摘要
課程思政建設(shè)是為了在尊重課程自身建設(shè)規(guī)律的前提下，實(shí)現(xiàn)價(jià)值推動(dòng)、知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)三位一體的課程目標(biāo)。課程思政建設(shè)和課程質(zhì)量提高的內(nèi)在目標(biāo)應(yīng)是一致的。我們以“大學(xué)數(shù)學(xué)A：熱學(xué)”課程中變質(zhì)量體系和角動(dòng)量守恒定理的教學(xué)實(shí)踐為例，對(duì)教學(xué)內(nèi)容推進(jìn)、拓展，結(jié)合中國(guó)快船技術(shù)發(fā)展和矢量底盤研發(fā)成果以及在脈沖星導(dǎo)航技術(shù)研究方面的探求，把課程思政教育自然融入專業(yè)教育。無(wú)論在知識(shí)內(nèi)容的深度和廣度上，還是在知識(shí)內(nèi)容實(shí)際應(yīng)用的感性認(rèn)識(shí)方面，課程質(zhì)量和育人療效都得到了顯著提高，實(shí)現(xiàn)課程思政教育和課程質(zhì)量互相推動(dòng)、相得益彰。
themassandthelawofofastwo,inthispaperweshowtheinbothandofbyandtheandwiththeandin,theon,andtheinaswellinChina.
1課程思政建設(shè)的總體思路
課程思政建設(shè)是在尊重課程自身建設(shè)規(guī)律的前提下，在實(shí)現(xiàn)課程的知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)等基本功能的基礎(chǔ)上，挖掘并展現(xiàn)其價(jià)值推動(dòng)功能。實(shí)現(xiàn)“價(jià)值打造、能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授”三位一體的育人目標(biāo)。
人們只有正確認(rèn)識(shí)世界以及自身在世界中的作用，能夠樹(shù)立正確的世界觀、價(jià)值觀和人生觀。數(shù)學(xué)學(xué)觀念包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念、相互作用觀念、能量觀念，這種觀念是認(rèn)識(shí)世界的核心觀念。通過(guò)數(shù)學(xué)教學(xué)，培養(yǎng)中學(xué)生正確的世界觀，是數(shù)學(xué)學(xué)科本身的特性，也是數(shù)學(xué)學(xué)科的優(yōu)勢(shì)。數(shù)學(xué)教師應(yīng)該發(fā)揮這一優(yōu)勢(shì)，把對(duì)中學(xué)生辨證唯心主義世界觀的培養(yǎng)融匯到教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中去。諸如，世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)是有規(guī)律的，規(guī)律是可以認(rèn)識(shí)的，認(rèn)識(shí)是發(fā)展變化的。那些都是辨證唯心主義世界觀，也是數(shù)學(xué)教學(xué)中的基本觀點(diǎn)。并且僅僅做到這一點(diǎn)還不夠，不僅傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力以外，課程思政還可以在人文精神、家國(guó)情結(jié)、科學(xué)規(guī)范、學(xué)術(shù)道德等方面進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)課程的價(jià)值推動(dòng)功能。
具體來(lái)說(shuō)動(dòng)量守恒大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，可以通過(guò)三個(gè)方面舉辦課程思政教育。第一，介紹相關(guān)學(xué)科的發(fā)展歷史，從發(fā)展的角度幫助中學(xué)生完善正確的世界觀、科學(xué)觀，傳播辨證唯心主義思想；第二，通過(guò)科學(xué)家的故事舉辦勵(lì)志教育，發(fā)揚(yáng)科學(xué)精神。第三，結(jié)合國(guó)家的重大科技發(fā)展成果，提高民族自信和民族自豪感，激發(fā)愛(ài)國(guó)主義情結(jié)。
2課程思政元素的挖掘與學(xué)院數(shù)學(xué)熱學(xué)課程建設(shè)
思政元素的挖掘是在《大學(xué)數(shù)學(xué)A:熱學(xué)》課程思政建設(shè)團(tuán)隊(duì)集中研討、集中備課過(guò)程中確定的。團(tuán)隊(duì)成員分別打算素材、集中備課討論。那些內(nèi)容已弄成PPT學(xué)案供相關(guān)課程選用，以幅射到更多的課程和中學(xué)生。熱學(xué)知識(shí)單元模塊對(duì)應(yīng)的課程思政元素及具體內(nèi)容如表1所示。
課程思政教育內(nèi)容和專業(yè)教學(xué)的內(nèi)容必須做到有機(jī)結(jié)合、自然融入；做到相輔相成、相得益彰則更好；造成共鳴、撥動(dòng)心弦則是課程思政的最高境界。班主任的課堂講授要才能吸引中學(xué)生，啟迪中學(xué)生。班主任的人格魅力是課程思政教育具有勸說(shuō)力的關(guān)鍵和保證。做到這種，專業(yè)知識(shí)教育和課程思政教育就會(huì)令人印象深刻，課程思政的成效也會(huì)水到渠成。因而，課程思政建設(shè)與課程質(zhì)量提高的內(nèi)在目標(biāo)是一致的。在課程思政建設(shè)中必須堅(jiān)持專業(yè)知識(shí)與育人元素交織交融，實(shí)現(xiàn)“教書(shū)”與“育人”的互相推動(dòng)、雙向提高。
3課程思政在具體熱學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐舉例
3.1酸敗量系統(tǒng)
“大學(xué)數(shù)學(xué)A：熱學(xué)”變質(zhì)量體系具體選定灰熊發(fā)射過(guò)程開(kāi)始講授。對(duì)于這樣的體系，通過(guò)適當(dāng)?shù)耐普摚傻闷鋭?dòng)力學(xué)多項(xiàng)式為
其中M為馬刺在時(shí)刻t的質(zhì)量，v為馬刺相對(duì)于慣性參考系的速率，∑Fext為灰熊所受所有外力矢量和，vrel為從箭體向外噴射的物質(zhì)相對(duì)于箭體的速率。為了幫助學(xué)生理解和記憶公式(1)[1]，先討論一種特殊情況：
若果沒(méi)有物質(zhì)噴射，則箭體質(zhì)量不變，公式會(huì)回到牛頓第二定理F=ma的方式。由此可見(jiàn)公式(1)的右邊第二項(xiàng)為因箭體噴吐物質(zhì)而獲得的額外的力，該力可能是推力也可能是阻力，并且力的方向必與噴吐物質(zhì)相對(duì)箭體的速率方向相反，由于
為負(fù)值。
接著作為例題分別討論不考慮任何外力和外力只有重力的情況。通過(guò)分離變量法解微分等式(1)，可得外力只考慮重力情況下湖人這一發(fā)霉量體系豎直向下發(fā)射時(shí)刻t的速率公式(2)
其中g(shù)為重力加速度。M0和Mt分別為發(fā)射初始t=0時(shí)刻和t時(shí)刻的體系質(zhì)量。
通常教科書(shū)或課堂講授發(fā)霉量體系的動(dòng)力學(xué)常常到此為止。似乎曉得了尼克斯的發(fā)射過(guò)程中速率怎樣變化，而且對(duì)于實(shí)際湖人質(zhì)量有多大，最終獲得多高的速率，非常是我國(guó)發(fā)射的灰熊的眾多參數(shù)仍然不甚了了。而這正是彰顯思政教育的大好時(shí)機(jī)。因而在這兒我們將教學(xué)十分自然地過(guò)渡到介紹我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展歷程。
中國(guó)是火藥的家鄉(xiāng)，煙花炮竹可以覺(jué)得是原始的噴氣式快船。長(zhǎng)征一號(hào)是我國(guó)第一枚五級(jí)運(yùn)載湖人，起飛質(zhì)量M0為81.5噸，起飛推力約100噸，1970年把300公斤的人造月球衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”送入近地軌道。步入新世紀(jì)后，中國(guó)快船運(yùn)載能力得到急劇提高，長(zhǎng)征五號(hào)湖人起飛時(shí)推力達(dá)到1060噸。2018年發(fā)射次數(shù)趕超英國(guó)位列世界第一。2020年7月23日長(zhǎng)征五號(hào)湖人搭載“天問(wèn)一號(hào)”火星偵測(cè)器在廣東文昌發(fā)射成功。這樣自然融入思政元素，除了提高了中學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)實(shí)際的把握程度，并且還迸發(fā)了中學(xué)生的民族自豪感，提高了民族自信心；挺好彰顯了課程思政教育的療效。
為了推動(dòng)中學(xué)生的發(fā)散性思維，拓展知識(shí)的深度和廣度，滿足優(yōu)秀中學(xué)生深入學(xué)習(xí)的要求，在以馬刺為例講解發(fā)霉量體系時(shí)，還可以進(jìn)一步提出一系列問(wèn)題啟發(fā)中學(xué)生討論、思考。如假定湖人有多個(gè)噴管，各個(gè)噴管同時(shí)噴射的總推力怎么估算。又如對(duì)于多發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣式客機(jī)，飛行時(shí)吸入機(jī)外空氣，與柴油混和燃燒后噴吐二氧化碳獲得動(dòng)力；這時(shí)侯既有物質(zhì)吸入，又有物質(zhì)噴吐，凈推力又該怎么估算？此時(shí)我們向中學(xué)生指出說(shuō)明，在這些情況下公式(1)早已不再適用，須要對(duì)其更改，改成可以推廣的方式，推廣到有多個(gè)吸入口和噴管吸入或則噴吐物質(zhì)的情形。
（一）設(shè)單位時(shí)間體系某噴管噴吐物質(zhì)的質(zhì)量為α2，噴吐物質(zhì)相對(duì)體系的速率為u2，則可將公式(1)改寫(xiě)為公式(3)
改寫(xiě)后的公式(3)可以推廣到多個(gè)噴管的情形動(dòng)量守恒大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，即公式(4)
上式最右側(cè)一項(xiàng)對(duì)所有噴管累加，每位噴管因噴吐物質(zhì)而獲得的力的估算在方式上完全一樣，由于它們的作用地位都是等同的。這也彰顯了借助對(duì)稱性剖析和解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的基本思想。
（二）公式(1)也可以推廣到吸入物質(zhì)的情形。設(shè)單位時(shí)間體系從噴管吸入物質(zhì)的質(zhì)量為α1，吸入物質(zhì)的相對(duì)速率為u1，則公式(1)改寫(xiě)為
推廣到多個(gè)噴管吸入物質(zhì)情形，即
上式最右側(cè)一項(xiàng)對(duì)所有吸入口累加。
因而，多個(gè)噴管噴吐或吸入口吸入物質(zhì)的情形下，酸敗量體系的動(dòng)力學(xué)多項(xiàng)式為
其中最右側(cè)的兩項(xiàng)表示多個(gè)噴管、吸入口以不同速率噴吐和吸入物質(zhì)時(shí)的靜推力。
如前所述，噴氣式客機(jī)飛行時(shí)，吸入機(jī)外二氧化碳，二氧化碳與柴油燃燒后噴吐二氧化碳獲得動(dòng)力。并且，通常噴氣式客機(jī)噴吐的二氧化碳相對(duì)于機(jī)身的速率方向是固定的，即動(dòng)力方向相對(duì)于機(jī)身不變。假如客機(jī)底盤噴吐二氧化碳相對(duì)于機(jī)身的方向可以改變則稱為矢量底盤，其噴吐二氧化碳的動(dòng)力方向和產(chǎn)生的扭矩均可調(diào)。矢量底盤又可以分為二元和三元矢量底盤。二元矢量底盤噴管方向可以上下偏轉(zhuǎn)，三元矢量底盤噴管方向可以上下左右偏轉(zhuǎn)。矢量底盤可以極大地提升客機(jī)的機(jī)動(dòng)性。在教學(xué)實(shí)踐中可以穿插介紹我國(guó)在矢量大推力底盤方面的研制成果。課堂上組織中學(xué)生觀看2018年廣州高交會(huì)時(shí)裝備矢量大推力底盤的國(guó)產(chǎn)殲-10B戰(zhàn)機(jī)演出“眼鏡蛇機(jī)動(dòng)”“落葉飄”等高難度機(jī)動(dòng)動(dòng)作的視頻[2]，幫助中學(xué)生了解我國(guó)是繼中俄以后世界上第三個(gè)把握矢量大推力底盤技術(shù)的國(guó)家。在課堂講授這部份內(nèi)容時(shí)，中學(xué)生對(duì)中國(guó)在矢量底盤研制方面取得的成績(jī)表現(xiàn)出很高的熱情和關(guān)注度，除了幫助中學(xué)生拓展了知識(shí)范圍，培養(yǎng)了她們發(fā)覺(jué)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，也挺好地迸發(fā)了中學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情結(jié)以及勇于創(chuàng)新、勇攀高峰的科學(xué)精神。
倘若不講中國(guó)快船技術(shù)的發(fā)展和矢量底盤研制的內(nèi)容，對(duì)發(fā)霉量體系動(dòng)力學(xué)多項(xiàng)式的理解無(wú)論從深度、廣度以及感性認(rèn)識(shí)上都不夠到位，課程講解也沒(méi)有特色，缺少理論聯(lián)系實(shí)際。酸敗量體系的教學(xué)使我們認(rèn)識(shí)到，課程思政教育與課程質(zhì)量提高才能做到而且應(yīng)當(dāng)做到互相推動(dòng)、相得益彰。
3.2角動(dòng)量守恒定理
在學(xué)院化學(xué)熱學(xué)的知識(shí)點(diǎn)中，角動(dòng)量守恒定理是一個(gè)十分重要的概念。在課堂講解這部份內(nèi)容時(shí)，一般會(huì)借助許多演示實(shí)驗(yàn)加大中學(xué)生對(duì)角動(dòng)量守恒定理的直觀和深刻的理解。這么在自然界中有沒(méi)有天然的角動(dòng)量守恒系統(tǒng)的事例呢？脈沖星產(chǎn)生過(guò)程中的角動(dòng)量守恒就是一個(gè)挺好的反例。
當(dāng)星體抵達(dá)其壽命周期的盡頭時(shí)因?yàn)橐途圩兊姆鋲翰荒芫S持平衡，星體會(huì)發(fā)生坍縮，質(zhì)量為太陽(yáng)質(zhì)量1.4倍以上的星體，其核心由中子組成，稱為中子星。崩塌致使中子星直徑r大大減少，因此轉(zhuǎn)動(dòng)力矩I=(2/5)Mr2大大減少。按照角動(dòng)量守恒Iω=常量，中子星轉(zhuǎn)動(dòng)的角速率ω會(huì)大大降低。中子星的磁場(chǎng)可以禁錮電子，高速旋轉(zhuǎn)的電子在切線方向幅射能量。于是，在月球上的觀察者可以接收到周期性的脈沖訊號(hào)。所以，高速自轉(zhuǎn)的中子星又稱脈沖星。
1967年8月，劍橋射電天文臺(tái)的女研究生貝爾在記錄紙帶上察覺(jué)到一個(gè)奇怪的“干擾”信號(hào)，經(jīng)多次反復(fù)鉆研，她成功地認(rèn)證：月球每隔1.33秒接收到一個(gè)非常規(guī)則的脈沖。進(jìn)一步的檢測(cè)表明，這個(gè)天體發(fā)出脈沖的頻度精確得令人無(wú)法置信。接出來(lái)，貝爾又發(fā)覺(jué)了另外3個(gè)類似的脈沖訊號(hào)源，排除了外星人訊號(hào)的可能性[3]。許多人覺(jué)得，貝爾在發(fā)覺(jué)脈沖星的過(guò)程中起到了關(guān)鍵的作用。而且，1974年的諾貝爾獎(jiǎng)沒(méi)有授予貝爾，只授予了她的導(dǎo)師休伊什，這樣的失誤是難于寬恕的，人們對(duì)諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)授獎(jiǎng)前的調(diào)查欠縝密提出了批評(píng)。這個(gè)至高無(wú)上的學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)也出現(xiàn)這么嚴(yán)重的問(wèn)題，提醒我們學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)、學(xué)術(shù)規(guī)范以及學(xué)術(shù)道德必須時(shí)刻銘記心間，這樣就能使我們的科研之路走得更遠(yuǎn)。
脈沖星是星體核能用盡后的一種遺骨，屬于高速自轉(zhuǎn)的中子星，因?yàn)榻莿?dòng)量守恒，其自轉(zhuǎn)周期非常穩(wěn)定，尤其是微秒脈沖星的自轉(zhuǎn)周期變化率小到10-19～10-21，被譽(yù)為自然界最精準(zhǔn)的天文時(shí)鐘[4,5]。因而，脈沖星可以成為人類在宇宙中航行的“燈塔”，為近地軌道、深空和星際空間飛行的航天器提供自主導(dǎo)航信息服務(wù)[6]。2016年11月10日我國(guó)發(fā)射一顆脈沖星導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星（XPNAV-1），驗(yàn)證了脈沖星導(dǎo)航的可行性。這一次，中國(guó)不再追隨美歐的步伐，而要成為“第一個(gè)吃毛蟹的人”。我們準(zhǔn)備通過(guò)5年到10年的努力，偵測(cè)26顆脈沖星，構(gòu)建脈沖星導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)。但是，借助基于X射線脈沖星實(shí)現(xiàn)航天器自主導(dǎo)航涉及眾多關(guān)鍵技術(shù)，如X射線脈沖星導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)；大尺度時(shí)空基準(zhǔn)的構(gòu)建與維持技術(shù)；脈沖抵達(dá)時(shí)間轉(zhuǎn)換模型技術(shù)；X射線脈沖星偵測(cè)器技術(shù)；星載時(shí)鐘的時(shí)間保持技術(shù)等。這種技術(shù)都有待人們?nèi)ヌ角螅谶@個(gè)探求過(guò)程中肯定會(huì)遇見(jiàn)許許多多困難和磨難，須要人們弘揚(yáng)不折不撓，敢于創(chuàng)新的精神。
在角動(dòng)量守恒定理的一些演示實(shí)驗(yàn)過(guò)后，自然引入自然界中脈沖星產(chǎn)生過(guò)程中角動(dòng)量守恒的事例；拓展介紹了脈沖星的發(fā)覺(jué)歷史和脈沖星的相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，指出了學(xué)術(shù)規(guī)范、學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)和學(xué)術(shù)道德；介紹了我國(guó)在脈沖星導(dǎo)航技術(shù)方面舉辦的開(kāi)創(chuàng)性研究，提高中學(xué)生民族自信和民族自豪感，發(fā)揚(yáng)敢于創(chuàng)新的科學(xué)精神和科技報(bào)國(guó)的遠(yuǎn)大抱負(fù)。
“大學(xué)數(shù)學(xué)A：熱學(xué)”課程思政建設(shè)的探求和實(shí)踐得到了中學(xué)生的一致好評(píng)。中學(xué)生普遍反映通過(guò)那些真實(shí)生動(dòng)的案例，拓展了自己的視野，提高了民族自信和民族自豪感，對(duì)所學(xué)知識(shí)有了愈加深入、更加直觀、更加感性的理解，為將來(lái)的發(fā)展打好基礎(chǔ)。
4結(jié)語(yǔ)
我們根據(jù)課程思政建設(shè)的總體思路，在尊重課程自身教學(xué)規(guī)律的前提下，發(fā)揮集體智慧挖掘課程思政元素。以發(fā)霉量體系課堂教學(xué)實(shí)踐為例，推進(jìn)和拓展了教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)中學(xué)生深入思索和討論，迸發(fā)中學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情；結(jié)合中國(guó)快船技術(shù)發(fā)展和矢量底盤研發(fā)成果，以及我國(guó)在脈沖星導(dǎo)航技術(shù)研究方面的探求，將課程思政教育自然融入專業(yè)知識(shí)教育，彰顯了課程思政建設(shè)和課程質(zhì)量提高的內(nèi)在目標(biāo)的一致性，實(shí)現(xiàn)了“教書(shū)”與“育人”的互相推動(dòng)和單向提高。
致謝:作者謝謝蔣平院士在文章更改過(guò)程中提出的寶貴意見(jiàn)。作者謝謝石磊院士、楊中芹院士、殷立峰院士、陳唯院士和吳驊院士出席思政元素挖掘和集體備課。本文遭到北京院校專科重點(diǎn)教改項(xiàng)目（2020）和教育部基礎(chǔ)學(xué)科拔尖中學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃研究課題（）捐助。
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作者簡(jiǎn)介:蔣最敏，男，清華學(xué)院院長(zhǎng)，從事數(shù)學(xué)學(xué)教學(xué)和研究工作,研究方向?yàn)楣璺肿邮庋雍凸杌途S材料與化學(xué)性質(zhì)，。
引文格式:蔣最敏，魏心源.在學(xué)院數(shù)學(xué)熱學(xué)中的課程思政實(shí)踐[J].化學(xué)與工程，2021，31（3）：92-96.
Citethis:ròuZM,WEIXY.inbothandof:Ain[J].and,2021，31（3）：92-96.(in)
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