大學物理“動量守恒定律”課程思政的實施

　　摘 要 大學物理是高校理工科教學體系的基礎性課程,具有受眾面廣、基礎性強的特點。將思政元素融入大學物理教學,有利于推進落實立德樹人的根本任務。本研究以大學物理中“動量守恒定律”為案例進行課程思政教學實踐。在教學中著重培養學生的物理學思維,從物理學視角進一步認識物體之間的相互作用。理解“定理”和“定律”的區別和聯系。以中國航天事業的發展和火箭為例,介紹動量守恒定理的應用,激發學習興趣,提高學生科技報國的家國情懷和使命擔當。同時強調動量守恒定律的普適性,并以原子核衰變為例介紹其在科技前沿的應用,培養學生勇攀科學高峰的責任感和使命感。將顯性的知識傳授與隱性的價值引領的有機統一,實現專業教育和思政教育的融會貫通。

　　關鍵詞 課程思政;大學物理;動量守恒定律;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日教育部關于印發《高等學校課程思政建設指導綱要》,教高〔2020〕3號。文件中明確指出:把思想政治教育貫穿人才培養體系, 全面推進高校課程思政建設,發揮好每門課程的育人作用,提高高校人才培養質量[1]。大學物理為理工科類本科各專業必開的基礎課程或專業基礎課程,具有基 礎 性、受 眾 廣 的 特點。此課程旨在通過分析自然界中存在的現象得出物理學規律,涵蓋力學、熱學、電磁學、光學、原子物理學[2]。這種教學內容的豐富性與思政教育滲透于生活中的理念是一致的。大學物理作為一門基礎性課程,為學生科學思維方法訓練、探究能力培養提供有效的途徑[3]。因此,將大學物理里面的思政元素深入挖掘,并與教學有機融合,將會進一步提高立德樹人成效[4-6]。

　　動量守恒定律是質點系的動量定理的延伸和應用,是將所學物理知識與實際應用緊密結合的典型案例,有助于提升學生學以致用的能力。此外,動量守恒定律也是物理學中同時適用于宏觀和微觀的物理定律,對于物理學思維的培養具有重要意義。在授課過程中融入動量守恒定律對于科技進步的巨大推動,激發學生科技報國的家國情懷。

　　1 教學目標 1.1 知識與技能目標

　　(1)理解質點系的內力、外力,掌握動量守恒定理。 (2)理解動量守恒定律的成立條件。 (3)掌握運用動量守恒定律分析力學問題的思想和方法。

　　1.2 課程思政目標

　　(1)培養社會責任感,激發科技報國情懷。 (2)強化物理學思維方法的訓練。

　　2 動量守恒定律課程思政教學過程 2.1 知識回顧,溫故求新

　　通過上一次課學習,學生已經掌握了質點和質點系的動量定理。通過復習,再次明確質點、質點系、內力、外力的概念。尤其是明確定理的適用范圍和注意事項。定理是經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。對于質點和質點系的動量定理的共同限定條件是只適用于慣性系。此處強調物理學定理的特點,培養學生物理學思維,即“談定理,必要談前提”。

　　2.2 問題導入,激發興趣

　　通過播放“天和”號核心艙發射成功新聞及視頻,啟發 學 生 觀 察 并 思 考 核 心 艙 是 如 何 “上 天” 的[7]。讓學生認識到運載火箭的重要性。進一步設問火箭發射的基本原理是什么,能否用我們已有的知識進行解答。這種啟發式的問題導入,可以使學生獲得層層遞進、抽絲剝繭學習的樂趣。

　　2.3 質點系的動量定理與動量守恒定律

　　承接問題導入,讓學生繼續觀察研究質點系的動量定理[8] I=∫ t t0 ∑i F ex i dt=∑i pi - ∑i pi0 (1) 即作用于系統的合外力的沖量等于系統動量的增量。請同學們分組思考:針對質點系的動量定理的一個特殊情況,即如果質點系所受的合外力F ex=0, 此時會得到什么結論? 該問題其實是質點系動量定理的一個應用。學生可以比較容易得到:如果質點系所受的合外力F ex=0,則系統的總動量不變,末動量等于初動量。這就是這節課的重點內容:動量守恒定律,其表達式為[8] 若F ex =0則p=C (2) 即在某一段時間內,若質點系所受外力矢量和自始自終保持為零,則在該時間內質點系動量守恒。進而,啟發學生思考定理和定 律 的 區 別 和 聯 系。定理是往往是建立在假設基礎上,經過推理和證明得到。定理具有內在的嚴密性,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、特定尺度下的現實世界,在其它情形或者尺度下可能會失效或者不準確[9]。該問題旨在加深學生對于定理和定律的認知,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。總結起來,動量守恒定律需要做如下說明:(1)動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,那么該方向上動量守恒。(2)系統內力遠大于外力時,F ex?F in,可近似地認為動量守恒。(3)動量守恒定律是物理學最普遍、最基本的定律之一,在宏觀和微觀領域都有重要應用。(4)對于一切慣性系動量守恒定律都成立,但在解決具體問題時各質點的動量都應該相對于同一慣性系。(5)內力對系統動量無貢獻,即系統的總動量不變。但內力可改變每個質點的動量,從而使系統內的動量重新分配。如站在光 滑 冰 面 上 的 兩 個 人 A,B,質 量 為 mA 和 mB。通過 手 部 互 相 推 一 下,兩 人 分 別 獲 得 速 度