大学物理课程思政的教学实践

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  摘 要:当前物理课程思政过程中,出现思政点与学科特点不相符,思政内容与教学内容不相容,思政过程太突兀等问题。笔者以《静电场中的导体》这节课为例,合理挖掘思政点,尝试着实现课程思政时的特点相符、内容相容、过程自然,为有效开展大学物理课程思政提供借鉴,从而实现大学物理课程知识与精神价值的有机统一。
  关键词:大学物理;课程思政;教学实践
  一、教学内容简介
  《静电场中的导体》属于大学物理电磁学部分,本节课共包括三部分的内容:静电平衡、静电平衡时导体上的电荷分布和尖端放电及静电屏蔽。(内容关系见右图)内容之间层层递进,由原理到原理分析再到原理应用,体现了很强的逻辑关系和物理学科特点。教学内容与生活现象联系紧密,尤其是尖端放电及静电屏蔽部分,在现实生活和生产实践中有广泛的应用,能够充分体现“物理来源于生活,物理服务于生活”的理念。
  二、课程思政点的挖掘
  基于《静电场中的导体》这节课的内容特点和课程思政的要求,本节课思政点的挖掘应以生活现象为突破口,把握中国元素,紧贴学科历史,体现思想精神。
  (一)以英雄事跡引入,激发兴趣又培养精神
  《中国机长》这部电影是改编自“中国民航英雄机长”刘传建的英雄事迹,在电影中有一段飞机穿过电闪雷鸣的云层情节。但根据科学家研究发现,闪电的电压非常强,可达10万到1亿伏特,电流则在1万到20万安培之间。飞机在如此强的电压下,是否能够安全通过?这是一个现实问题。而这个问题可用静电屏蔽的原理进行解释。因此,可将电影情节在课堂中播放出来,让学员认识飞机所处的恶劣环境和机组成员面临的困境。引导学员质疑电影情节设置的科学性,最后通过知识学习,用原理解释现象后,让学员认识到英雄机长娴熟高超的驾驶技能、临危不惧的心理品质和英勇顽强的英雄气质,向英雄致敬,向英雄学习。
  (二)介绍古人智慧,增强文化自信
  避雷针是尖端放电的一种应用,并且在生产生活中经常见到。人们通常认为避雷针是由美国科学家富兰克林发明的。但在我国古籍里早就已经出现了类似避雷装置的使用记载。如唐代的《炙毂子》、《唐会要》等书都提到过,按照这些记载,我国最早使用避雷装置的时间比富兰克林发明避雷针的时间早1800多年。而武当山“雷火炼殿”奇观和古代宫殿殿顶上的吞脊兽就是最好的证明。教学中可通过对吞脊兽的简单介绍,让学员认识到我国古代文化的博大精深,增强民族自豪感,从而更加坚定强调的文化自信。
  (三)讲物理学家故事,培育弘扬科学家精神
  “法拉第笼”是以电磁学的奠基人、英国著名物理学家迈克尔.法拉第的姓氏命名的一种用于演示等电势、静电屏蔽和高压带电作业原理的设备。此款设备源自法拉第曾经冒着被电击的危险,做了一个闻名于世的实验——法拉第笼实验。在讲静电屏蔽时,通过“法拉第笼实验”故事,让学员认识科学家勇于探索、献身科学的精神。
  (四)穿插辩证思想,适时进行教育
  教学中注重对学员辩证唯物主义思想的培养。比如对于尖端放电现象,在生产生活中既有利的一面也有弊的一端,可让学员认识到事物总具有两面性,既对立又统一。再比如,在解释飞机穿过雷电层的安全性后,可让学员知道飞机在实际飞行中是要避开雷雨天气,树立安全意识,认识理论与现实的差距,做到具体问题具体分析。
  三、课程思政的实施过程
  为了体现课程思政的具体过程和实施细节,笔者以讲稿的形式将课堂教学过程中的课程思政过程呈现出来。
  (一)课堂引入中的课程思政
  大家看过《中国机长》这部电影没?这部电影是改编自“中国民航英雄机长”刘传建的英雄事迹。电影里有一段飞机穿过雷雨层的情节,这段情节让人惊心动魄,我们来回顾一下。(播放视频:飞机穿越积雨云)电影中的这一穿云情节是虚构出来的,其实那天天气风和日丽,电影为了达到惊险刺激的效果,就进行了一些艺术加工。制片方的这种艺术加工有没有科学依据?现实中飞机能不能安全通过电闪雷鸣的云层?
  (二)知识讲授中的课程思政
  1.尖端放电现象会给生产生活带来诸多不利,比如高压输电过程中由于尖端放电会白白浪费很多电能,尖端放电现象也会对导航、通信等系统造成干扰。但任何事物都具有两面性,它也有可利用的一面。比如避雷针就用到了尖端放电的原理。
  2.避雷针最早是在我国使用的。在中国古人的智慧中,有许多精巧的设计,不但外形精美,科技含量更是高超,比如大殿殿顶最高处的吞脊兽,看似在大搞“避雷”的封建迷信,其实背后却有“防雷”的实效。大殿屋脊上的吞脊兽就起到避雷针的作用,大家下来可以查阅相关资料,了解吞脊兽的避雷原理,感受我国古人的智慧。我国古代建筑师在17世纪就发明、应用了避雷针,而西方建筑物是在18世纪后期才开始安装避雷针的。大家是不是觉得我国古代文化的博大精深,更加坚定强调的文化自信呢。
  3.静电屏蔽现象最早是由英国物理学家法拉第进行研究的,他还为此专门设计一个金属笼,并邀请朋友前来观看实验。当法拉第钻入笼中,给铁笼通以高压电流时,笼内的他却安然无恙,后来人们把这种金属笼叫做法拉第笼。我们要学习法拉第这种献身科学的精神,但他并非是盲目的以身试险,而是经过认真研究、科学论证后才确保了万无一失。法拉第笼的原理就是静电屏蔽,尽管金属笼外表面通有强电流,但金属笼屏蔽了外电场,使其内部电场为零,从而确保了笼内人的安全。
  4.相信通过前面的学习,大家就能解答:飞机能不能安全穿过雷电层的问题。(学员解答)看来,电影《中国机长》的那段穿云情节设置的也是有科学依据的。当然,电影是一种艺术,它来源于生活又高于生活,从理论上讲飞机是可以穿过雷电层,但实际在飞行中还是要避开雷雨天气。刘传建的英雄事迹我们都很熟悉,当时他所处的环境也很恶劣,但他依然能够沉着冷静地驾驶飞机安全着陆,真是无愧英雄的称号,我们应该学习他那种英勇无畏的精神。
  四、总结
  本文以大学物理课程中的《静电场中的导体》为例,通过课程内容和课程特点,深入挖掘课程思政点,并以讲稿的形式展现课程思政实施过程。通过一节课,完整呈现大学物理课程思政的教学实践过程,从而抛砖引玉,为其它教学内容实施课程思政提供借鉴,为大学物理教师在实施课程思政时提供思路。
  参考文献:
  [1]戴晔,白丽华.“课程思政”在大学物理教学中的探索与实践[J].大学教育,2019.08:84-86.
  [2]宋亚菊,刘延.电磁学课程思政初探[J].湖北第二师范学院学报,2020,37(8):82-85.
  作者简介:
  崔茂松(1989.01—),男,陕西安康,硕士研究生,研究方向:物理教学,科学素质。
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