中滲透思政元素，提出了諸多建議[ 3-7 ]。下面，將以“萬有引力定律的應用”的教學設計為例，把知識傳授、能力培養和價值觀結合，有效開展課程思政。

1 ?教學設計——萬有引力定律的應用

根據《普通高中物理課程標準》的要求，本節的教學目標[ 8 ]如表1所示。

表1 ?教學目標

基本教學過程如圖1。

2 ?思政元素的挖掘

2020年教育部關于印發《高等學校課程思政思想建設指導綱要》，綱要指出理學類課程要注重思維方法的訓練和科學倫理的教育，在課程教學中把科學精神的培養和馬克思主義立場觀點方法的教育結合起來，提高學生認識、分析和解決問題的能力，培養學生的責任感和使命感。

自新中國成立以來，中國科學技術所取得的非凡成就是中國物理課堂思政素材，本教學設計中與航天航空相關的科技進展均可作為思政素材，例如嫦娥工程、“東方一號上天”、北斗衛星導航系統等。通過介紹這些科技成就，有助于增強學生的民族自信心和自豪感，培養學生的愛國情懷。

物理學史是物理學形成的發展過程。物理學史在中學物理教學中時常被忽略，物理教科書中的物理概念、物理理論、物理定律用精煉的語言呈現，沒有體現其形成的思維過程，如果將物理學史融入課程內容，不僅使學生對學科本質有更深刻的理解，培養學生的科學思維，還能深化學生對世界的認識，學習科學家的精神，培養學生的責任感和使命感，形成正確的價值觀。在本教學設計中，就牛頓關于衛星的設想及海王星的發現過程都可以當做思政素材[ 9 ]。

哲學是科學的根基，物理學是哲學的分支，那么哲學必然能夠對物理教學起到指導作用。學生如果想真正獲得物理知識就要站在更高的角度來思考問題，理解問題，在遇到類似問題時，才能觸類旁通。如果我們能夠在教學中滲透哲學思想，對提升學生的核心素養具有很大的意義。在本教學設計中涉及到的主要哲學思想有影響事物的主要因素和次要因素，認識和實踐的辯證關系[ 10 ]。

3 ?融入思政元素

新課引入時，通過播放嫦娥五號的相關新聞，向學生介紹嫦娥五號是繼美國、蘇聯之后第三個實現月球采樣返回的國家。培養學生的民族自豪感和愛國情懷，利用科技前沿把思政元素融入課堂，為更好培養學生科學思維可設問：“嫦娥五號飛向月球的原理是什么呢？”

4 ?滲透教學

4.1 ?計算地球質量

思考1：足球的質量應該如何測量呢？這些方法可以用來測量地球的質量嗎？

經過學生討論，可以用天平、電子秤、彈簧測力計等，而測量足球的方法不能用來測量地球的質量。

思考2：在地球表面上的物體受到的萬有引力和重力之間有什么關系呢？

在地球表面上的物體受到的萬有引力可以分解成物體跟著地球繞地軸做勻速圓周運動的向心力和物體受到的重力，如圖2。

思考3：已知物體在赤道上的重力加速度為9.78 m/s2，已知：R=6400 km，T=24 h，你能計算出物體在赤道上隨著地球繞地軸做勻速圓周運動的向心加速度嗎？

a向=R=×6.4×106 m/s2=0.034 m/s2

通過學生的計算可以知道在赤道上的物體向心加速度遠小于重力加速度，而當物體向兩極運動時，根據F=mRω2，向心加速度在減小。在兩極時，萬有引力等于重力。由于在地球表面的物體，無論在赤道、兩極還是赤道與兩極之間，向心加速度總是遠小于重力加速度，所以可以忽略地球自轉。

即在地球表面的物體G≈mg，地球質量為M=。

總結：影響事物的因素可分為主要因素和次要因素，在計算地球質量的問題中，萬有引力的分力重力是主要因素，萬有引力的另一分力向心力屬于次要因素可以忽略。在物理學上，為了方便研究問題，抓住主要因素，忽略次要因素，是物理學上常用的一種科學方法。在剛才同學們說的方法都無法用來測量地球的質量，只是說已知的方法都行不通，而世界有許多我們還未認知的方法，所以在學習上，遇到困境，要相信有未知的解決的辦法，只要去探索，便能柳暗花明。

4.2 ?計算中心天體質量

思考4：月球圍繞地球做勻速圓周運動，M是地球的質量，m是月球質量，r是月球到地球中心的距離，是月球的角速度，v是月球的線速度，T是月球環繞周期，建構物理模型如圖所示，你能不能根據這些條件推導出地球的質量呢？

線速度v和軌道半徑r已知，則G=m，M=

周期T和軌道半徑r已知，則G=mr，M=4

角速度w和軌道半徑r已知，則G=mrw2

思考5 求解天體的質量需要哪些條件和要求呢？

先讓學生掌握求解地球的質量的方法，進而讓學生掌握求解其他天體質量的方法，從“特殊到一般”培養學生科學思維。

4.3 ?人造衛星的運行原理

思考6：讓一個物體從同一高度水平拋出，初速度越大，落地點距離投擲點就越遠，當速度足夠大時，物體將會怎么樣呢？

（老師直接講授）

牛頓在《自然哲學的數學原理》中用一幅圖，解釋行星保持在某軌道運行的原因，如圖3。牛頓從拋體運動角度出發，從高山上投擲一個物體，物體因其自身重力，物體做曲線運動，當速度越大，落地點離投擲點就越遠，只要初速度足夠大，物體將不再落到地面上成為一顆人造地球衛星。再利用牛頓的名言“如果沒有大膽的猜測就做不出偉大的發現”，鼓勵學生像牛頓一樣大膽創新、大膽想象。告訴學生牛頓的偉大設想是人類航空技術得以發展的源頭，牛頓對人類社會有巨大的貢獻，教育學生應該向牛頓學習，為社會做貢獻，培養學生的責任感和使命感。

再通過播放東方紅一號的發射視頻介紹人造衛星發射原理，并向學生介紹1970年，中國不僅是生產飛機，就算是生產汽車也還很費勁。就在這樣的條件背景下，航天人利用簡陋的設備，沒有用外國技術的情況下，實現了中國的第一個太空使命。老一輩航天人攻堅克難，寫下中國航天事業第一筆，通過介紹東方紅一號的發射背景，讓學生在對航天人的欽佩中油然而生愛國之情。

4.4 ?宇宙速度

思考7：當物體速度達到多大時，就不會落到地面上，成為一顆人造衛星呢？

引導學生構建衛星繞地球表面做勻速圓周運動理想模型，如圖4。萬有引力提供衛星繞地球做圓周運動的向心力，設M為地球質量，m為衛星質量，衛星的速度為v，R為地球半徑。

則：G=m

v==km/s=7.9 km/s這就是第一宇宙速度，既是發射的最小速度，又是最大環繞速度。

再通過讓學生觀看視頻，了解第二、第三宇宙速度。接下來通過引導學生畫出當7.9 km/s≤v≤11.2 km/s，時，衛星的運行軌道如圖5。并指出量變是質變的必要準備，質變是量變的必要結果，發射速度的改變引起了人造衛星最終運行軌道的改變，順勢指出不積跬步無以至千里，不積小流無以成江海，警醒學生在學習中也應該日積月累，沒有量的積累，就不可能實現事物的飛躍發展，就難以獲得成功。

4.5 ?發現未知行星——海王星

（老師直接講授）

1781年，人們發現了天王星，天文學家發現天王星繞太陽的運行軌道與萬有引力定律計算出來的軌道不符合。許多人就開始質疑萬有引力定律的正確性。而亞當斯和勒維耶肯定萬有引力定律這一根本規律，斷定在天王星之外還有一顆行星，亞當斯計算出了這顆行星的軌道和質量，勒維耶計算出這顆行星的位置，正確的認識能夠對實踐起促進作用。實踐是檢驗認識是否正確的唯一標準，1846年伽勒發現了海王星，證明了牛頓萬有引力定律的正確性。通過展現海王星發現的前因后果，讓學生對萬有引力定律有更進一步認識的同時，潛移默化的滲透辯證思想。

5 ?結束語

本文以萬有引力定律的應用為例，對中學物理中的課程思政進行了案例研究。中學物理不僅包含了該學科的知識體系，還富有德育內涵。在課程思政的理念下，教師要挖掘蘊藏在教材中的思政元素，精心設計教學內容，選擇合適的教學方法，在教學中融入各種思政元素進行教學，在傳授知識的過程中，培養學生的美好品德，落實立德樹人的根本任務。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部. 教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見 [EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/jcj_kcjcgh/201404/t20140408_167226.html，2014-04-08.

[2]習近平. 把思想政治工作貫穿教育教學全過程開創我國高等教育事業發展新局面 [N]. 人民日報 ，2016-12-09.

[3] 陳宗榮.格物致理，立德樹人——中學物理學科滲透德育教育的目標[J].物理教學探討，2014，32（9）：1-3，6.

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[7]段榮壽.以愛國主義思想教育驅動物理學科學習[J].青海教育，2020（Z3）：76.

[8] 中學物理教材編寫組.普通高中教科書物理 必修第二冊[M].山東：山東科學技術出版社，2019.

[9]徐俊敏，李欣.淺談物理學史在大學物理教學中的作用[J].教育教學論壇，2020（31）：329-331.

[10] 朱明珠.在高中物理教學中滲透哲學思想的研究[D].大連：遼寧師范大學，2018.