大學(xué)物理“動(dòng)量守恒定律”課程思政的實(shí)施

　　摘 要 大學(xué)物理是高校理工科教學(xué)體系的基礎(chǔ)性課程,具有受眾面廣、基礎(chǔ)性強(qiáng)的特點(diǎn)。將思政元素融入大學(xué)物理教學(xué),有利于推進(jìn)落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)。本研究以大學(xué)物理中“動(dòng)量守恒定律”為案例進(jìn)行課程思政教學(xué)實(shí)踐。在教學(xué)中著重培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)思維,從物理學(xué)視角進(jìn)一步認(rèn)識(shí)物體之間的相互作用。理解“定理”和“定律”的區(qū)別和聯(lián)系。以中國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展和火箭為例,介紹動(dòng)量守恒定理的應(yīng)用,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)。同時(shí)強(qiáng)調(diào)動(dòng)量守恒定律的普適性,并以原子核衰變?yōu)槔榻B其在科技前沿的應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感。將顯性的知識(shí)傳授與隱性的價(jià)值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一,實(shí)現(xiàn)專業(yè)教育和思政教育的融會(huì)貫通。

　　關(guān)鍵詞 課程思政;大學(xué)物理;動(dòng)量守恒定律;科技前沿

　　呂莎莎; 聶新明; 孟鑫; 唐飛; 田康振 物理與工程2021-12-27

　　2020年5月28日教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》,教高〔2020〕3號(hào)。文件中明確指出:把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系, 全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè),發(fā)揮好每門課程的育人作用,提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]。大學(xué)物理為理工科類本科各專業(yè)必開的基礎(chǔ)課程或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程,具有基 礎(chǔ) 性、受 眾 廣 的 特點(diǎn)。此課程旨在通過分析自然界中存在的現(xiàn)象得出物理學(xué)規(guī)律,涵蓋力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理學(xué)[2]。這種教學(xué)內(nèi)容的豐富性與思政教育滲透于生活中的理念是一致的。大學(xué)物理作為一門基礎(chǔ)性課程,為學(xué)生科學(xué)思維方法訓(xùn)練、探究能力培養(yǎng)提供有效的途徑[3]。因此,將大學(xué)物理里面的思政元素深入挖掘,并與教學(xué)有機(jī)融合,將會(huì)進(jìn)一步提高立德樹人成效[4-6]。

　　動(dòng)量守恒定律是質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理的延伸和應(yīng)用,是將所學(xué)物理知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的典型案例,有助于提升學(xué)生學(xué)以致用的能力。此外,動(dòng)量守恒定律也是物理學(xué)中同時(shí)適用于宏觀和微觀的物理定律,對(duì)于物理學(xué)思維的培養(yǎng)具有重要意義。在授課過程中融入動(dòng)量守恒定律對(duì)于科技進(jìn)步的巨大推動(dòng),激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷。

　　1 教學(xué)目標(biāo) 1.1 知識(shí)與技能目標(biāo)

　　(1)理解質(zhì)點(diǎn)系的內(nèi)力、外力,掌握動(dòng)量守恒定理。 (2)理解動(dòng)量守恒定律的成立條件。 (3)掌握運(yùn)用動(dòng)量守恒定律分析力學(xué)問題的思想和方法。

　　1.2 課程思政目標(biāo)

　　(1)培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感,激發(fā)科技報(bào)國(guó)情懷。 (2)強(qiáng)化物理學(xué)思維方法的訓(xùn)練。

　　2 動(dòng)量守恒定律課程思政教學(xué)過程 2.1 知識(shí)回顧,溫故求新

　　通過上一次課學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)掌握了質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理。通過復(fù)習(xí),再次明確質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系、內(nèi)力、外力的概念。尤其是明確定理的適用范圍和注意事項(xiàng)。定理是經(jīng)過受邏輯限制的證明為真的陳述。因此,定理一般都有限定條件。對(duì)于質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理的共同限定條件是只適用于慣性系。此處強(qiáng)調(diào)物理學(xué)定理的特點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)思維,即“談定理,必要談前提”。

　　2.2 問題導(dǎo)入,激發(fā)興趣

　　通過播放“天和”號(hào)核心艙發(fā)射成功新聞及視頻,啟發(fā) 學(xué) 生 觀 察 并 思 考 核 心 艙 是 如 何 “上 天” 的[7]。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到運(yùn)載火箭的重要性。進(jìn)一步設(shè)問火箭發(fā)射的基本原理是什么,能否用我們已有的知識(shí)進(jìn)行解答。這種啟發(fā)式的問題導(dǎo)入,可以使學(xué)生獲得層層遞進(jìn)、抽絲剝繭學(xué)習(xí)的樂趣。

　　2.3 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理與動(dòng)量守恒定律

　　承接問題導(dǎo)入,讓學(xué)生繼續(xù)觀察研究質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理[8] I=∫ t t0 ∑i F ex i dt=∑i pi - ∑i pi0 (1) 即作用于系統(tǒng)的合外力的沖量等于系統(tǒng)動(dòng)量的增量。請(qǐng)同學(xué)們分組思考:針對(duì)質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理的一個(gè)特殊情況,即如果質(zhì)點(diǎn)系所受的合外力F ex=0, 此時(shí)會(huì)得到什么結(jié)論? 該問題其實(shí)是質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理的一個(gè)應(yīng)用。學(xué)生可以比較容易得到:如果質(zhì)點(diǎn)系所受的合外力F ex=0,則系統(tǒng)的總動(dòng)量不變,末動(dòng)量等于初動(dòng)量。這就是這節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容:動(dòng)量守恒定律,其表達(dá)式為[8] 若F ex =0則p=C (2) 即在某一段時(shí)間內(nèi),若質(zhì)點(diǎn)系所受外力矢量和自始自終保持為零,則在該時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量守恒。進(jìn)而,啟發(fā)學(xué)生思考定理和定 律 的 區(qū) 別 和 聯(lián) 系。定理是往往是建立在假設(shè)基礎(chǔ)上,經(jīng)過推理和證明得到。定理具有內(nèi)在的嚴(yán)密性,不能存在邏輯矛盾。定律更像是一種理論模型,它用以描述特定情況、特定尺度下的現(xiàn)實(shí)世界,在其它情形或者尺度下可能會(huì)失效或者不準(zhǔn)確[9]。該問題旨在加深學(xué)生對(duì)于定理和定律的認(rèn)知,即逢物理定理、定律必先考慮其條件,往往定律需要滿足的條件更加苛刻。總結(jié)起來,動(dòng)量守恒定律需要做如下說明:(1)動(dòng)量守恒定律的條件為F ex =∑i F ex i =0, 或者某一方向上滿足合外力為0,那么該方向上動(dòng)量守恒。(2)系統(tǒng)內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力時(shí),F ex?F in,可近似地認(rèn)為動(dòng)量守恒。(3)動(dòng)量守恒定律是物理學(xué)最普遍、最基本的定律之一,在宏觀和微觀領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。(4)對(duì)于一切慣性系動(dòng)量守恒定律都成立,但在解決具體問題時(shí)各質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量都應(yīng)該相對(duì)于同一慣性系。(5)內(nèi)力對(duì)系統(tǒng)動(dòng)量無貢獻(xiàn),即系統(tǒng)的總動(dòng)量不變。但內(nèi)力可改變每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量,從而使系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)量重新分配。如站在光 滑 冰 面 上 的 兩 個(gè) 人 A,B,質(zhì) 量 為 mA 和 mB。通過 手 部 互 相 推 一 下,兩 人 分 別 獲 得 速 度