大學物理教學中課程思政教學探索

劉魯艷 高杰梅

【摘 要】 文章以轉動慣量概念的教學為例，闡述如何在大學物理教學過程中融入課程思政元素。轉動慣量作為剛體轉動中的重要概念，教師可在課程中通過設計實驗與視頻引入，采用基于物理事實引入的以物理過程為依托的引導探究式教學模式。課程中在例題設計方面要保證物理思想的精妙融入，課程與實驗形成完美依托，最大限度地提升學生尊重物理事實、牢固樹立唯物主義的思想，增強學生物理理論與生活實際相結合的意識，使得課程思政更好地融入大學物理的課堂教學。

【關鍵詞】 大學物理；課程思政；轉動慣量

大學物理是一門以物理學基礎知識為內容的課程，通過該課程的學習，可以使學生熟悉自然界物質的結構、性質、相互作用及其運動的基本規(guī)律，體會、理解和掌握物理學分析問題和解決問題的思想方法，提高科學素養(yǎng)，為后續(xù)課程的學習及進一步獲取有關知識奠定必要的物理基礎。物理學在科學技術上應用的初步知識等都是一個高級專門人才所必需的知識儲備，因此，大學物理課是高校理工科各專業(yè)學生的一門重要的公共必修基礎課。通過本課程的學習來培養(yǎng)學生自主學習意識和自主學習能力；在能力上，應用相關自然科學基礎知識恰當?shù)孛枋鰪碗s工程問題；在溝通交流方面，具備分析問題、知識交流的能力；在思維上，培養(yǎng)學生的邏輯思維推理能力。

根據(jù)習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上的講話精神，各類課程都要與課程思政同向同行，而大學物理課程內因含有豐富的課程思政元素，是推進實施“課程思政”的重要陣地。高校教師需要以習近平總書記關于教育工作的重要論述為根本遵循，積極探索組織實施課程思政的思想方法，落實立德樹人根本任務的重要舉措，培養(yǎng)黨和人民需要的“擔當民族復興大任的時代新人”。

一、課堂引入——通過實驗助力唯物主義的培養(yǎng)

本課程通過實驗與視頻兩個切入點來引進新課。實驗具體如下，拿兩個大小、質量不同的空心球，從斜面的同一高度釋放，讓學生推測哪個先滾下？通過實驗情境的創(chuàng)設，在激發(fā)學生興趣的同時，引發(fā)其思考。隨后在實驗驗證階段，可以讓學生分組來講臺上演示實驗，提高參與度，通過親自實驗得出結論。隨后就電影《云中行走》演員走鋼絲的視頻提出問題：“為何演員手中會拿著一根長棍？‘長是何物理原理。”通過這兩個看似無關聯(lián)的例子，引出實際都與之相關的物理量——“轉動慣量”這一概念。

課堂教學是師生雙邊參與的動態(tài)變化過程，在課堂上，應堅持以人為本的理念。每一位學生都是主動求知與探索的主體，教師作為這個變化過程的設計者、組織者、引導者，對教學過程實行宏觀調控。比如要使物理課程達到良好的教學效果，可以根據(jù)課程的具體特點，設置生動直觀的實驗或者現(xiàn)象。運用一些生動鮮明的例子，給學生留下深刻印象，培養(yǎng)他們的興趣及創(chuàng)造力。物理學建立在唯物主義和嚴密的邏輯思維上，重視并尊重自然規(guī)律，在課程中設置實驗引入環(huán)節(jié)，讓學生眼見為實，如實記錄實驗結果，也體現(xiàn)了嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，對培養(yǎng)學生實事求是的精神具有重要意義。

二、物理理論的分析——類比引導

通過轉動慣量的定義式，很容易得到質量離散分布的剛體轉動慣量的計算方法。可以進一步類比到質量連續(xù)分布剛體，引導學生發(fā)現(xiàn)連續(xù)是可以通過切割實現(xiàn)分離的效果，而要使計算結果準確的話，要切割無數(shù)刀，無數(shù)刀又要回歸到連續(xù)，很自然地就引出了微積分方法，實現(xiàn)了與學生已有數(shù)學知識的結合，體現(xiàn)了不同學科之間的交叉融合。學科的定義是清晰的，但世界卻是個復雜體系，解決這個復雜體系中的問題需要多學科交叉研究，因此，使學生明確學科交叉融合認識的重要性不言而喻。

通過類比法得到了轉動慣量的物理意義與連續(xù)剛體轉動慣量的計算方法。實際上，類比是以比較為基礎的。具體過程是通過對兩個不同的對象進行比較，找出它們的相同之處，并以此為根據(jù)，把其中某一對象的有關知識或結論推移到另一對象中去。類比是科學認識的一個重要方法。科學認識猶如登山，是在已有的基礎上逐步試探地摸索前進，每一步的試探和摸索都要以已有的進展為立足點。類比就是立足在已有知識的基礎上，進一步發(fā)展科學知識的有效的試探方法。這種類比的方法，在科學研究中具有啟發(fā)思路、提供線索、觸類旁通的作用。

微積分思想的應用對于整體和局部的關系，體現(xiàn)出了對立統(tǒng)一，整體與局部的辯證關系，在同一事物中，整體是由局部構成的，當整體不易解決時，可以把問題放在具體環(huán)境里，先解決局部問題，再解決整體問題。學生在平時工作生活中也要學會這種分析方法，才能更好更快地解決問題。

三、物理理論的應用——巧妙設置例題滲透

幾種典型剛體轉動慣量的計算，是轉動慣量課的主要內容，例題為3種代表性的剛體（直棒，圓環(huán)，圓盤）的轉動慣量的求解。

通過例1，使學生練習剛接觸到的計算方法，求出長度為L，質量為m的直棒相對于中心軸的轉動慣量，引導學生探索課堂開始時視頻里演員走鋼絲的問題，總結出細棒“長”的深層次物理意義。隨后通過計算同樣的直棒繞端點軸的轉動慣量，通過對兩個軸轉動慣量結果的比較，讓學生運用數(shù)學知識自行探索總結得到平行軸定理。學生自己探索總結的過程，確立了學生的主體地位。隨后可以將走鋼絲的人作為開展思政教育的典型人物來進行講解。演員之所以在鋼絲上表現(xiàn)淡定，離不開“臺上一分鐘，臺下十年功”的刻苦練習，正是這種堅持，成就了鋼絲上的輝煌。練習環(huán)境是在鋼絲之上，可見條件之惡劣，當代大學生作為祖國未來的建設者，有著安逸舒適的學習環(huán)境，因此做事情更需要穩(wěn)扎穩(wěn)打，秉承“工匠精神”，在平時的學習生活中都要秉承嚴謹、扎實、務實的態(tài)度。

例2的設置為解決圓環(huán)對中心軸I的計算，讓學生區(qū)分直線與曲線取微元計算的區(qū)別。

例3再次通過微積分思想，由剛學會的圓環(huán)為微元，推導出圓盤對中心軸的轉動慣量，引導學生思考如何求球殼的轉動慣量。

此處例題的設立，體現(xiàn)了循序漸進的思想，從直到曲，從線到面，使學生更容易理解接受的同時，也體現(xiàn)了課程思政的隱性特征。莊子說循序漸進，為而不爭。此處潤物細無聲地讓學生體會到世間萬事萬物皆有一個發(fā)生、發(fā)展的演進過程，任何事情的完成都不可能一蹴而就，只有始終如一地保持兢兢業(yè)業(yè)的態(tài)度，才能取得滿意的結果。

最后給出幾種常見剛體的轉動慣量，用球殼的轉動慣量值，解釋課堂之外實驗中提到的小球同時滾落的原因。通過實驗展示說明小球滾動是平動與轉動的復合運動，引導學生計算發(fā)現(xiàn)小球滾落加速度a與m，r無關，只與轉動慣量表達式中的系數(shù)有關，空心球的轉動慣量表達式一樣，所以a相同，實現(xiàn)了課堂的首尾呼應。這里的探討讓學生切身體會到了“生活中處處有物理”的樂趣，同時直觀地體會到體型小的小球，竟然是可以跟大球同時落地的。遇到問題時，經(jīng)驗主義驅使人們總以為大的東西下落會更快，忽略了透過現(xiàn)象看本質的辯證關系思考過程。生活中，人們常常用“表面”來認識現(xiàn)象本身，容易將表象與本質混為一談。本質作為事物的根本性質和內在聯(lián)系，往往深藏于事物的內部，只有發(fā)動理性思維才可能“透過現(xiàn)象看本質”，這里的實驗解釋無疑會引發(fā)學生意識到，看待問題時，只有抓住事件背后的“根本性”運作邏輯，才能理解真正的前因后果，而不是被事件的表象、無關要素、感性偏見等影響。

四、課后例題強調知識的綜合應用，提高學生的科學認識

課后作業(yè)是讓學生調研轉動慣量在航空航天、機械制造、日常生產(chǎn)生活中的應用，完成論文，在深化所學知識的同時，也融入了我國的時事熱點。如“神舟十六號”載人航天飛船發(fā)射成功，學生在調研的同時，可以了解到我國航天事業(yè)的發(fā)展，并參與其中，引發(fā)強烈的感情共鳴，激發(fā)學生強烈的民族自豪感、愛國熱情，激勵學生努力學習，科學報國。

轉動慣量還在體育運動中有著重要的作用，比如短跑運動員在擺腿時，通過折疊大小腿，以減小下肢對髖軸的轉動慣量。通過對相關體育項目的調研，可以激發(fā)學生的體育競技精神，增強規(guī)則意識，增強團隊意識與團隊責任感。通過感受運動員身處逆境仍為祖國奮力拼搏的意志品質，學生更頑強，更有意志力，進一步增強了學生的愛國主義精神。

課后還可以讓學生自主探究圓柱體、球體等同時從斜面滾落快慢的實驗，教師鼓勵學生通過課堂實例先進行理論推導，隨后借助實驗驗證。考慮到學生實驗時受到場地或者器材的限制可能無法完成實驗的情況，可以借助互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，利用模擬仿真軟件來進行實驗的呈現(xiàn)。比如借助GeoGebra軟件模擬不同剛體的滾落情況。學生通過這種信息化、直觀的教學資源呈現(xiàn)方式，更生動地理解知識點。這種與軟件模擬結合的教學方法，深化了育人內涵，強化了育人功能。

五、實施效果與教學反思

課程結束后通過與學生的交流，得知學生對這堂課的接受程度較好。課程中，教師以學生為中心，利用物理實驗、多媒體視頻提出疑問，引導學生學習探究關于轉動慣量的理論知識。整堂課的設計展現(xiàn)了科學認知過程，使抽象的知識與形象的實驗事例等相結合。課程中各個模塊課程思政的融入，也培養(yǎng)了學生正確的科學觀，樹立了正確的辯證唯物主義觀，激發(fā)了學生積極的自我意識，發(fā)揮其主觀能動性，促使其以自身實際行動踐行理想信念、愛國信念、科學品格以及社會責任感。

六、總結

大學物理課程思政建設，要求教師將物理知識教學與思政教育有機融合。本文以大學物理課程中剛體轉動慣量的教學為例，從課程引入、理論分析、例題設置、課后作業(yè)布置等方面入手，挖掘展現(xiàn)了科學思政教育方式。在教學過程中，學生作為課程思政的踐行主體，可以在提升科學素養(yǎng)的同時，培養(yǎng)正確的世界觀、愛國情懷等，激發(fā)了學生的學習熱情，堅定了學生愛國的決心。

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