力学课程思政教学的探索与实践

2022-03-17傅玲

桂林师范高等专科学校学报 2022年1期

傅玲

（桂林师范高等专科学校物理与工程技术系，广西桂林 541199）

2016 年12 月习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出：“各门课程都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。”[1]各学科应该根据自身特点，在教学过程中融入思政元素，做到教书育人。物理学的研究内容及研究方法对培养学生科学的世界观、人生观和价值观有着重要的作用，因为物理学的发展与哲学的发展是密不可分的，物理学的研究是在一定的哲学思想指导下进行的，物理学的发展过程是一个辩证的过程，它为辩证唯物主义提供了大量的科学例证。如何利用物理学课程帮助学生形成正确的世界观、人生观、价值观是物理课程教学的重要任务。力学是物理学发展的分支，也是物理教育专业学生接触的第一门专业课程，如何在力学课程教学过程中开展课程思政十分重要。

一、力学在物理学的地位与作用

物理教育专业中力学课程的主要内容是经典力学理论，它是研究物体机械运动所遵循规律的一门科学。力学理论的建立标志着近代自然科学的诞生，力学概念、力学规律以及蕴含在其中的思想和方法对物理学其他分支及其他自然学科的发展影响深远。伽利略、开普勒、牛顿等人为力学理论的建立做出了奠基性的贡献，他们采用实验、数学、理想化模型、归纳和演绎相结合的逻辑推理等科学研究方法，取代了以往人们不经过实验验证只靠观察就直接得出结论的认知方法。他们总结出物理的认知规律，能更好地抓住事物的本质特征，正确地认识自然，有力地促进物理学的发展。

二、利用力学课程开展思政教育的优势

（一）力学理论的物理认知过程有利于学生形成科学的世界观[2]

世界观是人们对世界总的看法，它是人们在社会实践过程中逐渐形成的，但它又指导着人们的实践活动，不同世界观指导下的行动是不同的，科学的世界观指导人们在工作和生活中采用正确的态度和方法。青少年在成长过程中要逐渐形成科学的世界观。

力学理论建立过程中形成的物理认知是物理学家在探索宏观低速物体的运动规律中所形成的认知。17 世纪，“经典物理学的奠基人”伽利略利用斜面实验推翻了亚里士多德“物体的运动是需要力来维持的”这一统治物理学界将近2000 年的错误观点，提出“任何物体都具有惯性”。斜面实验标志着物理学的真正开端。研究采用的方法是以可靠的实验为基础，通过把研究对象（或过程）理想化，并进行逻辑推理得出结论。这一方法突出物理现象的主要因素，忽略次要因素，更好地抓住事物的本质特征，以实验为基础并进行逻辑推理，突破实验条件的束缚，正确地认识自然。

对于天体运动，开普勒在行星运动三定律提出之前坚信世界是上帝根据完美的数学创造的，所以他接受哥白尼的“日心说”，因为“日心说”比托勒密的“地心说”更加和谐简单，他坚信行星是绕太阳做匀速圆周运动的。但当开普勒根据正圆形轨道算出火星的位置与第谷的观测数据有8 分之差的时候，他坚信第谷的观测事实，摒弃了原来的偏见，最终认识到行星的运动轨道是椭圆的。开普勒这种尊重观测事实的态度以及他把模型与数学、观测事实相结合的研究方法，使得他能科学地看待自然，从而发现了行星运动规律。

牛顿在伽利略、开普勒等人研究的基础上，通过深入研究总结得出牛顿运动三定律。他又通过应用科学猜想、推理、类比的方法把地面上的力和天体运动的力统一起来，最后运用数学推出了万有引力定律，实现了物理学理论的第一次大统一。牛顿运动三定律的正确性在对哈雷彗星的回归周期的预测、海王星的发现等科学观察和实验中得到了验证。但由于受到条件限制，当时人们只看到低速宏观物体的运动，认为时间与空间是绝对的、没有联系的，即绝对时空观，所以牛顿无法解释行星是如何开始运动的。牛顿是朴素的唯物主义者，想用经典力学来解释全部的自然现象，认为行星是在某种外来的“第一推动力”作用下才开始运动的。经典力学无法解释的现象直至建立了相对论和量子力学，用新的时空观加以解释，人们才认识到经典力学只适用于宏观低速的物体运动。

可见，力学理论发展过程中的认知过程是一个去伪存真的过程。力学理论发展过程不断地接受实践的检验，不断地修正和完善，是经历实践—理论—实践螺旋上升的过程，这正是不断运用唯物主义辩证法来认识事物的过程。学生在学习力学理论过程中经历了这样的认知过程，使得辩证思维和创新思维不断形成，逐渐养成尊重事实、勇于实践的工作态度，敢于直面自身不足、不断完善自己，逐渐建立科学的世界观，从而在人生道路上能做到正确辨别是非美丑。

（二）“物理精神”有利于培养学生正确的人生观、价值观

人生观是一定的世界观在人生问题上的表现，它指的是人们对人生问题的根本看法和态度[3]。价值观是人们在认识各种具体事物的价值的基础上形成的对事物价值的总的看法和根本观点。为了把学生培养成社会主义的建设者和接班人，应该逐渐培养学生全心全意为人民服务的人生观和集体利益高于个人利益的价值观。在物理认知过程中注重物理精神的渗透有利于学生形成正确的人生观、价值观。

科学研究是一个漫长的、异常艰辛的过程，但是物理学家为了人类文明的进步几十年如一日地沉浸其中，为了科学研究甚至献出生命。什么力量促使他们坚持呢？这就是物理精神，即物理学家在对自然界不断探索的过程中形成的人格精神[4]。物理学家把自己的科学研究与社会的发展紧密联系起来，获得不竭动力。例如，提出“日心说”的哥白尼就认为“人的天职在于勇敢探索真理”。布鲁诺为了支持哥白尼的“日心说”，坚持与教会作斗争，最后被活活烧死在罗马的鲜花广场，用生命捍卫了真理。开普勒虽然身体残疾视力不好，但能十几年如一日分析第谷的观测数据，最终发现行星运动三定律。伽利略说过“科学的唯一目的是减轻人类生存的苦难，科学家应为大多数人着想”，他虽受教会的摧残仍坚持自己的研究、仍支持“日心说”。我国的天文学家张衡认为“不患位之不尊而患德之不崇，不耻禄之不夥而耻知之不博”。我国著名科学家钱学森、茅以升等人，在国家需要的时候放弃国外优渥的条件回到祖国，不顾个人安危和条件艰苦，把全部才华奉献给国家。从他们身上可以看到，当自己的利益与国家的利益发生冲突时，只有把个人的理想与国家命运联系在一起，才能在艰苦的科学研究中获得不竭的动力，最大限度地实现人生价值。

在学生学习力学课程过程中穿插讲述这些动人的事迹，可以丰富课堂内容，激发学生学习兴趣，使他们逐渐建立正确的人生观、价值观。

三、力学课程融入课程思政的教学实践

（一）教材处理

将力学课程中融入课程思政，应当在教学内容中融入物理学史内容及具有教育意义的物理学家们的故事[5]。这样做的目的是让学生尽量完整地经历物理认知过程，突出其中的物理思想方法及物理精神，让学生在学习力学知识的同时，逐步培养他们的辩证思维、创新思维以及健全的人格，更好地达到思政教育目的。

（二）课程思政教学目标融入认知过程

我国在基础教育课程改革中提出了课堂教学三个维度的目标：知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观，这个三维教学目标适合于力学课程思政的教学目标。这三个维度教学目标是一个有机整体，都是在认知过程中达成的。学生经历物理学的认知过程，在困难面前认识到原有知识结构的不足，在解决困难过程中培养兴趣爱好和乐观精神；学生通过学习掌握新的物理知识和技能，学会运用相应的物理方法，对获得的结论进行科学判断，逐渐形成科学的世界观、人生观和价值观。

（三）教学过程的设计

教学过程的设计要体现物理认知过程，让学生经历实践—理论—实践螺旋上升的认知发展过程。下面以力学课程中的刚体定轴转动内容为例设计教学过程。

1.创设问题情景，产生认知冲突，引出问题

观察物体的定轴转动，引导学生用已有的质点知识描述和解释，发现质点模型不能描述物体定轴转动的行为，使学生意识到需要建立新模型。让学生体会力学理论是在解决困难中发展的，面对困难不能退缩回避，而是迎难而上。

2.建立理想化模型

建立理想化模型是物理学的重要研究方法。该方法强调通过分析与所研究的问题有关的因素，抓住主要因素，忽略次要因素，突出问题本质建立理想化模型。物体在做定轴转动时各点运动情况不一样，所以其形状大小是不能忽略的，不能抽象为质点，只能抽象为新的模型——刚体。在教学过程中让学生充分体验为什么要建立新模型、如何建立新模型，掌握其中的物理思想和物理方法。

3.引入物理量

学生学习刚体力学最大的困难就是克服已有的质点知识造成的思维定式。在设计刚体力学教学方案时必须让学生产生强烈的认知冲突，在引入新的物理量时要让学生经历新知与旧知的碰撞，通过与质点的知识作比较，运用类比、迁移等方法引入描述刚体转动的物理量，学生才能明白描述刚体定轴转动为什么要引入角量，而不是沿用描述质点运动的线量。

4.寻找物体运动规律

牛顿说过，没有大胆的猜想就没有伟大的发现。猜想是培养想象力和创造能力的重要手段，猜想也是物理学重要的研究方法。如何对未知的内容有效猜想呢？可以运用知识的类比和迁移的方法。在推导刚体的定轴转动定理时，可以先回忆牛顿第二定律。质点受到外力就会改变其运动状态，对于刚体究竟是什么原因改变其运动状态这些问题，有学生认为有力作用在刚体上就会改变刚体的运动。可以引导学生通过实验发现：如果力作用在轴上是不能改变物体的转动状态的，但当力作用于离开轴线的位置时就可以改变其转动状态了。通过实验进一步引导学生发现：相同大小的力，当作用点离轴线距离不同其作用效果也不同，具体的原因可以让学生先思考，然后引导学生用数学、实验方法验证，最后得到正确的结论。通过这一过程引导学生深入思考在面对新鲜事物时，如何形成自己的想法，如何验证想法的正确性，以此培养学生既要大胆创新又要小心求证的辩证思维。

5.应用

这是使学生把理论应用于实践的环节。知识的应用不仅局限于做题目，应该与日常生产生活相结合，让学生活学活用。例如，通过观察我国古代“水碓磨”的结构，让学生分析其工作原理，不仅可以增强学生运用定轴转动定理分析问题、解决问题的能力，还可以让学生感受中华民族的勤劳与智慧，使学生的民族自豪感油然而生。通过实践，使学生学会如何把实际问题转变成物理问题，灵活运用所学物理知识，培养学生建立物理模型、分析问题、解决问题的能力和努力学习报效祖国的爱国情怀。

四、课程思政促进力学课程的学习

相当部分学生都反映力学很难学，书本的内容能够看得懂，但面对具体物理习题却不知如何下手，得不到正确的答案。久而久之，学生失去了学习力学的信心。力学理论是在对前人理论的扬弃中建立和发展起来的，在力学理论建立之前，一些错误观点影响了人类将近两千年。学生在没有接触力学之前也会有这样的错误“前概念”，这些“前概念”在学生开始学习物理过程中造成障碍，使得很多学生都觉得力学很难学。要纠正这些错误的“前概念”，必须学会如何正确地认识世界，学习正确认识世界的思想和方法，建立科学的世界观，掌握物理学分析问题处理问题的方法。只有这样才能够对所学的概念、定理、定律有全面深入认识，才不会出现面对问题不知如何下手或者在处理问题过程中考虑不周、错漏百出的现象。在力学教学中融入思政教育，能使学生在学习过程中形成不怕困难、持之以恒、大胆实践、敢于创新的品格，能让学生积极主动参与物理的认知过程，提高分析问题、处理问题的能力。