专业认证视域下的物理学(师范)专业课程思政探索与实践
——以“科里奥利力”教学为例

杨春艳 马 驹

(玉溪师范学院物理与电子工程学院 云南 玉溪 653100)

吉 恒

(通海县第二中学 云南 玉溪 652701)

1 引言

《中学教育专业认证标准(第二级)》和《中学教育专业认证标准(第三级)》均明确要求毕业生应以立德树人为己任,要立志成为“四有”好老师,要能做学生的“四个”引路人,要了解所教学科与其他学科及社会实践的联系,要能够有机结合学科教学进行育人活动,要具有团队协作精神;要求任课教师要把社会主义核心价值观、师德教育有机融入课程教学中[1].

《高等学校课程思政建设指导纲要》明确指出高校课程思政要融入到课堂教学建设,要落实到课程目标设计、教学大纲修订、教案课件编写各方面,要贯穿于课堂讲授、教学研讨、实验实训、作业论文各环节;理学类专业课程要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来,注重科学思维方法的训练,引导学生了解世情国情党情民情,坚定 “四个自信”[2].

《高等学校课程思政建设指导纲要》的颁布,使课程思政建设从此有据可依、有章可循,把课程思政建设推到了发展的新高度[3].文献[4]针对课程思政建设中思政点碎片化、思政概念泛化、思政教学蜻蜓点水、团队力量薄弱、教师中心等问题提出了系统的解决措施和实践经验.文献[5]分析、归纳了大学物理课程中人文思政元素挖掘和融入对策与路径的经验.文献[6]以“磁场对运动电荷的作用”小节的教学设计为例,说明大学物理课堂教学中学科教育与思政融合教育的方法.文献[7]以刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律为例,展示了引课、知识讲授和知识应用的课堂教学环节思政教育融入设计.

从上述研究成果来看,大学物理课程思政已取得丰富的研究成果,对课程思政的认识和把握层层递进、逐步深入[3],但相关研究和实践主要停留在课堂教学中,未能很好贯彻《高等学校课程思政建设指导纲要》中要求的“贯穿于课堂讲授、实验实训、作业论文各环节”,同时相关教学设计中未能有效体现专业认证在“课程与教学”指标中对课程教学实施的要求.作为物理学(师范)专业的专业课教师,有必要深刻理解和落实中学教育专业认证标准相关要求,将铸魂育人有机融入到教育教学的各环节中,实现专业课与教师教育课、与思想政治理论课同向同行,形成协同效应,促成学生“一践行三学会”能力的达成.本文以“科里奥利力”小节为例,阐述如何在专业认证视域下开展物理学(师范)专业的专业课程思政探索与实践.

2 教学设计

2.1 教学目标

2.1.1 物理观念

(1)能准确描述科里奥利力及其存在的条件;

(2)能在数学推理计算的基础上,定性归纳和描述科里奥利力对平行地表运动的影响;

(3)能在数学推理计算的基础上,定性归纳和描述科里奥利力对垂直地表运动的影响.

2.1.2 科学思维

(1)通过相关数理推导,训练学生的科学思维方法,提高推理能力.

(2)在课堂推理出的科里奥利力对平行地表运动的影响的背景下,由学生猜想科里奥利力对垂直地表运动的影响情况,并要求进行数理推理验证,通过“既在意料之中,又在意料之外”锻炼学生的物理思维.

2.1.3 科学探究

通过自制科里奥利力演示仪的实验设计、实验观察、实验分析和解释等,促进学生科学探究能力、创新能力的发展.

2.1.4 科学态度与责任

(1)通过自然现象和生活现象的分析,既促进学生体验物理与生活的关系,又促进其拓展思维的深度和广度.

(2)通过课后延伸中利用生活中的常见物品自制科里奥利力演示仪,促进学生团队意识和协作能力的提升,通过视频录制讲解融入师范技能培养,促进学生职业生涯规划.

(3)通过课后延伸中对我国高铁超级工程的调研,引导学生了解世情国情,坚定“四个自信”.

(4)贯彻“以学生为中心”的理念,在课堂延伸中设计了“必选”和“可选”任务,学生可根据自己的兴趣和特长选择完成相关任务,促进学生不断走向自律、自信和自强.

2.2 教学过程

2.2.1 课程导入

(1)多媒体呈现亚马逊河、黄河的图片

设计意图:通过以图片判断世界著名河流的问题开启新知.对于河流学生主要是依据河水颜色或者是中学地理中对相关河流的记忆做出判断,鉴于此,教师追问,“是否还有别的方法?”此时教师启发学生关注图中两侧河岸的差异及水流方向,提示以此可判断出两幅图中的河流分别位于南、北半球.接着追问,“生活中,你观察到的旋涡是顺时针还是逆时针?以“问+导”结合方式引出新知,既激发好奇,又促进学生拓展思维的深度和广度.

(2)播放“旋转木马”上抛、接球的视频

设计意图:教师首先由地球在转、旋转木马在转,启发学生的类比思维;接着引导学生关注,“如何抛?如何接?为什么?改变方向将如何?”此设计,既帮助学生构建起科里奥利力存在的物理模型,同时帮助学生构建科学的物理思维.

2.2.2 主体内容

(1)科里奥利力定义

基于运动学中推导出的惯性系中的加速度表达式

mω2r′+2ω×v′

变换出转动参照系(非惯性系)中动力学方程的一般表达式

mω2r′-2mω×v′

提取出科里奥利力的定义式FC=-2mω×v′,分析出其本质亦属惯性力,其存在的条件为参照系转动以及物体相对参照系的运动(二者缺一不可).

(2)地球转动参照系

在地球转动参照系上建立固着于地表的坐标系,如图1所示,其单位矢量i′、j′、k′依次水平向南、水平向东和竖直向上,用λ表示纬度,则地球自转角速度的坐标投影式为

图1 地表坐标系

ω=-ωcosλi′+ωsinλk′

(3)科里奥利力对平行地表运动的影响

首先,教师示范、引导学生计算北半球自北向南平行地表运动物体受到的科里奥利力为

-2mv′ωsinλj′

其次,计算北半球自西向东平行地表运动的物体受到的科里奥利力为

2mv′(ωsinλi′+ωcosλk′)

接着,师生分析、归纳、推理出结论:北半球平行地表运动的物体受到的科里奥利力的水平分量总是指向速度方向的右侧.

然后,教师“引疑”:南半球的情况如何?学生计算、推理南半球自南向北(其他方向亦可)平行地表运动物体受到的科里奥利力为

2mv′ωsinλj′

以及自东向西(其他方向亦可)平行地表运动物体受到的科里奥利力为

2mv′(ωsinλi′-ωcosλk′)

最后,师生共同推理出结论:南半球平行地表运动的物体受到的科里奥利力的水平分量总是指向速度方向的左侧.

课程思政点:一是,由运动学表达式到动力学表达式,虽然只是进行了简单的数学变换,但若没有前面运动学相关内容的学习,“这简单的一步”也是无法实现的,这是唯物辩证法中量的积累引起质的飞跃的一种表现形式.“不积跬步无以至千里,不积小流无以成江海”,引导学生无论在学习中,还是在生活中,还是在今后的工作中,都要认真完成好每一个阶段的任务,履行好每一个阶段的责任,才能“行稳致远”.二是,在推导和推理中,既锻炼了学生的科学思维,又让学生体验了物理学和数学的学科交叉融合.

2.2.3 “学以致用”

(1)河岸的冲刷、旋转木马上抛接球(设计意图:与新课引入形成呼应,“滴灌”师范技能).

(2)轨道的磨损(设计意图:融入制度自信、文化自信等思政元素).

有了“河岸冲刷”的分析经验,学生已然能合理、正确分析出轨道磨损相关物理规律.因此,此处的教学设计重点是思政元素的融入.具体设计为:首先,由教师播放2021年12月3日,中老铁路通车及通车以来推动“一带一路”经济发展的相关视频,在潜移默化中帮助学生形成关注世情国情的自觉,习得社会责任意识.其次,以课堂互动方式介绍中国承建的海外高铁项目(如土耳其 “安伊高铁”、印度尼西亚“雅万高铁”、中泰铁路、莫斯科-喀山高铁等).接着,以课堂互动方式由学生讲出他认为的我国高铁能实现从无到有、从走得了到走得好、从追赶到领跑,直至“中国正前所未有地走近世界舞台的中央”的跃变的原因.最后,师生总结:集中力量办大事的中国特色社会主义制度,中华民族勤劳、勇敢的创新精神.

(3)贸易风(信风)(设计意图:涵养学科的交叉融合意识,提升科学素养).

2.2.4 课堂延伸

(1)(必选)分析高中地理课程中的“地转偏向力”与“科里奥利力”的关系.

要求:以小组为单位,查阅资料,集体讨论,制作PPT,做好汇报准备.

设计意图:融合学科知识的习得和能力的培养(学科交叉融合能力、 团队交流协作能力、师范技能的协同培养).

(2)(必选)科里奥利力是否会对垂直地表的运动产生影响?如果会,在南北半球的影响是否一致?对竖直向上和竖直向下的运动影响是否相同?

要求:以个人为单位,进行逻辑分析和推理计算,并将学习中的困难和问题发在学习通讨论区,或就其他同学的问题发表自己的分析和见解.

设计意图:科学思维、钻研精神、沟通和表达能力的培养.

(3)(可选加分)查阅资料调研我国高铁超级工程的发展.

要求:填写资料卡.

设计意图:主动学习和自我约束能力的培养;民族自信心和自豪感的涵养.

(4)(可选加分)自制科里奥利力演示仪.

要求:自行组建团队,设计、制作科里奥利力演示仪,并录制讲解视频.

设计意图:创新能力、实践钻研精神、团队协作能力、职业规划能力的培养.

3 教学反思

科里奥利力是学生新接触到的一种惯性力,鉴于此,本课采用图片和视频导入新课,既体现物理与生活密切联系,又激发学生的兴趣;在计算推理环节,重视学生科学思维和学科交叉融合意识的点拨;在“学以致用”环节,兼顾师范技能的培养、“四个自信”的滴灌、学科交叉融合意识的涵养及了解世情国情意识的培养;在课堂延伸环节,以“必选”和“可选”相结合的方式,贯彻“以学生为中心”的教育教学理念,相关任务的完成,兼顾学科交叉融合能力、团队协作能力、科学思维、创新精神等能力和思想意识的培养.

从整体上看,“科里奥利力”这节课的教学设计和教学实施,紧扣师范专业认证要求,注重落实专业教育与教师教育的融合,同时贯彻落实了《高等学校课程思政建设指导纲要》相关要求.在教学设计和实施各环节注重将“铸魂育人”潜移默化在专业教育中,共同促成学生“一践行三学会”能力的达成,力求使物理与课程思政相互促进,相向而行.