大学物理课程思政教学实践——以角动量守恒定律为例

李忠秀 李小毛 姚明印 王义华

（江西农业大学工学院 江西·南昌 330045）

2020年5月，教育部颁发了《高等学校课程思政建设指导纲要》，落实立德树人根本任务，必须将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体、不可割裂。紧紧抓住教师队伍“主力军”、课程建设“主战场”、课堂教学“主渠道”全面推进课程思政建设。本工作以该纲要为指导，基于大学物理这门学科基础课，研讨了大学物理课程思政教学的意义，力学部分思政元素的挖掘与凝练，同时以动量守恒定律为例进行了教学实践，将自然规律和道德准则同时引入学生内心，促使学生精神成人、专业成才。

1 大学物理课程思政的意义

以物理基本理论和基本方法为主要内容的大学物理公共课程，具有覆盖面大、课堂学时多和基础性强等特点，在人才培养体系中具有重要的地位和作用，大学物理课程中思政素材丰富多样、真实自然，适合开展多主题的思政教育，是将价值引领融入知识传授，传播辩证唯物主义、弘扬爱国主义、培养科学精神、塑造高尚品格的有效平台，是将自然规律和道德准则同时引入学生的内心，促使学生精神成人、专业成才的优良载体[1-3]。

物理学本身脱胎于哲学，研究对象大至宇宙，小至微观粒子，包罗万象，充满了哲学思辨。与其他自然科学相比，物理学更着重于对物质世界普遍而基本的规律的追求。“根本固者，华实必茂；源流深者，光澜必章”，中华优秀传统文化，源远流长、博大精深，物理学与传统文化有着显而易见的区别，又有着千丝万缕的联系，物理学研究在我国有着悠久的历史，自先秦到宋元时期，我国在物理研究领域都处于世界领先地位，这些能够使学生更加坚定文化自信。在讲授相关物理知识时，可以穿插讲授邓稼先（原子弹）、南怀仁（FAST）、高伯龙（激光陀螺仪）、杨长风（北斗导航）、潘建伟（量子卫星）等这些民族脊梁和国之重器。激励后代学子们薪火相传、立志成才、不忘家国。科学精神的内涵包括求真求实、怀疑批判、创新探索、甘于奉献等科学要素，对科学技术的快速发展具有重要的作用，科学精神将引领和推动科学技术的进步和发展。在物理学波澜壮阔的发展史上，物理学家灿若星辰，闪耀着永恒的光芒，其中不乏坚忍不拔、道德崇高者。因此，在讲解物理相关理论时，可以简要讲述相关物理学家高尚品质、科学精神，自然而然的融入课堂教学内容中，进行润物无声、潜移默化的思政育人[4-6]。

2 角动量守恒定律教学中开展课程思政的基本思路

2.1 以创新能力培养为核心确立思政目标

（1）以美育促德育、智育，发展创新思维。物理美学思维，可以激发学生探索物理世界的激情，产生积极的联想和深刻的理解，从而迸发出创造性思维的火花。有助于促进和完善学生的观察能力、思维能力。

（2）扬家国情怀，塑科学精神，铸坚韧品格。开拓创新需要创造意识和科学思维，敢于标新立异，具备敏锐的发现问题的能力，同时创新并不是一蹴而就，需要磨炼学生的耐心和毅力，打磨追求卓越的坚韧品格。

2.2 结合教学要求和课程思政目标设计教学方案

在教学过程中，通过创设情境，提出问题，诱发学生好奇心，预留悬念，导入新课。然后利用板书推导角动量定理、角动量守恒定律，总结归纳其成立条件和适用范围，同时开展与动量定理、动量守恒对比教学，起到温故知新的效果。接着理论联系实际，利用绕定轴的角动量守恒定律解释了新课引入时预留的两个问题，前后呼应。由回转仪原理及其在航海航空航天中的应用，引申到高伯龙院士历时40余年研究的激光陀螺仪在国防上的重要性和意义。本节课将角动量定理和角动量守恒定律知识的传授和生活中常见实际问题的解决有机地结合起来，体现“从生活走向物理，从物理回归生活”的教学理念，有利于促进学生思维能力、综合能力和科学素养的全面提升；拓展至我国科技国防事业的成果，弘扬爱国主义和科学精神，坚定四个自信。

3 角动量守恒定律课程思政元素挖掘、凝练与融入的教学实践

角动量定理和守恒定律不仅适用于宏观物体，也是微观物理学中重要的自然界普遍规律之一。下面根据对定理定律分析、解释和解决实际生活和工程中的物理问题，构建数理思维和逻辑思维，建立理解和欣赏生活中的物理美的眼光，以“勇于创新、追求卓越”为核心，进行挖掘和凝练思政元素的教学探索。

3.1 以美育促德育、智育

物理学力求用高度凝练和严密的数学语言表述错综复杂的物理现象，使物理理论体系呈现出高度的简洁美，但反映的内在规律确是非常深刻的。我们可以将数学、物理学、美学关联起来，发现、感受、鉴赏物理学中的美，培养学生的审美情怀，以美育促进德育和智育，促进学生理解和掌握知识，发展创新思维和发散性思维。

角动量定理：合外力矩对刚体的冲量矩等于刚体角动量的增量。

角动量守恒定律：当合外力矩等于零，刚体的角动量保持不变。

运动定律的空间平移对称性导致动量守恒定律，时间平移对称性导致能量守恒定律，空间旋转对称性（空间各向同性）导致角动量守恒定律。角动量定理和守恒定律充分体现了物理学的简洁美、和谐统一美、对称美，将纷繁复杂的转动现象归一为简单的式子。正是这些在杂乱中形成规律，在无序中引入秩序的美学思想，支配着理论物理学家制造的数学表达形式，在物理学的前沿探讨中发挥着愈来愈大的作用，引导着科学家不断精准地描述自然界，创建新理论，也指明了如何进行创造性思维和探索自然界奥秘的思考方向。审美与求知并存，教师在传授枯燥深奥的专业知识的同时，指导学生分析和发现物理学中的理性美，培养和发展他们物理美学思维能力，能使学生较为轻松的进入并保持深度学习，取得良好的教学效果。

3.2 激励自主创新，弘扬家国情怀

物理学具有厚重的历史底蕴，实事求是的科学精神，洞悉万物的科学思维，唯物辩证的研究方法，为大学物理课程思政提供了多方面的思政素材，本节课通过拓展引入高伯龙院士历时40余年自主创新研制成功“激光陀螺仪”的成果及简述艰苦卓绝的研究过程和意义，激励学生只有努力奋斗，才能自主创新，激发弘扬学生的家国情怀，让学生领会求真是科学精神的核心，创新是科学精神的特征，那么家国情怀、使命担当就是中国科学家精神的灵魂之要义。

在授课开始播放郭晶晶跳水和直升机的动图并提出问题，运动员为什么把双臂和腿时而展开，时而收拢。单旋翼直升机为什么要有尾翼装置？双旋翼直升机为什么设计两个旋翼，借势导入新课，引出角动量守恒。通过创设情境，激发学生的求知欲，引发学生共鸣和对问题的思考。

本着学以致用的原则，通过前面学习的新的理论知识，引导学生把运动员看作非刚体，运动员起跳后，绕质心转动，重力通过质心轴，角动量守恒，运动员在空中由肢体舒展到抱膝翻转过程中，因动作变化使得转动惯量减小，角速度增大；当打开双臂和双腿时，转动惯量增大，角速度减小，更易平稳入水。借此介绍中国跳水梦之队，学习他们勇攀高峰、超越自我、追求卓越的奋斗精神，激发同学们努力学习，为国争光的荣誉感和自豪感。

利用角动量守恒定律解释回转仪定向原理引出我国早在汉代的发明“被中香炉”：“长安巧工丁缓者，为常满灯……又做卧褥香炉，一名被中香炉。为机坏环转四周，而炉体常平”，显示出非凡的技巧，展示中华文明风采，弘扬中华优秀传统文化，使学生坚定文化自信。从哲学上的辩证法来说，我们应坚持一分为二和全面的观点看问题，虽然这项杰出的创造比欧洲国家提出类似设计早了1000多年，但在我国仅应用于生活用具，而16世纪意大利人希·卡丹诺制造出陀螺平衡仪并应用于航海上，使它产生了巨大的作用。中国古代科技最终未能发展处近现代科学，孕育出工业革命，由此引出著名的“李约瑟难题”，引起同学们的警醒和深思。

陀螺仪是军事作战中必不可少的导航装置，激光陀螺仪虽然在原理上有别于机械陀螺仪，但其思想来源于陀螺仪。高伯龙院士穷尽一生不懈追求科学真理，笃信科学救国，不畏艰险、顽强拼搏，耗费43年，2007年成功研制出空间环路四频差动激光陀螺，随后完成双轴旋转式惯导系统，有效解决了激光陀螺漂移误差，使精度达到当时世界第一。高伯龙院士成功破译“钱学森密码”，让我国的激光陀螺在世界上发出耀眼的光芒。现如今，我国的东风-41的命中精度堪称世界第一，其关键就是制导技术的核心部件-激光陀螺，我国正是拥有这一镇国神器，在与美国进行谈判时，才有底气发出“美国没有资格在中国的面前说，你们从实力的地位出发同中国谈话”的世纪最强音。在教学过程中，把2021年3月18日阿拉斯加中美高层对话的图片和1901年辛丑条约签订现场图片进行对比，学生会产生强烈的共鸣，心灵能够产生触动。我们首先要知道弱国无外交，落后就要挨打的现实，强国首先要强科技，科技是第一生产力，激励同学们努力学习，报效祖国，弘扬爱国主义。再者，要向老一辈科学家学习，学习他们求真务实、报国为民、无私奉献的爱国情怀和高尚品格，学习他们攻坚克难、勇攀高峰的科学精神。

4 结语

课程思政元素和理论内容必须做到水乳交融、有机结合，做到琴瑟和鸣，同频共振，引起学生共鸣，拨动学生心弦，从而使得教师的课堂教学能够吸引和启迪学生。在教学实践中，笔者在大学物理教学实践中发现，结合教学具体内容，适时适度引入课程思政元素效果是明显的，尤其是关系到我国科技进步的国之重器和介绍做出重大贡献的科学家这些民族脊梁时，学生听得津津有味，常有感悟。对于在课程中引入唯物辩证法元素时，就有点牵强，思虑后应是教师本身的问题，尚需加强教师自身的素养，努力锻炼成有术且悟道的优秀教师。所以，教师一旦把思政之“盐”化于课程之“汤”，课程思政教育和专业知识教育也就实现了同向同行，令人印象深刻。因此，课程思政建设和专业课质量提升的内在目标是一致的。大学物理课程思政应用于课堂教学实践得到了学生的认可，通过真实生动的课程思政案例，增强学生学习兴趣的同时，也激发了学生求知欲，增强了民族自信和爱国主义情怀。