力學教學中課程思政元素融合策略

劉艷芬，王佳麗，劉晨晨，孟漢玉，陰爽，國慧杰

力學教學中課程思政元素融合策略

劉艷芬，王佳麗，劉晨晨，孟漢玉，陰爽，國慧杰

（齊齊哈爾大學 理學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

力學課程雖然是物理學專業的學科專業基礎必修課程，但在傳輸力學新知的同時應該更加注重物理思想和物理方法的建立過程．通過對實施思政的基本要素及思政要素融合策略的論述，闡述力學課程進行中以立德樹人為主線，通過追溯歷史、講授新知、學以致用、聯系時事等主要環節將課程思政落地實施，提高思政教育的親和力，使課程教學與思政教學同向同行，將顯性教育和隱性教育相統一，形成協同效應，構建全方位育人大格局．

力學課程；課程思政；思政元素

2020年教育部印發關于《高等學校課程思政建設指導綱要》中指出“專業課是開展課程思政建設的基本載體，要結合不同課程特點、思維方法和價值理念，深入梳理專業課教學內容，結合不同課程特點、思維方法和價值理念，深入挖掘課程思政元素”．教育的意義在于落實立德樹人，將思政育人融入到專業課程教學的全過程[1]．力學課程是面向高等院校理工類物理學專業開設的一門專業基礎必修課，該課程是高中與大學有效銜接的一門重要課程，具有完整性、實踐性和應用性3個顯著特征，知識點多、邏輯性強，兼具理論性、系統性、理論與實踐緊密結合等特點，該門課程將為后續課程的學習奠定堅實基礎[2]20-21．在力學課程中積極開展思政建設，不斷探索思政與教學的融合策略，踐行教育本身初心，細微之處完成育人過程．抓住細微言行，講述探索經歷，分享實踐所得，呈現力學課程獨特之處，引導學生深刻理解并自覺踐行教育職業精神和職業規范，增強社會責任感、民族自豪感和國家認同感，使學生掌握各種力學模型的力學規律以及物理學中的力學知識、技術，培養學生解決實際問題的能力，為后續課程奠定堅實基礎[3]．將思政元素和力學課程有機結合，使得學生能夠更加形象生動地感受物理課程的魅力，同時完成發展創新人才的培養目標．

力學課程的授課目標是以知識內容的邏輯體系為主，并以創新為動力，歷史性簡介為輔，實現知識體系的邏輯性與歷史性的有機結合．課堂是對學生開展德育的主渠道，在課程教學中實行將知識向思想教育延伸，不斷挖掘力學專業知識中的思想政治教育元素，“滲透”到課堂教學中．本文從實施思政的基本要素、思政融合策略方面進行挖掘與實踐．

1 在力學課程中實施課程思政的基本要素

課程思政以課程為依托，必須在課程中落地生根才能體現其價值導向和思政教育的意義．力學課程是研究以物質機械運動為主及其同物理、化學、生物運動耦合的現象，是有關力、運動、介質，宏、細、微觀力學性質的學科，研究能量和力以及它們與固體、液體及氣體的平衡、變形或運動的關系[2]8-10．力學可分為靜力學、運動學和動力學３部分，它是物理學、天文學和許多工程學的基礎[4]，機械、建筑、航天器和船艦等的合理設計都必須以力學為基本依據，從而使力學學科長青不衰．力學知識最早起源于對自然現象的觀察和生產勞動中的經驗，如杠桿、斜面、汲水器等器具，兩千多年前《墨經》中記載了運動、靜止、浮力、重心、斜面等力學問題．現階段以力學理論為指導取得的成就不勝枚舉，如人類登月、建立空間站、航天飛機等為代表的航天技術；以速度超過５倍聲速的軍用飛機、以單機功率達百萬千瓦的汽輪機組為代表的機械工業，可以安全運行的原子能反應堆等．這些燦爛歷史同現代技術有機結合，為力學知識的學習提供了大量的思政素材和典型案例，將這些思政元素有機地融合進力學課程的教學內容中，找到二者的契合點、融匯點，使二者同向同行，既可以使學生很好地掌握力學知識，還可以潤物無聲地達到立德樹人目的[5]．

力學實施課程思政的基本要素之間的關系見圖１．

圖1 力學課程中實施課程思政的基本要素之間的關系

2 在力學課程中思政元素融合策略

對照畢業要求修改課程大綱，將育人目標融入教學目標中，挖掘教學內容尋找思政教育與專業課程的切入點，積累思政素材，設計開展思政教育的教學環節，豐富授課手段，實施多樣化、嵌入式的思政教育，提高思政教育與專業課程的切合度[6-8]．

2.1 變質量系統動力學方程與神舟火箭發射

變質量問題是經典力學中常見的一類問題，例如：人造地球衛星（主體）運動中會有塵埃（附體）不斷黏附，火箭（主體）飛行不斷噴射燃燒物質（附體），雨滴下落過程中不斷吸收水汽加入等，這些物體與外界有質量交換的問題與定質量系統不同，被稱為變質量系統[9]．這類變質量問題有一個共同特點，就是主體和離開前（或主體和加入后）的附體（小質元）具有共同的速度，該過程假設附體只與主體之間有相互作用力，不受其它外力作用．

在沿地面向上發射火箭，求出火箭的發射推動力及火箭的速度．

圖2　火箭發射示意圖

以火箭為研究對象，應用變質量動力學方程

整理后得

積分得

變質量系統動力學方程思政元素融合見圖3，該知識點屬于質點系的動量定理，該定理起源于16～17世紀西歐哲學家們對宇宙運動的哲學思考．從笛卡爾提出質量和速率的乘積是一個合適的物理量，到惠更斯在研究碰撞問題時發現，按照笛卡爾定義，碰撞前后總量不一定守恒．牛頓總結這些人的工作，將動量的定義做了修改，將質量和速度的乘積稱為“運動量”．

圖3 變質量系統動力學方程思政元素融合

在講解變質量系統的動力學方程時結合中國的神舟火箭的發射史（見圖4）．神舟火箭的發射可追溯到2003年神舟五號的發射開始，迄今已成功發射神舟十二號載人飛船，2021年6月17日發射的神舟十二號飛船首次實施載人飛船自主快速交會對接，首次繞飛空間站，并與空間站徑向交會，首次實現長期在軌停靠，首次具備從不同高度軌道返回東風著陸場的能力，首次具備天地結合多重保證的應急救援能力．通過神舟火箭發射與變質量系統動力學過程相結合的方式，增強知識的趣味性及時效性，堅定學生對國家航天、航空事業的信心，激發學生探索太空的欲望，樹立民族自豪感，運用力學知識解決實際問題，建立專業自信．

圖4 中國神舟火箭發射時間

2.2 角動量守恒定律與慣性導航

剛體的角動量守恒定律廣泛應用在生產、生活和科技活動中，如花樣滑冰和芭蕾舞表演、運動員表演空中翻滾、地球的自轉、四季的形成、導航中的常平架回轉儀等．

基于剛體繞定軸轉動的角動量定理

角動量定理不但適用于剛體的定軸（或質心系下的過質心軸）轉動，也適用于非剛體的定軸（或質心系下的過質心軸）轉動．如果研究對象是由多個剛體組成的系統，應用角動量定理或判斷角動量是否守恒必須針對同一轉軸而言[10]．

常平架回轉儀是剛體定軸轉動角動量守恒的典型案例．回轉儀的核心部分是安裝在常平架上一個質量較大的轉子（見圖5），由套在一起且分別具有豎直軸外環架和水平軸內環架的２個圓環組成．轉子套在內環上，其軸與內環軸垂直，轉子是精確地對稱于其轉軸的圓柱，各軸承均高度潤滑．不管常平架如何轉動，轉子不會受到任何力矩的作用，所以一旦轉子轉動起來，根據角動量守恒定律，角動量方向不變．將保持對稱軸在空間的指向不變，安裝在飛行器上，就能指出相對于空間某一定向的方向，從而起到導航的作用．慣性導航產業最早起步于軍用，如航天、航空、制導武器、艦船、戰機等領域．隨著電子技術的發展和商業價值的挖掘，慣性導航技術的應用擴展到車輛導航、軌道交通、隧道、消防定位、室內定位等民用領域，甚至在無人機、自動駕駛、便攜式定位終端（如智能手機、兒童/老人定位追蹤器等）中也被廣泛應用．

圖5 回轉儀示意圖

角動量守恒定律這節課的課程思政實施路徑見圖6．通過創設情境，引發學生思考，列舉實例：行星圍繞太陽旋轉，完美和諧，發射火星探測器“天問一號”及在星際探測中的重大成就，引發學生思考這些事實現象的內在實質，使學生對天文和航天中的物理知識產生濃厚興趣，培養學生求知精神．

圖6 角動量守恒定律實施路徑

通過視頻演示跳水運動員空中翻轉、花樣滑冰運動員動作及茹科夫斯基凳，使學生探討這些動作改變過程中轉速的變化情況．剛體定軸轉動角動量守恒的知識點講授，讓學生掌握質點在定軸轉動情況下角動量的變化及力矩的特點，培養學生的科學探究精神，并與質點動量定理相對比，注重培養學生創新能力．在應用守恒條件判斷時，教會學生以馬克思唯物主義思想理念進行思考及探索．最后知識延展，在學以致用環節中，介紹回轉儀的構造、原理．通過對航空和航海上將回轉儀用做定向慣性導航，讓學生體會科學技術就是生產力．講述“天問一號”的原理及成就，使學生產生民族自豪感及家國情懷，將角動量守恒定律與體育運動中跳水、花樣滑冰等相關聯，培養學生民族自信心及愛國主義精神．在整節課過程中綜合運用對比、類推、歸納等教學方法有效提升學生分析、解決問題的能力[11-12]．

3 結語

本文以力學課程為例，該課程授課過程不只是傳授力學相關物理知識，應該更加注重物理思想和物理方法的建立過程．在此過程中應以立德樹人為主線，通過追溯歷史、講授新知、學以致用、聯系時事等主要環節將課程思政落地實施．課程是主戰場，元素的挖掘是主前提，學生是主陣地，教師是主力軍，課堂教學是主渠道，建立以課程、課堂為中心，將思政元素春風化雨般融入課程，構建全方位育人大格局，對培養合格建設者和可靠接班人具有重要理論和現實意義．

[1] 習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上的重要講話[EB/OL]．（2016-12-08）[2021-11-28]．http://www.xinhua net.com/．

[2] 漆安慎，杜嬋英．力學[M]．北京：高等教育出版社，2005．

[3] 牟博石，劉艷芬，李瑞，等．課程思政視域下物理專業課程改革研究：以力學課程為例[J]．現代職業教育，2021（3）： 12-13．

[4] 張漢壯．力學[M]．北京：高等教育出版社，2009．

[5] 莫潤陽，王成會，陳鳳．“課程思政”在力學中的實踐探索及案例應用[J]．教育教學論壇，2020（30）：83-84．

[6] 吳釗峰，李志軍，張冬波．大學物理中力學部分“課程思政”研究[J]．新疆師范大學學報（自然科學版），2020（2）： 62-66．

[7] 張智慧，唐巨鵬．關于力學課程思政的初步探索[J]．高教學刊，2020（26）：160-162．

[8] 劉玉斌．物理學類專業課程思政的思考與實踐：以理論力學課程為例[J]．中國大學教學，2020（8）：55-58．

[9] 錢鵬俊，陸正亮，廖文和．微納衛星固體火箭推進器推力矢量測量方法[J]．系統工程與電子技術，2020，42（6）：1348-1357．

[10] 喻莉，劉洋，周本元，等．關于“角動量及其守恒定律”的教學改革實踐[J]．物理通報，2021（12）：17-19．

[11] 閆紅霞，葛桂賢．大學物理實驗中課程思政的探索與實踐[J]．科教導刊，2021（7）：129-131．

[12] 張智慧，唐巨鵬．關于力學課程思政的初步探索[J]．高教學刊，2020（26）：160-162．

Strategy of ideological and political integration in mechanics teaching

LIU Yanfen，WANG Jiali，LIU Chenchen，MENG Hanyu，YIN Shuang，GUO Huijie

（School of Science，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Although the mechanics course is a basic required course in physics，however，along with the new knowledge of transmission mechanics，more attention should be paid to the establishment process of physical ideas and physical methods．Through the discussion of the basic elements of implementation of ideological and politics education and integration of ideological and political education，to will moral virtue as the main line，through the major links of tracing history，teaching new knowledge，applying what we have learned，contacting the ideological and current affairs，improve the affinity of ideological and political education，make the curriculum teaching and ideological and political teaching to peer，integrate explicit education and implicit education．Form synergistic effects，it will be built a large pattern of all-round education．

mechanics courses；ideological and political of courses；ideological and political elements

1007-9831（2022）04-0093-05

O3∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.04.019

2021-12-10

2019 黑龍江省自然基金聯合引導項目（LH2019E091）；黑龍江省教育科學規劃2021年度重點課題（GJB1421348）；2021年齊齊哈爾大學教育科學研究項目（GJQTZX2021002）

劉艷芬（1977-），女，黑龍江齊齊哈爾人，副教授，博士，從事物理教育及形狀記憶合金研究．E-mail：lxylyf_0@163.com