聚焦實戰化需求的大學物理資源庫建設

摘 要 本文聚焦實戰化需求建設大學物理軍事資源庫，為課程實現“面向戰場、面向部隊、面向未來”提供軍事素材。本文提出建設“章節對應”的大學物理軍事資源庫，明確建設資源庫遵循的原則、組成元素及來源;以力學模塊為例通過表格介紹章節對應的21個軍事應用實例，以“角動量與角動量守恒定律”為例選擇典型實例前倒訓練、膛線作用、慣性制導著重分析。實踐表明，資源庫建設有助于提高課堂教學質量、學員軍事素養，體現課程向部隊靠攏、向實戰聚焦。

關鍵詞 大學物理;資源庫;實戰化;章節對應

“大學物理”是軍校科學文化模塊的必修課程，開設于二三學期，共132學時，對學員影響較大。在課程伊始，學員普遍認為課程不重要，與軍事脫節，因此軍隊院校必須瞄準新時期軍事人才66培養目標，以突出崗位實戰化需求為抓手進行課程改革。本文以武警院校為例，學員畢業后要求能夠完成指揮執勤、處置突發社會安全事件、搶險救援等多樣化任務，會組織軍事訓練，掌握相關武器裝備實際應用技能。由此，本文按照培養目標挖掘軍事裝備、軍事訓練、科技前沿等中蘊含的物理原理，建立知識點和軍事應用實例對應的資源庫[1]。經過幾輪的教學實踐，這種將案例引入課堂的教學模式，拉近了課堂與實戰實訓之間的距離，不僅可以讓學員充分認識到大學物理知識的重要性，為后續軍事課程提供理論支撐，還可以提前對接部隊、了解戰場，在實現為戰育人的教學目標中發揮基礎物理培養戰斗力的重要作用。

1 聚焦實戰化需求建設大學物理資源庫的必要性

2019年5月21日，習主席在視察陸軍步兵學院時指出，軍隊院校因打仗而生、為打仗而建，必須圍繞實戰搞教學、著眼打贏育人才[2]。2019年11月27 日，在全軍院校長集訓開班式會議上，習主席提出了立德樹人、為戰育人的新時代軍事教育方針。2022年黨的二十大報告指出，要深化軍隊院校改革，建強新型軍事人才培養體系，創新軍事人力資源管理[3]。《新時代軍事教育方針》《軍隊院校教育條例》等一系列文件賦予院校教育新的時代內涵，揭示了“訓戰一致，教戰一致”，要求傳統理論課程在傳授基礎知識的基礎上，融入軍事特色，向實戰聚焦、向部隊靠攏。

物理學是研究物質基本結構、基本運動形式、相互作用及其轉化規律的自然科學，是其他自然科學與工程技術的基礎。物理理論滲透在武器裝備、軍事訓練各個方面，在軍事技術和軍事人才培養方面具有天然的優勢。因此筆者學校的大學物理課程聚焦實戰，以提高崗位任職能力為目標，在遵循大學物理課程教學規律的基礎上[4]，從軍事應用資源、軍事應用例題、物理思想、物理學家故事等多維度著手建立大學物理資源庫，將物理知識直接或間接和軍事結合，強化學員研戰能力和創新實踐能力，提高課程的“四性一度”———鑄魂性、為戰性、高階性、創新性和挑戰度，體現課程服務部隊的本質，以適應新時代發展需求。

2 資源庫設計方案

2.1 資源庫設計原則

（1） 全面性原則。資源庫建設結合顯性應用和隱性應用，包含軍事應用和軍事思想。資源庫建設確保全面覆蓋，內容上按力學、熱學、電磁學、振動與波、光學、近代物理六大模塊分別建設，具體涵蓋物理學史、軍事訓練、科技前沿等全方位。其中軍事應用實例全程覆蓋，確保每節都有;課程思政自然融入，確保每章都有。

（2） 實戰性原則。緊貼實戰化需求的大學物理資源庫首先應具有軍事特色性[5]，包含武器裝備原理、使命任務特色、高新技術手段等實例，突出“軍味”性;其次應適應武警部隊指揮警官崗位要求，包含抗洪搶險、抗震救災、站崗執勤、防衛作戰、軍事訓練等實例，突出實用性。

（3） 合理性原則。資源庫目的是輔助教學，內容應具有合理性，而不能一味追求先進、追求新科技。編寫過程應結合學情分析及教學目標，側重軍事應用實例與知識點的對應關系[6]，側重在掌握物理基本概念、基本理論、基本方法的基礎上解決相關物理問題。

（4） 規范性原則。資源庫的建設項目應具有規范模板，形成統一格式，必備要素包含資源背景、題目、知識點、解答及思考，體現資源庫與物理知識對應的系統性。

2.2 資源庫的組成

（1） 定量軍事應用習題。甄選可定量分析的軍事應用資源，增加習題軍事應用背景。設置場景整編實例或對目前已有習題進行軍事特色改造，要求抓住主要矛盾建立物理模型，用物理語言和基本數學方法進行描述，形成軍事特色習題集。

（2） 定性軍事應用實例。篩選整合軍隊裝備、軍事訓練中包含的物理原理進行資源集編寫，編寫時側重突出物理知識點與軍事應用實例的對應關系。

（3） 課程思政實例。挖掘物理思想方法，收集物理學家故事，編寫軍事思政資源。編寫過程中注重物理思維，培養探索未知、追求真理的科學精神;注重歷史人文，培養熱愛祖國、文化自信的家國情懷[7];注重軍事應用，培養科學指揮的責任感和使命感。在教學過程中潤物無聲地將課程思政融入各個環節中。

2.3 資源庫的來源

（1） 已有軍事類題目整理匯總。針對目前已有的教材例題和課后習題，選出有軍事應用背景的題目，按章節歸類建庫。

（2） 已有題目軍事化改造。對已有題目增加軍事應用背景進行軍事特色改造，設置軍事問題。

（3） 自編軍事應用實例。整合軍隊裝備、軍事訓練中包含的物理原理進行資源集編寫。

3 軍事資源庫的建設———以力學為例

大學物理資源庫建設要堅持“以學員發展為中心”[8]，緊貼教學需求，全程落實軍事應用實例，確保每一節課都有資源。以力學模塊為例，必講內容共5章21節，則需按節建設至少21個實例。自然融入課程思政，確保每章都有思政元素。具體見表1力學模塊軍事資源庫。

4 典型軍事資源實例分析

以第五章第四節《角動量與角動量守恒定律》為例，選取典型實例進行資源實例分析。

4.1 定量軍事應用———前倒訓練

【背景】 倒功（含前倒、后倒、側倒等）是變被動為主動的功法，在維穩反恐等任務中可用于攻擊歹徒和防止摔傷。通過練習可增強防摔傷能力，培養意志。前倒是倒功的基礎，通常學員通過模仿、反復練習提高標準，物理教學搭建理論知識和訓練項目的橋梁，拉近課堂教學與日常訓練的關系，使學員認同軍事訓練不僅要苦練，更要科學地“巧練”，培養科學訓練素養。

【題目】 質量為m ，身高為h 的學員，前倒訓練中應通過什么要領增強倒地時自我保護能力。求：（1）人與水平地面成α 角時的角速度ω;（2）接觸地面瞬間地面對手臂的平均作用力N 。

【知識點】 剛體定軸轉動定律、角動量定理。

【解答】 建立理想模型，人可以看成質量均勻分布的剛體桿。前倒過程可看成剛體繞端點所在軸從豎直靜止位置開始做定軸轉動。

（1） 人與水平地面成α 角時的角速度ω，可用動能定理進行計算。

A =Ek2 -Ek1

如圖1所示，人受到重力和地面對腳的作用力，在前倒過程中只有重力做功，當人與水平地面成α 角時滿足：

mg h／2（1-sinα）=1／2Jω2 -0

求解可得人與水平地面成α 角時的角速度ω：

如圖2所示，當人接觸地面瞬間，受到重力、地面對腳的作用力和地面對肘部的作用力。相對于定軸有力矩的力有重力mg 和地面對肘部的作用力N （為了計算方便，設其豎直向上）。

約定前倒方向為正方向，由于地面對手臂的支持力為變力，對時間積分可采用平均效果，得：

【思考】 前倒過程中如何增強自我保護能力，實現訓練傷預防？ 通過計算可知，對于個人而言，要減小力，應增大α，同時延長Δt。增大夾角可通過大臂挺直，收腹抬頭;延長時間可通過屈肘外旋，主動拍地。與前倒動作要領呼應。可見建立理想模型可以為訓練起到指導作用，啟發學員學中思、學而用，將所學知識應用于日常訓練中，同時作為未來的指揮員，應有科學指揮的責任感和使命感。

【拓展】 以上進行了剛體均質桿的理想模型建立。實際前倒過程與大臂、前臂、肩部以及它們之間的夾角也有關，此時用物理定理直接求解顯然很難，因而可以采用數學建模。如圖3所示，在計算軟件中輸入任意的身高、體重、夾角，可輔助計算肩部、肘部的受力情況，進而在訓練中給出更科學的指導。

設計目的：本題是在教材例題的基礎上結合訓練實際設置的創新性題目，原例題為質量為m 、身高為l 的勻質細桿可繞水平光滑軸O 在豎直平面內轉動，若使桿從水平位置開始由靜止釋放，求桿轉至鉛直位置時的角速度。題目改編后從枯燥的物理題變成“有血有肉”的軍事應用題，提高學員學習積極性，教學效果明顯提升，增加了課程的高階性與挑戰性。

4.2 定性軍事應用———膛線的作用

【背景】 高中物理中子彈通常被看作質點，只受重力，因而做拋體運動。大學物理牛頓運動定律中分析子彈受力既要考慮重力，還要考慮空氣阻力，通過建立坐標系定量分析，培養學員思維的嚴謹性。在剛體定軸轉動中，學員意識到在描述子彈詳細運動情況時，應將其看作剛體模型。

【題目】 在射擊訓練中，子彈在做什么運動？子彈為什么要自旋？ 槍膛的膛線為什么是螺旋線？

【知識點】 剛體的角動量定理。

【解答】 子彈做什么運動，取決于它所受的力。如果沒有自旋，子彈做什么運動？ 如圖4所示，如果沒有自旋，子彈受重力和空氣阻力。在空氣阻力矩的作用下將會旋轉著前進，擊中目標時可能是彈頭或者彈尾先射中，因而射程近、彈道不規律、殺傷力弱。

子彈繞軸高速自旋，具有沿軸方向的角動量L，阻力力矩M ⊥L，由角動量定理可知dL 與M同向，則dL⊥L，意味著只改變方向，不改變大小，因而子彈旋進運動，即進動。結合陀螺進動演示，加強學員對子彈高速自旋穩定前進的理解[9]，因而子彈的自轉軸始終與彈道方向保持不太大的偏離，彈道穩定、射程遠、殺傷力強！

【思考】 如何實現子彈高速自旋？ 制造炮筒時，在其內壁刻出螺旋線，圖5又稱來復線。當子彈在火藥爆炸強力推出炮筒過程中，受熱變軟的炮彈外緣嵌入來復線，并繞其對稱軸高速自旋，此即膛線的作用。

設計目的：通過日常訓練觀察現象，和已有知識進行對比，提出用物理定理解決問題的方案，提高學員嚴謹的思維方式，培養學員發現問題、分析問題、解決問題的實際能力。

4.3 課程思政實例———慣性制導

【背景】 陀螺回轉演示是大學物理必做演示項目，如圖6所示。由實驗現象可知，當回旋儀繞自轉軸CC'高速旋轉時，不論如何轉動支架，回轉體的軸向方向始終不變。啟發學員將該定向特性應用于軍事中，學以致用，了解基礎學科在科技前沿中的重要作用。

【題目】 陀螺回旋儀的定向特性原理是什么？能否將該定向特性用在軍事中進行自動導航呢？

【知識點】 剛體的角動量守恒。

【解答】 回旋儀受力相對于轉軸力矩為零，角動量守恒，LZ =Jω，因轉動慣量J 不變，ω 大小方向不變，表現為轉軸方向不動。對于坦克等陸地戰車，將陀螺儀的高速轉軸放在確定方向（如南北），在戰車行駛過程中，無論車身如何運動，均可參照轉軸方向確定車身方向。對于火箭、導彈等空中飛行器，通過安裝繞鉛直和水平軸高速轉動的兩個陀螺儀可確定飛行方向和姿態。方向確定后則可引導導彈飛向指定目標，實現慣性制導[10]，如圖7所示，現代的戰術導彈、戰略導彈和運載火箭仍采用慣性制導。

【思考】 隨著技術的發展，涌現出如衛星導航、無線電導航等近代導航技術，但為何像核潛艇、彈道導彈等重要武器裝備仍然采用慣性導航系統呢？ 因為慣性導航最大的優點是不需要與外70界有任何信息交換，是“自主式”導航儀，在實際作戰中非常重要。

設計目的：在演示實驗的基礎上進行教學內容外延拓展，引導學員將所學知識和真實的戰場環境聯系，以便更好地適應不同的現代化戰場環境，提高科技報國的學習熱情。

5 結語

建設資源庫的目的主要是服務教學，通過鮮活的實例，使課堂“活”起來，讓學員心服口服，真正意識到物理知識的重要性，提高學習科學文化課的積極性，為未來成為一名合格的軍人奠定科學基礎。因而我們要緊貼實戰化搞教學，將資源庫成果真正落實在教學的全過程中，培養“能打仗、打勝仗”的新型軍事人才。通過將軍事素材資源應用于課堂教學、課后作業、學員創新培養中，讓學員在親身體驗中提高興趣，明理悟道，真正感受到學物理“有趣、有譜、有用”。

參 考 文 獻

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基金項目： 軍隊院校物理教育教學研究立項課題（2023JWL024）;武警警官學院科研課題（224L2112）;武警警官學院教學培育成果課題。