课程名称：大学物理     适用专业：理工类专业

开课学院：理学院      主讲教师：周朕

课程简介：

本课程主要讲授力学、电磁学、热学、波动光学及近代物理的相关内容。从经典力学拓展到相对论力学；从宏观物体的运动学、动力学规律拓展到微观世界的分子、原子运动遵守的统计规律；讨论三大守恒定律在宏、微观世界的应用；介绍电磁场的基本规律，讨论电介质和磁介质的特征以及变化的电磁场的规律；介绍光的干涉、衍射、偏振，以及量子物理的基础知识。本课程立足于培养学生对物质世界的情感，理性思维的态度，看待自然的方式和崇尚科学文明的价值取向。

一、章节名称

所述内容为质点运动学。主要章节分为以下4个章节。

（1）质点运动的基本概念：质点；坐标系和参考系；时间与空间；常见物理过程的时间尺度。

（2）位矢、位移、速度、加速度：位置矢量；位移；速度；加速度。

（3）曲线运动的描述：切向加速度和法向加速度；圆周运动的角量和线量的关系。

（4）运动学中的两类问题：已知运动方程求速度和加速度；已知加速度和初始条件求速度和运动方程。

本次教学案例聚焦位矢、位移、速度、加速度这节内容中的运动方程求解轨道方程这一知识点，通过引导式介绍轨道方程的现实意义，引领学生对我国弹道导弹技术和反导技术进行探索，并利用Matlab仿真实现反导案例，借9.3大阅兵的时机，弘扬科学精神、科学家精神和爱国精神，帮助学生树立远大理想和爱国抱负。

二、章节教学目标

1. 知识目标

熟悉掌握用矢量描述物体运动的方法；即掌握四个物理量：位置矢量、位移、速度、加速度的矢量定义式及其在直角坐标系、自然坐标系中的表示式；掌握运动方程求解轨道方程的基本方法。

2. 思政目标

爱国精神、科学精神、科学家精神的树立和培养。

三、案例设计与内容

1. 基本思路

首先介绍物理概念位置矢量r，其物理含义为描述质点在空间中的位置；利用数学中函数的观念，引入质点随时间的变化关系，即运动方程的概念r=r(t)。通过投影到直角坐标系中，将运动方程变化为参数方程x=x(t)，y=y(t)，z=z(t)；通过大中衔接物理内容的比较，运用消参的方法得到轨道方程s=s(t)。以轨道方程的现实意义为契机，引导同学们对导弹技术和反导技术的探索，介绍我国导弹技术、反导技术以及重要科学家的贡献，并辅以Matlab软件仿真实现反导技术的虚拟物理实验。基本思路逻辑框架如图1所示。

图1 基本思路逻辑框架图

2. 教学方法

（1）数理结合教学法：借助数学概念函数，从物理概念位矢过渡到运动方程。

（2）问题导向学习：从轨道方程的现实意义出发，引导学生进行Matlab反导仿真实验，介绍我国导弹技术和反导技术。

（3）探究式学习：从运动方程出发借助物理概念坐标系，将运动方程转化为参数方程，通过大中衔接内容的比较，引入轨道方程。

3. 案例内容

（1）物理概念介绍——位矢

从几何角度出发介绍物理研究对象质点在空间中的位置，引入物理概念——位置矢量，简称位矢r，并用数学工具矢量来表达r。通过坐标系的引入将位矢投影到直角坐标系中，实现图像化。

图2 位矢

（2）运动方程和参数方程

借助数学概念函数，引入描述质点空间位置的变化函数式，即运动方程。投影到直角坐标系为参数方程。

图3 运动方程和参数方程

（3）轨道方程

通过大中衔接的物理思想，借助高中所学消参的技巧，可以将参数方程转化为轨道方程。

图4 轨道方程

（4）物理例题

运用理论和实践相结合的方法，进行轨道方程的求解。利用问题引导式教学方法，提出求解运动方程的现实意义。

图5 例题

（5）反导仿真

通过Matlab虚拟仿真的方法，实现虚实结合的教学方法，实现反导技术虚拟仿真。

图6 Matlab导弹拦截虚拟仿真

（6）我国导弹技术和反导技术

结合新闻，介绍我国的导弹技术和反导技术，激发爱国热情和科学精神。

图7 导弹技术和反导技术

图8为我国9.3新型洲际导弹DF61，紧跟时事，以此为契机介绍我国近几年导弹技术的迅猛发展，激发学生的学习动力和爱国热情。

图8 DF61

（7）科学家介绍——钱学森

通过钱学森前辈在我国航空航天技术的贡献介绍，实现对科学家精神的介绍和传承。

图9 科学家介绍——钱学森

四、教学效果与反思

1. 成功经验

（1）切入点选择恰当：以反导技术这一国家重大需求为切入点，自然融入了思政元素，避免了"硬融入"、"表面化"的问题，实现了专业知识与思政教育的有机统一。

（2）教学方法多样有效：数理结合教学法夯实了理论基础；问题导向学习激发了探究兴趣；Matlab仿真实现了虚实结合，克服了物理实验条件限制，让学生直观理解抽象概念。

（3）时事热点利用充分：抓住9·3大阅兵这一教育契机，及时开展相关教学，增强了教育的时效性和感染力。

2. 改进空间

（1）差异化教学有待加强：对于数学基础较弱的学生，在参数方程转化为轨道方程的数学处理环节存在一定困难，今后需要设计更多梯度化的练习题目，提供个性化的辅导支持。

（2）实验环节可以更加深入：目前的Matlab仿真主要以教师演示为主，未来可以设计更加开放的仿真任务，让学生以小组形式自主设计参数和方案，更好地培养创新能力。

（3）评价方式可以更多元：目前主要以传统作业和测试评价知识掌握情况，对于思政目标的达成度缺乏系统的评价体系。未来可以增加小组汇报、研究报告等形式，全面评估学生的科学素养和价值观养成。

（4）科学家精神挖掘深度不足：对钱学森等科学家的介绍偏重于事迹陈述，对其科学精神、爱国情怀的深层挖掘不够。后续可以增加科学家原声、原始文献等素材，让学生更加深入地感受科学家的精神世界。

3. 未来展望

本案例为理工科课程思政建设提供了可借鉴的模式。未来将进一步优化教学设计，加强跨学科整合，引入更多前沿科技案例，建立更加科学的思政教育评价体系，持续提升课程思政的育人效果。同时加强师资培训，提升教师将思政元素有机融入专业教学的能力，形成可推广、可复制的课程思政建设经验。