在高中物理课堂中融入课程思政的教学设计

吴灿铭 陈文峰 李秀燕

摘   要：课程思政是新时期各学校和教育机构落实立德树人根本任务的新要求。文中以鲁科版普通高中教科书必修二“万有引力定律的应用”为例，尝试将德育与智育相结合，以期实现课程思政，落实立德树人的教育目标。

关键词：课程思政;立德树人;高中物理;教学设计

引言

2014教育部在印发的《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中对全面深化课程改革提出了“德育为先、能力为重”的要求 [ 1 ]。习近平总书记在2016年12月的全国高校思想政治工作会议和2018年5月的北京大学师生座谈会上都提出了 “把思想政治工作贯穿教育教学全过程”，各类课程要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应[ 1 ]。2017年颁布的《普通高中物理课程标准》规定了教育目标和教育内容，明确指出要着力发展核心素养，同时使学生具有理想信念和社会责任感 [ 2 ]。

物理学是研究物质最基本的运动规律及其基本结构和应用的科学，在物理学发展历程中形成的基础理论体系和研究方法是现代科学技术的基础，是学生智能结构发展的重要组成部分。高中物理课程作为基础教育的一分子，承载着党的教育方针和教育思想，是国家意志在教育领域的直接体现，课程性质决定了该课程实施“课程思政”有丰富的资源和天然的优势。

在高中物理教学中实施课程思政的实质，就是围绕“立德树人”这一中心，通过课堂教学这一主渠道，把知识传授、能力培养和价值观引领有机结合，从而培养更多的德智体美劳全面发展的社会主义事业建设者和接班。许多一线教师对如何在物理课堂中渗透思政元素，提出了诸多建议[ 3-7 ]。下面，将以“万有引力定律的应用”的教学设计为例，把知识传授、能力培养和价值观结合，有效开展课程思政。

1  教学设计——万有引力定律的应用

根据《普通高中物理课程标准》的要求，本节的教学目标[ 8 ]如表1所示。

表1  教学目标

基本教学过程如图1。

2  思政元素的挖掘

2020年教育部关于印发《高等学校课程思政思想建设指导纲要》，纲要指出理学类课程要注重思维方法的训练和科学伦理的教育，在课程教学中把科学精神的培养和马克思主义立场观点方法的教育结合起来，提高学生认识、分析和解决问题的能力，培养学生的责任感和使命感。

自新中国成立以来，中国科学技术所取得的非凡成就是中国物理课堂思政素材，本教学设计中与航天航空相关的科技进展均可作为思政素材，例如嫦娥工程、“东方一号上天”、北斗卫星导航系统等。通过介绍这些科技成就，有助于增强学生的民族自信心和自豪感，培养学生的爱国情怀。

物理学史是物理学形成的发展过程。物理学史在中学物理教学中时常被忽略，物理教科书中的物理概念、物理理论、物理定律用精炼的语言呈现，没有体现其形成的思维过程，如果将物理学史融入课程内容，不仅使学生对学科本质有更深刻的理解，培养学生的科学思维，还能深化学生对世界的认识，学习科学家的精神，培养学生的责任感和使命感，形成正确的价值观。在本教学设计中，就牛顿关于卫星的设想及海王星的发现过程都可以当做思政素材[ 9 ]。

哲学是科学的根基，物理学是哲学的分支，那么哲学必然能够对物理教学起到指导作用。学生如果想真正获得物理知识就要站在更高的角度来思考问题，理解问题，在遇到类似问题时，才能触类旁通。如果我们能够在教学中渗透哲学思想，对提升学生的核心素养具有很大的意义。在本教学设计中涉及到的主要哲学思想有影响事物的主要因素和次要因素，认识和实践的辩证关系[ 10 ]。

3  融入思政元素

新课引入时，通过播放嫦娥五号的相关新闻，向学生介绍嫦娥五号是继美国、苏联之后第三个实现月球采样返回的国家。培养学生的民族自豪感和爱国情怀，利用科技前沿把思政元素融入课堂，为更好培养学生科学思维可设问：“嫦娥五号飞向月球的原理是什么呢？”

4  渗透教学

4.1  计算地球质量

思考1：足球的质量应该如何测量呢？这些方法可以用来测量地球的质量吗？

经过学生讨论，可以用天平、电子秤、弹簧测力计等，而测量足球的方法不能用来测量地球的质量。

思考2：在地球表面上的物体受到的万有引力和重力之间有什么关系呢？

在地球表面上的物体受到的万有引力可以分解成物体跟着地球绕地轴做匀速圆周运动的向心力和物体受到的重力，如图2。

思考3：已知物体在赤道上的重力加速度为9.78 m/s2，已知：R=6400 km，T=24 h，你能计算出物体在赤道上随着地球绕地轴做匀速圆周运动的向心加速度吗？

a向=R=×6.4×106 m/s2=0.034 m/s2

通过学生的計算可以知道在赤道上的物体向心加速度远小于重力加速度，而当物体向两极运动时，根据F=mRω2，向心加速度在减小。在两极时，万有引力等于重力。由于在地球表面的物体，无论在赤道、两极还是赤道与两极之间，向心加速度总是远小于重力加速度，所以可以忽略地球自转。

即在地球表面的物体G≈mg，地球质量为M=。

总结：影响事物的因素可分为主要因素和次要因素，在计算地球质量的问题中，万有引力的分力重力是主要因素，万有引力的另一分力向心力属于次要因素可以忽略。在物理学上，为了方便研究问题，抓住主要因素，忽略次要因素，是物理学上常用的一种科学方法。在刚才同学们说的方法都无法用来测量地球的质量，只是说已知的方法都行不通，而世界有许多我们还未认知的方法，所以在学习上，遇到困境，要相信有未知的解决的办法，只要去探索，便能柳暗花明。

4.2  计算中心天体质量

思考4：月球围绕地球做匀速圆周运动，M是地球的质量，m是月球质量，r是月球到地球中心的距离，是月球的角速度，v是月球的线速度，T是月球环绕周期，建构物理模型如图所示，你能不能根据这些条件推导出地球的质量呢？

线速度v和轨道半径r已知，则G=m，M=

周期T和轨道半径r已知，则G=mr，M=4

角速度w和轨道半径r已知，则G=mrw2

思考5 求解天体的质量需要哪些条件和要求呢？

先让学生掌握求解地球的质量的方法，进而让学生掌握求解其他天体质量的方法，从“特殊到一般”培养学生科学思维。

4.3  人造卫星的运行原理

思考6：让一个物体从同一高度水平抛出，初速度越大，落地点距离投掷点就越远，当速度足够大时，物体将会怎么样呢？

（老师直接讲授）

牛顿在《自然哲学的数学原理》中用一幅图，解释行星保持在某轨道运行的原因，如图3。牛顿从抛体运动角度出发，从高山上投掷一个物体，物体因其自身重力，物体做曲线运动，当速度越大，落地點离投掷点就越远，只要初速度足够大，物体将不再落到地面上成为一颗人造地球卫星。再利用牛顿的名言“如果没有大胆的猜测就做不出伟大的发现”，鼓励学生像牛顿一样大胆创新、大胆想象。告诉学生牛顿的伟大设想是人类航空技术得以发展的源头，牛顿对人类社会有巨大的贡献，教育学生应该向牛顿学习，为社会做贡献，培养学生的责任感和使命感。

再通过播放东方红一号的发射视频介绍人造卫星发射原理，并向学生介绍1970年，中国不仅是生产飞机，就算是生产汽车也还很费劲。就在这样的条件背景下，航天人利用简陋的设备，没有用外国技术的情况下，实现了中国的第一个太空使命。老一辈航天人攻坚克难，写下中国航天事业第一笔，通过介绍东方红一号的发射背景，让学生在对航天人的钦佩中油然而生爱国之情。

4.4  宇宙速度

思考7：当物体速度达到多大时，就不会落到地面上，成为一颗人造卫星呢？

引导学生构建卫星绕地球表面做匀速圆周运动理想模型，如图4。万有引力提供卫星绕地球做圆周运动的向心力，设M为地球质量，m为卫星质量，卫星的速度为v，R为地球半径。

则：G=m

v==km/s=7.9 km/s这就是第一宇宙速度，既是发射的最小速度，又是最大环绕速度。

再通过让学生观看视频，了解第二、第三宇宙速度。接下来通过引导学生画出当7.9 km/s≤v≤11.2 km/s，时，卫星的运行轨道如图5。并指出量变是质变的必要准备，质变是量变的必要结果，发射速度的改变引起了人造卫星最终运行轨道的改变，顺势指出不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海，警醒学生在学习中也应该日积月累，没有量的积累，就不可能实现事物的飞跃发展，就难以获得成功。

4.5  发现未知行星——海王星

（老师直接讲授）

1781年，人们发现了天王星，天文学家发现天王星绕太阳的运行轨道与万有引力定律计算出来的轨道不符合。许多人就开始质疑万有引力定律的正确性。而亚当斯和勒维耶肯定万有引力定律这一根本规律，断定在天王星之外还有一颗行星，亚当斯计算出了这颗行星的轨道和质量，勒维耶计算出这颗行星的位置，正确的认识能够对实践起促进作用。实践是检验认识是否正确的唯一标准，1846年伽勒发现了海王星，证明了牛顿万有引力定律的正确性。通过展现海王星发现的前因后果，让学生对万有引力定律有更进一步认识的同时，潜移默化的渗透辩证思想。

5  结束语

本文以万有引力定律的应用为例，对中学物理中的课程思政进行了案例研究。中学物理不仅包含了该学科的知识体系，还富有德育内涵。在课程思政的理念下，教师要挖掘蕴藏在教材中的思政元素，精心设计教学内容，选择合适的教学方法，在教学中融入各种思政元素进行教学，在传授知识的过程中，培养学生的美好品德，落实立德树人的根本任务。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部. 教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见 [EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/jcj_kcjcgh/201404/t20140408_167226.html，2014-04-08.

[2]习近平. 把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展新局面 [N]. 人民日报 ，2016-12-09.

[3] 陈宗荣.格物致理，立德树人——中学物理学科渗透德育教育的目标[J].物理教学探讨，2014，32（9）：1-3，6.

[4] 惠恩玲，拾景忠.物理教学与立德树人[J].湖南中学物理，2015，30（11）：10-11，15.

[5]陈长宏.例析物理课堂教学与哲学思想的渗透整合—以“万有引力与航天”一章为例[J].物理通报，2016（3）：49-51.

[6] 张敏芳.基于“立德树人”的初中中国物理元素课程建设—以《科学探究：摩擦力》为例[J].现代教育，2019（11）：59-60.

[7]段荣寿.以爱国主义思想教育驱动物理学科学习[J].青海教育，2020（Z3）：76.

[8] 中学物理教材编写组.普通高中教科书物理 必修第二册[M].山东：山东科学技术出版社，2019.

[9]徐俊敏，李欣.浅谈物理学史在大学物理教学中的作用[J].教育教学论坛，2020（31）：329-331.

[10] 朱明珠.在高中物理教学中渗透哲学思想的研究[D].大连：辽宁师范大学，2018.