中国航天工程视角下的大学物理课程思政建设探索与实践

李均　钱程屹　袁承勋　李杨　吴晓宏 田浩　张宇　霍雷

关键词 大学物理学;课程思政;哈工大;中国航天

高校应当在教学培养过程中落实立德树人根本任务，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。大学物理课程的课程思政设计与实践，通过中国航天工程视角，面向世界，以人类探索外层空间为导向，为更广阔的航空工程科技人才培养作出贡献[1]。在新工业革命的背景下，航天是一种国家战略。大学物理课程相关联的工程、复杂大系统，是各国制造业和科技发展水平的重要标志。

目前，中国航天事业迎来了一个新的发展期，取得了北斗系统、探月工程、“祝融号”、中国空间站等一个个辉煌成就。本文针对大学物理课程思政的探索与实践，结合了赓续传承哈工大“八百壮士”的光荣传统，展示了从中国航天工程视角下实践大学物理课程思政建设的积极作用。

1 中国航天工程视角下的大学物理课程思政“三线”设计

中国航天事业的发展，依托在物理学的扎实基础上。大学物理学与中国航天工程之间的联系密切，大学物理课程思政在中国航天工程的视角下变得丰富多样。

基于该视角的大学物理课程思政设计从文化线、人物线、工程线来把握。此三条主线指导了大学物理的课程思政建设。中国航天工程视角下的这三条线是具体的、学生感兴趣、教师便于展开的课程思政建设框架。其对学生的政治意识和思想价值引领有巨大帮助，并协助提升课程认可度。与此同时，学生在大学物理的学习过程中有收获感和成就感“响应”，此举可以加强实际教学的效果[2-3]。本文提出的中国航天工程视角下的大学物理课程思政“三线”设计如图1所示。

1.1 文化线

中国航天文化是一种亚文化。文化线的核心在于中华优秀传统文化和四史教育，需要从航天工程中的各类名称里把握。文化是航天工程的内涵。实现中华民族伟大复兴的中国梦，离不开文化自信，需要在大学物理课程的教学中分析和体现中国航天文化线的魅力。

中国航天工程的各类人文元素，构成了中华优秀传统文化所组成的文化线，是把握中国航天视角的重要线索。例如任务的选题和命名，生动直观地展现了各项任务的目的，巧妙地融入中华优秀传统文化，是大学物理课程思想政治建设的素材库。另一方面是结合“四史教育”对大学物理进行思政建设的文化线设计。例如：“长征”一词背后的中华民族脊梁、民族文化，指引着中国的火箭事业——如同红军长征一样，克服一切的困难险阻最终到达胜利的彼岸。

1.2 人物线

大学物理学结合中国航天领域的杰出人才，以人物线构成了物理课程思政的模范引领模块。大学物理的课程思政设计充分利用了人物线起到的示范作用，即人物线的核心是杰出人才的榜样作用。

人物线可供选择的素材丰富。与课程本身的衔接之外，传承哈工大精神的接力是大学物理课程思政建设的重点。其原因在于杰出人才富含教育意义的经历，为“中国培养自己的杰出人才”起到了示范。利用校园沉浸式课堂回顾这些经历，营造身临其境的氛围，从思想上构建了思政平台，并与教学共振。人物线通过和身边学习环境的虚实联系，用贯穿历史的层次为课程的学习和思想政治教育提供支撑。该线融合学校的优秀文化传统，从逻辑上解释清楚为什么要做中国航天第一校“尖兵”，怎样成为中国航天第一校，如何积极投身航天事业和未来的职业选择等，并以此激励大学物理学课程的学习。

1.3 工程线

中国航天的工程线是一条和大学物理知识点结合紧密的线。工程线的核心在于通过政治引领、文化引领把握中国航天工程在大学物理课程知识中的落脚点，用中国航天工程视角将大学物理课程思政穿插在课堂上，形成贯穿“大工程”的系统思维、落实到点的“小基础”大学物理知识点，为工程线的模块化课程设置和课程思政设计提供崭新的思路和充分的资源，如图2所示，可以通过切片的形式表示工程线的核心内容，围绕中国航天工程建设中国航天视角下的大学物理课程思政专题素材。中国航天工程视角下大学物理课程思政建设的工程线主要考虑了三个问题：（1）政治和价值引领。课程中巧妙运用联想的手段，以点明知识点背景框架下的中国航天精神对课程学习的启示。（2）以文化人和以文育人。让学生了解中国航天工程中的文化美学和人类命运共同体理念。让中国航天工程的主线立意更进一步，内涵更深刻，并且从历史的立体角度，触碰到航天工程的实际意义和现实作用。（3）思政设计与教学共振，构建教学大纲和思政大纲，扩大工程线魅力。工程线突出的特点是把每一个庞大、复杂的工程进行细化拆分。这种化整为零的思政设计方式，体现在精神价值、工程文化层面，突显在和课程本身的有機结合上。

大学物理在通过分析自然界存在的现象得出物理规律，这种教学内容的丰富性与思政教育融合入生活一致[4]。结合“三线”的难点和关键点，引入教学内容，用大学物理学的知识解释和分析中国航天，在大学物理课堂中渗透中国航天情怀，既加深了学生对于知识点的印象，也实现了中国航天视角下的课程思政建设。

2 中国航天工程视角下的大学物理课程思政“X+工程线”课堂模式实践

立足于中国航天的视角建设的大学物理课程思政内容，往往以系统、专题的形式出现在实践中。中国航天视角下的课程思政内容，和学校成体系的教学模式相结合，以发挥课程思政和课堂教学的最大合力。在实际的课堂教学、课程思政设计的过程中，需要平衡课程知识点的分布以及思政元素的最佳关注实效，使用“X+工程线”模式的实践探索是课堂效果、课程思政教育更佳的途径。本文对“人物+工程线”模式和“文化+工程线”模式，给出两例实践案例。其中工程线与知识点有机结合，是课程思政的重要结合点。

2.1 “人物+ 工程线”模式——火箭发动机原理（气体专题）

火箭发动机是一种理想的星际航行发动机，不仅可以在大气层中工作，在不存在空气的外太空同样也可以工作。本身携带的燃料和氧化剂在火箭燃烧室中产生高温、高压的气体，利用反作用原理，让气体高速喷出从而推动火箭。火箭发动机具有一个特点，其推力的大小和周围的介质有关。

1） 人物线引入

随着冷战的结束，世界航天发展进入新的阶段，中国逐渐加入世界航天舞台。与此同时，各航天大国追求提高进入空间的能力与效率、降低航天发射成本、提升国际话语权和市场竞争力[5]。航空动力是表征国家科技创新实力的重要方面、也是创新驱动发展的关键环节，因而加快航空动力领域技术发展史提升国家整体工业基础及能力的重要途径[6]。

中国第一台液体火箭发动机总设计师，是祖籍湖北襄阳的航天技术与液体火箭发动机技术专家，中国导弹与航天技术的重要开拓者之一的——任新民院士。任新民领导和参加了第一个自行设计的液体中近程弹道式地地导弹液体火箭发动机的研制，领导组织了中程、中远程、远程液体弹道式地地导弹液体火箭发动机的研制、试验。1948年，33岁的任新民就成为了美国布法罗大学成立102年以来的第一位中国讲师。他从事的科研工作和生活待遇非常优越，前途一片光明。但是，当听闻祖国急需大量科学人才时，毅然选择放弃了这一切，重重阻碍收拾行李准备回国。面对同事的质疑，他曾说：“个人前途在祖国面前，不值一提，你们永远都不会理解我的追求！”回到祖国后，他开始了轰轰烈烈的建设工作，成为“两弹一星”元勋，并荣获“中国航天事业五十年最高荣誉奖”。

近年来，经过科研人员的不懈努力，我国独立自主地研制了几十种不同型号的“长征”系列运载火箭，具备发射近地轨道、太阳同步轨道、地球同步转移轨道等多种轨道有效载荷的运载能力。在深空探测领域，嫦娥三号实现月面软着陆和月面巡视探测，嫦娥四号实现首次着陆与月球背面并勘察，嫦娥五号飞行试验器突破月地高速再入返回技术，让我国的载人航天工程迈入了空间站时代[9]。

2） 工程线展开

将火箭燃烧室中的气流看作是定常的一维流动，燃烧室或喷管的任一截面各点的流速相等，都沿着喷管轴向流动。发动机的推力，就是作用在燃烧室和喷管内壁的轴向合力。取发动机（各部分内部）的内壁面，无物质流出这个内壁面，作用在这个内壁面上的压力为p，内壁选取面积微元dAi，作用在面积微元上的力为pdAi。由于发动机轴对称，推力的方向必然沿着轴向（不考虑安装误差等因素），计算轴向上的力。垂直于面积微元的法向（从内壁向外）和轴向夹角为α，则轴向分力大小为pdAicosα，整个内壁的轴向力就可以表示成

3） 课程复现与工程线总结

近年，我国通过研制创新突破关键技术，成功研制出首台大推力、高性能、地面起动、能够实现直接入轨的拥有完全自主知识产权的新一代火箭氢氧发动机YF-77。其综合性能达到国际先进水平，为长征五号和长征五号B运载火箭提供了强大的动力，支撑月球探测工程、火星探测工程、载人航天工程等航天工程的顺利实施。系列化、型谱化的氢氧发动机和液氧/甲烷发动机将成为我国航天强国建设的中坚力量。

2.2 “文化+ 工程线”模式——电磁波与量子力学专题（祝融号火星车）

在无际的太空中，充满着各种频率和强度的电磁波，这些无规则的电磁波形成噪声，干扰地球和火星探测器之间的通讯工作。通信距离越远、内容越复杂，对应通信设备的要求越高，设备也就越笨重，对飞船尺寸提出高要求。而且除无线电通讯的天线和电子设备，电源更是一个重要的问题。目前常用的电源是化学能电源和太阳能电源，也有希望能够使用核裂变能。这之中涉及通信系统有效功率的问题。

1） 文化线引入

世界正在发生一场百年未有之大变局，航空航天领域近期能够作为战略布局的项目一定有火星探测。2020年，阿联酋“希望号”火星探测器、中国“天问一号”火星探測器、美国“毅力号”火星车先后成功发射，标志着现代人类火星探测的密集高峰。天问一号探测器实施近火捕获制动，顺利进入近火点高度约400 千米，环绕火星获得成功[7]。

美国索杰纳号、机遇号和勇气号、好奇号、毅力号、火星探测轨道器和火星奥德赛轨道器两颗火星中继轨道卫星，展现了美国在火星探测领域称霸的雄心。相较于国外火星探测任务，我国火星探测任务对火星车重量限制更加严酷[8]。

2） 工程线展开

在任务过程之中，地火之间的远距离会导致测控链路超大时延以及较低的直接通信带宽，非全时域非实时中继通信具有中继存储转发和有限中继通信弧段的特点。

实际情况的噪声情况远比这复杂，因为天线不管对准任何方向都具有背景噪声，而且宇宙噪声源分布不均匀。

3） 课程复现与工程线总结

由此可见，火星探测任务具有自己的任务特点、技术难点和设计约束。首次火星探测任务的工程圆满成功和“祝融”号火星车（图3）长期在轨测控离不开大学物理理论的技术基础。目前我们对研究太阳系的起源与演化、地外生命信息探寻、小天体和太阳活动对地球的影响等空间科学重大问题上，除了建设火星科研站，对其他行星探测等也在攻坚克难。中国航天起步较晚，却依然能展现出不可小觑的力量，从月球到火星的每一步都是实现中华民族伟大复兴的中国梦的巨大跨越。

3 结语

本文提出了中国航天工程视角下的大学物理课程思政“三线”设计的课程思政探索思路和实践方法。思政实践案例从气体专题、电磁波与量子力学专题两个专题出发，在课程教学的实际过程中，采用“X+工程线”课堂模式，将三线的资源与课程教学内容优化分配，进行合理整合，让每一堂课的模式有区分度，每一堂课程思政都具有独立特点。利用文化线、人物线、工程线三条主线的起伏，在大学物理课程丰富的科学知识内容上，交织成课程思想政治建设的框架。

相较于传统的思政课程建设，大学物理课程思政建设有其本身的自然科学特点。在充分把握大学物理学课程的特点的基础上，更换学习视角，引入了争做中国航天第一校的学校氛围，从中国航天的视角出发，拓展了大学物理课程思政的设计面，在意识形态领域获得更多抓手，严格遵循新时代加强和改进思想政治工作的方针原则，把守正创新放在重要位置。综上所述，中国航天视角下哈工大大学物理课程思政建设探索与实践，为大学物理课程思政的设计引出更宽阔的道路。