大学物理“动量守恒定律”课程思政的实施

　　摘 要 大学物理是高校理工科教学体系的基础性课程,具有受众面广、基础性强的特点。将思政元素融入大学物理教学,有利于推进落实立德树人的根本任务。本研究以大学物理中“动量守恒定律”为案例进行课程思政教学实践。在教学中着重培养学生的物理学思维,从物理学视角进一步认识物体之间的相互作用。理解“定理”和“定律”的区别和联系。以中国航天事业的发展和火箭为例,介绍动量守恒定理的应用,激发学习兴趣,提高学生科技报国的家国情怀和使命担当。同时强调动量守恒定律的普适性,并以原子核衰变为例介绍其在科技前沿的应用,培养学生勇攀科学高峰的责任感和使命感。将显性的知识传授与隐性的价值引领的有机统一,实现专业教育和思政教育的融会贯通。

　　关键词 课程思政;大学物理;动量守恒定律;科技前沿

　　吕莎莎; 聂新明; 孟鑫; 唐飞; 田康振 物理与工程2021-12-27

　　2020年5月28日教育部关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》,教高〔2020〕3号。文件中明确指出:把思想政治教育贯穿人才培养体系, 全面推进高校课程思政建设,发挥好每门课程的育人作用,提高高校人才培养质量[1]。大学物理为理工科类本科各专业必开的基础课程或专业基础课程,具有基 础 性、受 众 广 的 特点。此课程旨在通过分析自然界中存在的现象得出物理学规律,涵盖力学、热学、电磁学、光学、原子物理学[2]。这种教学内容的丰富性与思政教育渗透于生活中的理念是一致的。大学物理作为一门基础性课程,为学生科学思维方法训练、探究能力培养提供有效的途径[3]。因此,将大学物理里面的思政元素深入挖掘,并与教学有机融合,将会进一步提高立德树人成效[4-6]。

　　动量守恒定律是质点系的动量定理的延伸和应用,是将所学物理知识与实际应用紧密结合的典型案例,有助于提升学生学以致用的能力。此外,动量守恒定律也是物理学中同时适用于宏观和微观的物理定律,对于物理学思维的培养具有重要意义。在授课过程中融入动量守恒定律对于科技进步的巨大推动,激发学生科技报国的家国情怀。

　　1 教学目标 1.1 知识与技能目标

　　(1)理解质点系的内力、外力,掌握动量守恒定理。 (2)理解动量守恒定律的成立条件。 (3)掌握运用动量守恒定律分析力学问题的思想和方法。

　　1.2 课程思政目标

　　(1)培养社会责任感,激发科技报国情怀。 (2)强化物理学思维方法的训练。

　　2 动量守恒定律课程思政教学过程 2.1 知识回顾,温故求新

　　通过上一次课学习,学生已经掌握了质点和质点系的动量定理。通过复习,再次明确质点、质点系、内力、外力的概念。尤其是明确定理的适用范围和注意事项。定理是经过受逻辑限制的证明为真的陈述。因此,定理一般都有限定条件。对于质点和质点系的动量定理的共同限定条件是只适用于惯性系。此处强调物理学定理的特点,培养学生物理学思维,即“谈定理,必要谈前提”。

　　2.2 问题导入,激发兴趣

　　通过播放“天和”号核心舱发射成功新闻及视频,启发 学 生 观 察 并 思 考 核 心 舱 是 如 何 “上 天” 的[7]。让学生认识到运载火箭的重要性。进一步设问火箭发射的基本原理是什么,能否用我们已有的知识进行解答。这种启发式的问题导入,可以使学生获得层层递进、抽丝剥茧学习的乐趣。

　　2.3 质点系的动量定理与动量守恒定律

　　承接问题导入,让学生继续观察研究质点系的动量定理[8] I=∫ t t0 ∑i F ex i dt=∑i pi - ∑i pi0 (1) 即作用于系统的合外力的冲量等于系统动量的增量。请同学们分组思考:针对质点系的动量定理的一个特殊情况,即如果质点系所受的合外力F ex=0, 此时会得到什么结论? 该问题其实是质点系动量定理的一个应用。学生可以比较容易得到:如果质点系所受的合外力F ex=0,则系统的总动量不变,末动量等于初动量。这就是这节课的重点内容:动量守恒定律,其表达式为[8] 若F ex =0则p=C (2) 即在某一段时间内,若质点系所受外力矢量和自始自终保持为零,则在该时间内质点系动量守恒。进而,启发学生思考定理和定 律 的 区 别 和 联 系。定理是往往是建立在假设基础上,经过推理和证明得到。定理具有内在的严密性,不能存在逻辑矛盾。定律更像是一种理论模型,它用以描述特定情况、特定尺度下的现实世界,在其它情形或者尺度下可能会失效或者不准确[9]。该问题旨在加深学生对于定理和定律的认知,即逢物理定理、定律必先考虑其条件,往往定律需要满足的条件更加苛刻。总结起来,动量守恒定律需要做如下说明:(1)动量守恒定律的条件为F ex =∑i F ex i =0, 或者某一方向上满足合外力为0,那么该方向上动量守恒。(2)系统内力远大于外力时,F ex≪F in,可近似地认为动量守恒。(3)动量守恒定律是物理学最普遍、最基本的定律之一,在宏观和微观领域都有重要应用。(4)对于一切惯性系动量守恒定律都成立,但在解决具体问题时各质点的动量都应该相对于同一惯性系。(5)内力对系统动量无贡献,即系统的总动量不变。但内力可改变每个质点的动量,从而使系统内的动量重新分配。如站在光 滑 冰 面 上 的 两 个 人 A,B,质 量 为 mA 和 mB。通过 手 部 互 相 推 一 下,两 人 分 别 获 得 速 度