力学教学中课程思政元素融合策略

刘艳芬，王佳丽，刘晨晨，孟汉玉，阴爽，国慧杰

力学教学中课程思政元素融合策略

刘艳芬，王佳丽，刘晨晨，孟汉玉，阴爽，国慧杰

（齐齐哈尔大学 理学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

力学课程虽然是物理学专业的学科专业基础必修课程，但在传输力学新知的同时应该更加注重物理思想和物理方法的建立过程．通过对实施思政的基本要素及思政要素融合策略的论述，阐述力学课程进行中以立德树人为主线，通过追溯历史、讲授新知、学以致用、联系时事等主要环节将课程思政落地实施，提高思政教育的亲和力，使课程教学与思政教学同向同行，将显性教育和隐性教育相统一，形成协同效应，构建全方位育人大格局．

力学课程；课程思政；思政元素

2020年教育部印发关于《高等学校课程思政建设指导纲要》中指出“专业课是开展课程思政建设的基本载体，要结合不同课程特点、思维方法和价值理念，深入梳理专业课教学内容，结合不同课程特点、思维方法和价值理念，深入挖掘课程思政元素”．教育的意义在于落实立德树人，将思政育人融入到专业课程教学的全过程[1]．力学课程是面向高等院校理工类物理学专业开设的一门专业基础必修课，该课程是高中与大学有效衔接的一门重要课程，具有完整性、实践性和应用性3个显著特征，知识点多、逻辑性强，兼具理论性、系统性、理论与实践紧密结合等特点，该门课程将为后续课程的学习奠定坚实基础[2]20-21．在力学课程中积极开展思政建设，不断探索思政与教学的融合策略，践行教育本身初心，细微之处完成育人过程．抓住细微言行，讲述探索经历，分享实践所得，呈现力学课程独特之处，引导学生深刻理解并自觉践行教育职业精神和职业规范，增强社会责任感、民族自豪感和国家认同感，使学生掌握各种力学模型的力学规律以及物理学中的力学知识、技术，培养学生解决实际问题的能力，为后续课程奠定坚实基础[3]．将思政元素和力学课程有机结合，使得学生能够更加形象生动地感受物理课程的魅力，同时完成发展创新人才的培养目标．

力学课程的授课目标是以知识内容的逻辑体系为主，并以创新为动力，历史性简介为辅，实现知识体系的逻辑性与历史性的有机结合．课堂是对学生开展德育的主渠道，在课程教学中实行将知识向思想教育延伸，不断挖掘力学专业知识中的思想政治教育元素，“渗透”到课堂教学中．本文从实施思政的基本要素、思政融合策略方面进行挖掘与实践．

1 在力学课程中实施课程思政的基本要素

课程思政以课程为依托，必须在课程中落地生根才能体现其价值导向和思政教育的意义．力学课程是研究以物质机械运动为主及其同物理、化学、生物运动耦合的现象，是有关力、运动、介质，宏、细、微观力学性质的学科，研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系[2]8-10．力学可分为静力学、运动学和动力学３部分，它是物理学、天文学和许多工程学的基础[4]，机械、建筑、航天器和船舰等的合理设计都必须以力学为基本依据，从而使力学学科长青不衰．力学知识最早起源于对自然现象的观察和生产劳动中的经验，如杠杆、斜面、汲水器等器具，两千多年前《墨经》中记载了运动、静止、浮力、重心、斜面等力学问题．现阶段以力学理论为指导取得的成就不胜枚举，如人类登月、建立空间站、航天飞机等为代表的航天技术；以速度超过５倍声速的军用飞机、以单机功率达百万千瓦的汽轮机组为代表的机械工业，可以安全运行的原子能反应堆等．这些灿烂历史同现代技术有机结合，为力学知识的学习提供了大量的思政素材和典型案例，将这些思政元素有机地融合进力学课程的教学内容中，找到二者的契合点、融汇点，使二者同向同行，既可以使学生很好地掌握力学知识，还可以润物无声地达到立德树人目的[5]．

力学实施课程思政的基本要素之间的关系见图１．

图1 力学课程中实施课程思政的基本要素之间的关系

2 在力学课程中思政元素融合策略

对照毕业要求修改课程大纲，将育人目标融入教学目标中，挖掘教学内容寻找思政教育与专业课程的切入点，积累思政素材，设计开展思政教育的教学环节，丰富授课手段，实施多样化、嵌入式的思政教育，提高思政教育与专业课程的切合度[6-8]．

2.1 变质量系统动力学方程与神舟火箭发射

变质量问题是经典力学中常见的一类问题，例如：人造地球卫星（主体）运动中会有尘埃（附体）不断黏附，火箭（主体）飞行不断喷射燃烧物质（附体），雨滴下落过程中不断吸收水汽加入等，这些物体与外界有质量交换的问题与定质量系统不同，被称为变质量系统[9]．这类变质量问题有一个共同特点，就是主体和离开前（或主体和加入后）的附体（小质元）具有共同的速度，该过程假设附体只与主体之间有相互作用力，不受其它外力作用．

在沿地面向上发射火箭，求出火箭的发射推动力及火箭的速度．

图2　火箭发射示意图

以火箭为研究对象，应用变质量动力学方程

整理后得

积分得

变质量系统动力学方程思政元素融合见图3，该知识点属于质点系的动量定理，该定理起源于16～17世纪西欧哲学家们对宇宙运动的哲学思考．从笛卡尔提出质量和速率的乘积是一个合适的物理量，到惠更斯在研究碰撞问题时发现，按照笛卡尔定义，碰撞前后总量不一定守恒．牛顿总结这些人的工作，将动量的定义做了修改，将质量和速度的乘积称为“运动量”．

图3 变质量系统动力学方程思政元素融合

在讲解变质量系统的动力学方程时结合中国的神舟火箭的发射史（见图4）．神舟火箭的发射可追溯到2003年神舟五号的发射开始，迄今已成功发射神舟十二号载人飞船，2021年6月17日发射的神舟十二号飞船首次实施载人飞船自主快速交会对接，首次绕飞空间站，并与空间站径向交会，首次实现长期在轨停靠，首次具备从不同高度轨道返回东风着陆场的能力，首次具备天地结合多重保证的应急救援能力．通过神舟火箭发射与变质量系统动力学过程相结合的方式，增强知识的趣味性及时效性，坚定学生对国家航天、航空事业的信心，激发学生探索太空的欲望，树立民族自豪感，运用力学知识解决实际问题，建立专业自信．

图4 中国神舟火箭发射时间

2.2 角动量守恒定律与惯性导航

刚体的角动量守恒定律广泛应用在生产、生活和科技活动中，如花样滑冰和芭蕾舞表演、运动员表演空中翻滚、地球的自转、四季的形成、导航中的常平架回转仪等．

基于刚体绕定轴转动的角动量定理

角动量定理不但适用于刚体的定轴（或质心系下的过质心轴）转动，也适用于非刚体的定轴（或质心系下的过质心轴）转动．如果研究对象是由多个刚体组成的系统，应用角动量定理或判断角动量是否守恒必须针对同一转轴而言[10]．

常平架回转仪是刚体定轴转动角动量守恒的典型案例．回转仪的核心部分是安装在常平架上一个质量较大的转子（见图5），由套在一起且分别具有竖直轴外环架和水平轴内环架的２个圆环组成．转子套在内环上，其轴与内环轴垂直，转子是精确地对称于其转轴的圆柱，各轴承均高度润滑．不管常平架如何转动，转子不会受到任何力矩的作用，所以一旦转子转动起来，根据角动量守恒定律，角动量方向不变．将保持对称轴在空间的指向不变，安装在飞行器上，就能指出相对于空间某一定向的方向，从而起到导航的作用．惯性导航产业最早起步于军用，如航天、航空、制导武器、舰船、战机等领域．随着电子技术的发展和商业价值的挖掘，惯性导航技术的应用扩展到车辆导航、轨道交通、隧道、消防定位、室内定位等民用领域，甚至在无人机、自动驾驶、便携式定位终端（如智能手机、儿童/老人定位追踪器等）中也被广泛应用．

图5 回转仪示意图

角动量守恒定律这节课的课程思政实施路径见图6．通过创设情境，引发学生思考，列举实例：行星围绕太阳旋转，完美和谐，发射火星探测器“天问一号”及在星际探测中的重大成就，引发学生思考这些事实现象的内在实质，使学生对天文和航天中的物理知识产生浓厚兴趣，培养学生求知精神．

图6 角动量守恒定律实施路径

通过视频演示跳水运动员空中翻转、花样滑冰运动员动作及茹科夫斯基凳，使学生探讨这些动作改变过程中转速的变化情况．刚体定轴转动角动量守恒的知识点讲授，让学生掌握质点在定轴转动情况下角动量的变化及力矩的特点，培养学生的科学探究精神，并与质点动量定理相对比，注重培养学生创新能力．在应用守恒条件判断时，教会学生以马克思唯物主义思想理念进行思考及探索．最后知识延展，在学以致用环节中，介绍回转仪的构造、原理．通过对航空和航海上将回转仪用做定向惯性导航，让学生体会科学技术就是生产力．讲述“天问一号”的原理及成就，使学生产生民族自豪感及家国情怀，将角动量守恒定律与体育运动中跳水、花样滑冰等相关联，培养学生民族自信心及爱国主义精神．在整节课过程中综合运用对比、类推、归纳等教学方法有效提升学生分析、解决问题的能力[11-12]．

3 结语

本文以力学课程为例，该课程授课过程不只是传授力学相关物理知识，应该更加注重物理思想和物理方法的建立过程．在此过程中应以立德树人为主线，通过追溯历史、讲授新知、学以致用、联系时事等主要环节将课程思政落地实施．课程是主战场，元素的挖掘是主前提，学生是主阵地，教师是主力军，课堂教学是主渠道，建立以课程、课堂为中心，将思政元素春风化雨般融入课程，构建全方位育人大格局，对培养合格建设者和可靠接班人具有重要理论和现实意义．

[1] 习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的重要讲话[EB/OL]．（2016-12-08）[2021-11-28]．http://www.xinhua net.com/．

[2] 漆安慎，杜婵英．力学[M]．北京：高等教育出版社，2005．

[3] 牟博石，刘艳芬，李瑞，等．课程思政视域下物理专业课程改革研究：以力学课程为例[J]．现代职业教育，2021（3）： 12-13．

[4] 张汉壮．力学[M]．北京：高等教育出版社，2009．

[5] 莫润阳，王成会，陈凤．“课程思政”在力学中的实践探索及案例应用[J]．教育教学论坛，2020（30）：83-84．

[6] 吴钊峰，李志军，张冬波．大学物理中力学部分“课程思政”研究[J]．新疆师范大学学报（自然科学版），2020（2）： 62-66．

[7] 张智慧，唐巨鹏．关于力学课程思政的初步探索[J]．高教学刊，2020（26）：160-162．

[8] 刘玉斌．物理学类专业课程思政的思考与实践：以理论力学课程为例[J]．中国大学教学，2020（8）：55-58．

[9] 钱鹏俊，陆正亮，廖文和．微纳卫星固体火箭推进器推力矢量测量方法[J]．系统工程与电子技术，2020，42（6）：1348-1357．

[10] 喻莉，刘洋，周本元，等．关于“角动量及其守恒定律”的教学改革实践[J]．物理通报，2021（12）：17-19．

[11] 闫红霞，葛桂贤．大学物理实验中课程思政的探索与实践[J]．科教导刊，2021（7）：129-131．

[12] 张智慧，唐巨鹏．关于力学课程思政的初步探索[J]．高教学刊，2020（26）：160-162．

Strategy of ideological and political integration in mechanics teaching

LIU Yanfen，WANG Jiali，LIU Chenchen，MENG Hanyu，YIN Shuang，GUO Huijie

（School of Science，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Although the mechanics course is a basic required course in physics，however，along with the new knowledge of transmission mechanics，more attention should be paid to the establishment process of physical ideas and physical methods．Through the discussion of the basic elements of implementation of ideological and politics education and integration of ideological and political education，to will moral virtue as the main line，through the major links of tracing history，teaching new knowledge，applying what we have learned，contacting the ideological and current affairs，improve the affinity of ideological and political education，make the curriculum teaching and ideological and political teaching to peer，integrate explicit education and implicit education．Form synergistic effects，it will be built a large pattern of all-round education．

mechanics courses；ideological and political of courses；ideological and political elements

1007-9831（2022）04-0093-05

O3∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.04.019

2021-12-10

2019 黑龙江省自然基金联合引导项目（LH2019E091）；黑龙江省教育科学规划2021年度重点课题（GJB1421348）；2021年齐齐哈尔大学教育科学研究项目（GJQTZX2021002）

刘艳芬（1977-），女，黑龙江齐齐哈尔人，副教授，博士，从事物理教育及形状记忆合金研究．E-mail：lxylyf_0@163.com