大学物理“五维一体”模式“课程思政”教学设计

摘要：大学物理课是高校理工科专业的学生必修的一门重要基础课，在大学物理课程中实施课程思政，对培养学生分析解决问题的逻辑思维能力、理论联系实际的科学素养具有重要作用。在强调应用型发展的院校，大学物理课程结合当下社会的科技发展实例，不仅能够培养学生实事求是、学以致用的良好素养，更能培养学生的家国情怀和为实现中华民族伟大复兴而努力的青年责任感。在具体的教学中，如何做到精准融入课程思政且达到“润物无声”的效果显得有为重要。本文以质点运动学内容为例，展示了从五个维度出发所实施的“课程思政”教学设计。

关键词：大学物理;课程思政;教学设计

大学物理课是开展课程思政教学的良好渠道，因为它是工科专业的学生必修的一门重要基础课，因此它的授课覆盖面很大。在课程思政背景下，物理学体系所包含的物理学史、重要物理思想的产生背景、物理发展与人类社会发展的相互关系等等，都是培养学生科学素养、发展应用意识、激发家国情怀的良好素材。

思政教育工作者李华忠提出了思政课的“五维一体”教学模式，即问题维度、情感维度、生活维度、实践维度、明理维度。大学物理和思政课的学科特点有明显的不同，因此在教学实施中，其教学实施的切入维度、扩展维度以及目标维度都和思政课有所不同。具体来说，是以生活维度和问题维度作为切入点，通过物理的推理和演绎所形成的物理结论作为明理维度，最后通过该理论指导实践、培养能力来完成实践维度和情感维度。

本文以《质点运动学》为例，探讨在“五维一体”模式下所开展的融入课程思政的教学设计。

一、教学分析

（一）课程性质及要求

作为工科专业的基础课程，大学物理课为学生学习后继专业课程和解决实际问题，提供必要的物理基础知识及常用的物理方法。在以应用型发展的院校中，在教学中以应用为目的，加强与实际应用紧密联系的基础知识和基本方法的训练。

（二）学情分析

①掌握学生的学习能力，即接收新知识的能力，来设计教学任务的深度和广度;②根据学生已有的知识基础进行适当的知识补救，调整教学难度和方法;③根据班级整体学习风格来设计不同的挑战性问题及讨论。有的班风偏向“活跃型”，但缺乏思维深度和准确性，有的班风偏向“沉闷型”，学生更倾向于思考而非表达。

（三）教学目标（以《质点运动学》为例）

①知识目标：掌握描述质点运动的概念：位置矢量、位移、速度、加速度;掌握质点运动学的第一类基本问题，即求导的运用，来解决一般曲线运动问题。②能力目标：培养利用数学工具来解决一般曲线运动的方法;培养学生的科学抽象和逻辑思维能力;提高学生解决问题并应用于生活实践的能力。③素质目标：培养学生学习科学家刻苦钻研的科学精神;培养学生实事求是、理论联系实际的科学作風;联系当下社会的科技发展实例，培养学生的家国情怀和为实现中华民族伟大复兴而努力的青年责任感。

二、“五维一体”课程思政教学设计

（一）“生活”和“问题”维度：本课内容能够体现物理学的一般认知规律。学生在中学学习过的匀变速直线运动属于特殊运动，而生活中更常见的是一般曲线运动，因此，本设计属于“从生活实际中发现问题”这一认知规律的开端，以此激发学生思考。

（二）“明理”维度：本课所包含的位置矢量速度的求导关系，培养了学生思考问题的方式和逻辑思维能力。其中瞬时速度的导出有三方面的意义：

① t的无线分割采用了从整体到局部的分析方法，教育学生在思考问题和做事情时，既要有整体的大局观念，又能够深入细节，做到具体问题具体分析。

② 教育学生要开阔视野，物理问题需借助数学这一有力工具来解决。当今社会，应善于以学科交叉的思考方式和研究方法，来获得新的认识和创新。

③ t0引出了微分思想，伟大的物理学家牛顿就是为了解决物理学中的一般性问题而发明了微积分。激励学生学习牛顿对待科学的孜孜不倦、一丝不苟的探索精神。

（三）“实践+情感”维度：本课的理论在社会实践中有广泛应用，以此提升学生的价值认同。通过介绍“北斗”全球定位系统，增强学生的民族自豪感、家国情怀的价值认同和情感体验，继而激发他们为国家民族发展而刻苦学习的责任感。

三、教学过程实施

结合课前、课中、课后三个教学阶段，从生活、问题、明理、实践、情感五个维度具体实施“课程思政”的教学过程如下。

（一）课前部分。以超星学习通为学习平台，发布微课学习任务，并设置预习问题，鼓励学生完成自主学习。结合刘翔的雅典奥运会110米栏比赛获得冠军的视频，预置学习任务及问题：①比赛通过什么物理量判断选手的输赢？②刘翔的哪个物理量是超过别人的？这一部分的“课程思政”融入是从“生活+问题”维度，鼓励学生善于从实际生活中发现问题并思考问题，以此激发学生学习兴趣。

（二）课中教学。以学生为主体、教师起引导作用。

1. 总结课前预置问题。教师在学习通发起“随机提问”，通过提问总结：比赛通过“时间”这个量来判断选手的输赢。而刘翔优于别人的物理量，是平均速度值。但是，教师进一步指出，刘翔所做的运动并不是中学大家所熟悉的匀变速运动，那么如何得知他某一时刻的瞬时速度及加速度呢？这就要从表示质点位置的基本量“位置矢量”讲起。结合生活实际，采用启发式的教学方法，在课程开头抛出非匀变速运动这样的一般性问题，激起学生的求知欲。

2. 由位置矢量的定义推导瞬时速度和瞬时加速度的表达式。通过小组讨论、合作探究得出相应结论;通过小组竞赛的方式活跃课堂气氛，达到巩固知识的效果。

在推导之前，教师先抛出一道例题：某物体按照 x = 4.9t2 的运动规律做直线运动。计算下列时间间隔内物体的平均速度各是多少？①1s  1.1s;②1s  1.01s;③1s  1.001s;④1s  1.0001s。①到④问由不同小组分别完成，之后由各组学生代表分别展示讲解，得出①到④答案分别为：10.29m/s、9.849m/s、9.8049m/s及9.80049m/s。之后教师发起小组讨论：随着时间段t由0.1s逐渐减小至0.0001s，能发现平均速度有什么样的规律？如果t无限地减小直至趋于0时，平均速度会趋向于哪个数值？各小组成员先讨论合作，给出初步结论;鼓励学生计算更短的t值来证明结论。在各组结论大致趋于一致之后，教师进行总结：在时间趋近于零时，该时间段的平均速度将达到一个极限值。这个极限值就定义为速度的瞬时值，并且从数学形式上，以极限的写

法过渡到导数形式，即：，速度是位置矢量求时间的一阶导数。

同样，能够得出利用平均加速度在t 0時的极限值求瞬时加速度的方法（略）。

这一部分的“课程思政”融入是从以下两方面展开：

① 从“明理”维度，锻炼学生思考问题的方式，这一过程采用了从整体到局部的分析方法，教育学生在思考问题和做事情时，既要有整体的大局观念，又能够深入细节，做到具体问题具体分析。

② 当考虑的t无限趋近于0时，是利用了数学上微分的分析方法。在此引出一段史话，伟大的物理学家牛顿就是为了解决运动学中的这类非匀变速的一般性问题而发明了微积分。激励学生不仅要学习牛顿对待科学的孜孜不倦、一丝不苟的探索精神，更要鼓励学生开阔视野，物理问题不仅仅是物理问题，而恰恰是借助了数学这一有力的工具，来实现物理学理论体系的完美与庞大。

3. 利用所学知识解决身边常见的运动学问题。

这是利用所学知识指导生活实际的实践环节，培养学生学以致用、知行合一的科学素养。例如，解答在课前提出的问题：在刘翔比赛的例子中，如何得知他某一时刻的瞬时速度及加速度？现在可以知道，只要给出刘翔在跑道所在的二维平面内，其x、y方向上随时间的位置变化关系，即运动方程，就可以根据求导关系，得出其比赛中任意时刻的瞬时速度和瞬时加速度。

这一部分的“课程思政”融入是从“实践+情感”维度，培养知行合一，提升价值认同。实践应用环节：把学生解决实际问题的能力，从中学阶段的只能解决特殊运动，提升到能够解决任意的曲线问题。情感提升环节：质点运动学相关知识在关系国计民生的领域也发挥着重要作用，例如我国自主研发的“北斗”全球定位系统，能够向其用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间的信息。希望同学们都能够为国家民族的发展而刻苦学习。

4 课后扩展。通过课下的知识补充来夯实知识，扩展提高。在学习通自主学习课后视频资料：介绍速度的计算在正负电子对撞机、列车速度测量、宇宙飞船对接方面的应用;发布相关阅读资料，扩宽学生视野。例如《解密地球在宇宙中的地位》和《步态的运动学分析》等。

四、教学考核评价

教学考核评价为线上和线下两部分，其中线上以学习通生成的学习数据为主，兼有教师的个别赋分;线下部分主要为作业。

（一）课前评价：教师通过学生对学习资源任务点的学习数据所形成的经验值，监督课前预习环节。考核学生自主学习能力和效果。

（二）课中评价：① 对课前预置问题进行提问，并根据回答情况，教师手动赋予一定的经验值。② 小组讨论评价：学生在讨论专题中参与和发表的频率越高，获得的经验值就越多;另外，教师可以对精彩回答进行额外赋分。③ 学生在课堂中参与的其他任务，都有相应的经验值，如课堂测试、举手、抢答等。

（三）课后评价：

① 作业评分。② 以学生寻求教师答疑的频次，作为对学生自主学习评价的参考依据。

五、教学反思

结合学生在当堂课的表现，教师需及时反思本节课是否达到课堂的高效，及学生在知识、能力、方法上是否有所提高，提高的幅度有多大。本案例的设计从成功之处、不足之处、改进设计和教学灵感四个方面进行了教学反思。

（一）成功之处：教学中达到预先设计的教学目的、引起学生共振效应的做法;教学方法的应用过程。

（二）不足之处：课堂教学中所难免的疏漏失误之处，对它们进行系统的回顾、梳理，并对其作深刻的反思和剖析，使之成为今后教学的提醒。

（三）改进设计：对不足之处进行必要的归类与取舍，考虑一下再教这部分内容时应该如何做，做到精益求精。

（四）教学灵感：对课堂教学中的偶发事件所产生的“灵感火花”的及时反思捕捉，以及在课堂教学中临时应变得当的措施。

本案例设计的教学反思如下：

1. 成功之处：①教学流程设计上符合认知规律。以生活实例作为切入点，使学生对运动快慢有直观的认识，引发思考尽快进入学习状态，大大提高学生学习接受的程度，对于促进教学效果提升大有裨益。②鼓励学生知识迁移。通过引导学生回忆高中位移及平均速度的知识，进行知识的迁移，引出计算瞬时速度所利用的求导方法，充分发挥学生思维的发散性和知识的综合运用能力。③“课程思政”的融入做到“润物无声”。结合物理课程的特点，以“五维一体”模式进行课程思政，既符合课程特点，也达到了了教书育人的目的。

2. 存在的问题及改进措施

① 在学生得出t取得越小，平均速度的值越趋近于9.8m/s这个值后，对于极限导数的知识过渡，学生接受起来比较困难。教师要注意结合数学中导数的定义，来完成知识过渡，适当在黑板上以图像法来辅助讲解。

②在学生参与回答或讨论问题的时候，教师应注意合理控制时间，把握学生讨论的力度，在统筹引导、适时归纳上多下功夫。引导小组的共性结论，以及引导各小组间不同结论的相互论证。

3. 教学灵感

在情感提升环节，除了介绍“北斗”全球定位系统之外，还可以介绍由我国自主研发的“彩虹鱼”水下定位系统，其最大下潜深度可达一万多米，并且描绘出了万米深海的精确坐标。它精确的坐标定位能力，堪称我国的“水下北斗”系统。通过介绍国家科技发展的新成就，加深学生的情感和价值认同。

参考文献：

[1]李华忠. 高校思政课“五维一体”教学模式探究[J]，黑龙江高教研究，2019年02期.

[2]刘宝平. “课程思政”理念下大学物理教学改革的实践与思考[J]，江苏建筑职业技术学院学报，2019年02期.

[3]倪涌舟，郭中富. 大学物理课程思政的课堂实践探索[J]，教育教学论坛，2020年16期.

作者简介：辛萍（1983- ），女，汉族，吉林长春人，硕士，吉林工商学院基础部教师，职称：讲师，主要研究方向为凝聚态物理及大学物理教学。