張蕓 王鈺茹 樊銳華 魯海鵬

摘? 要 針對大學物理實驗教學中存在的軍事應用聯(lián)系不夠深入的問題，以基礎性實驗“拉伸法測金屬絲的楊氏模量”為例，從基本概念、基本原理、儀器操作以及主體思想等方面，由外及內探討教學中如何與軍事應用相聯(lián)系，突出軍事特色，全面滿足培養(yǎng)高素質新型步兵指揮軍官的目標要求。

關鍵詞 大學物理實驗;楊氏模量;軍事應用

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）24-0104-03

Discussion on College Physics Experiment Teaching and Military Application//ZHANG Yun， WANG Yuru， FAN Ruihua， LU Haipeng

Abstract In consideration of insufficient connections between the college physics experiment teaching and military applications， we

take the teaching of basic experiment of measuring Young’s Modulus

of metal wires by stretch method as an example， discussed how to connect basic concepts， basic principles， instrument procedures， and

main thoughts with military applications from outside to inside. It is

to highlight military characteristics and meet fully the target require-ments of training high-quality new-type infantry commanders.

Key words college physics experiment; Young’s modulus; military applications

0?; 前言

習近平主席在視察陸軍步兵學院時強調：“軍隊院校因打仗而生、為打仗而建，必須圍繞實戰(zhàn)搞教學、著眼打贏育人才。要立起為戰(zhàn)育人鮮明導向，一切辦學活動都要聚焦能打仗、打勝仗?！贝髮W物理實驗作為軍隊院校的一門通用基礎課，是學員入學后的第一門系統(tǒng)而完整的實驗課，也是后續(xù)各專業(yè)實驗課程的基礎，對培養(yǎng)學員實踐能力、創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)具有深遠意義[1]。貫徹執(zhí)行習主席的講話精神，在保持大學物理實驗課程體系相對完整的前提下，遵循教育教學規(guī)律，軍隊院校大學物理實驗教學應與軍事應用相聯(lián)系，為戰(zhàn)育人。

關于大學物理實驗課程與軍事應用相聯(lián)系的探討已有較多研究。例如：胡瑋通等[2]在大學物理實驗教學內容改革上提出結合專業(yè)特色開發(fā)特色項目，并且優(yōu)化實驗教材，讓學員獲取與軍事相關的前言知識;曹利[3]提出要加強大學物理實驗教學與軍事技術的結合;何焰藍等[4]提出大學物理實驗教學應緊密跟蹤軍事發(fā)展，不斷融入軍事高科技技術。雖然都涉及與軍事應用的聯(lián)系，但在教學過程中具體如何聯(lián)系，探討得不夠深入，軍事特色不夠鮮明。因此，進一步開展大學物理實驗教學與軍事應用相聯(lián)系的研究，對教學具有非常重要的指導意義。

1? 大學物理實驗教學與軍事應用相聯(lián)系的設計思路

大學物理實驗課程的教學內容涵蓋力學、熱學、電磁學、光學、近代物理等知識，與軍事高新技術發(fā)展密切相關[3]。大學物理實驗教學與軍事應用相聯(lián)系的研究，應根據(jù)目前研究情況，從教學過程入手，由外及內，逐步探索。實驗教學過程的基本內容可以概括為實驗背景、實驗原理、儀器和操作步驟等，以實現(xiàn)基本概念、基本原理、基本方法和技能的掌握。以此為依據(jù)，選取基礎性實驗中的典型實驗“拉伸法測金屬絲的楊氏模量”為例，從基本概念、基本原理、儀器操作、主體思想等方面逐步探討與軍事應用的聯(lián)系，實現(xiàn)在教學中恰當融入軍事應用，由外及內突出軍事特色，全面滿足培養(yǎng)高素質新型步兵指揮軍官的目標要求。

2? 大學物理實驗教學與軍事應用相聯(lián)系的實踐方法

2.1? 基本概念與軍事應用相聯(lián)系

以“基本概念—定義—用途—軍事應用”為主線來進行分析：每個實驗都有相關的基本概念，首先確定實驗中基本概念有哪些，其次明確這些基本概念是什么，然后了解這些概念的相關用途，最后分析這些用途與軍事應用的關聯(lián)。實驗“拉伸法測金屬絲的楊氏模量”涉及的基本概念是楊氏模量，它是一個材料名詞，定義為材料在彈性變形階段（即符合胡克定律），縱向應力和縱向應變的比例系數(shù)，單位為N/m2。它主要用于表征材料的力學性能：楊氏模量越大，越不容易發(fā)生變形，剛性越好。楊氏模量的測定對研究金屬材料、光纖材料、半導體、納米材料、聚合物、陶瓷、橡膠等各種材料的力學性能具有重要意義[5]。各種軍用裝備設施離不開材料，由此可知楊氏模量與軍用裝備密切相關。

結合學院培養(yǎng)新型步兵指揮官這一特點，選擇相關軍用裝備進行介紹，如探討步兵分隊的常用配置——機槍架在射擊過程中產(chǎn)生的彎曲變形與楊氏模量的聯(lián)系。射擊時，機槍作用于槍架的力使槍架桿產(chǎn)生彎曲變形，如果彎曲變形過大，會影響射擊精度，彎曲變形與楊氏模量密切相關。另外，在射擊過程中，子彈和彈藥的沖擊力會槍支的槍管和迫擊炮的炮管發(fā)生變形，這個變形同樣與楊氏模量密切相關。機槍架、槍管和炮管的用材需要考量使用楊氏模量較大的材料，以具有良好的剛性，從而保證射擊中的精準度。在教學過程中可將與基本概念相關的軍事應用作為引題導入，激發(fā)學員學習興趣，循序漸進，啟發(fā)學員思考。

2.2? 基本原理與軍事應用相聯(lián)系

以“基本原理—設計思路—軍事應用”為主線來進行分析：首先確定實驗中基本原理是什么，然后了解這些原理的設計思路，最后分析原理與軍事應用的聯(lián)系。實驗“拉伸法測金屬絲的楊氏模量”的基本原理為光杠桿法，這個方法用于研究微小位移、形變等。該原理不好直接與軍事應用建立聯(lián)系，但是該原理采用了非接觸的間接方法，因為金屬絲的微小伸長量ΔL變化非常小，如果直接測量，將帶入較大誤差，測量的結果精度不高。為此引入光杠桿法，將微小伸長量進行放大，通過測量光杠桿頂角支點到底邊支點連線的距離b、發(fā)光標尺到光杠桿鏡面轉軸中心的距離D、荷重m變化所引起的光標偏移量Δn，然后利用公式（1）間接得到ΔL。這個間接測量的方法在一定程度上反映了軍事中的迂回策略。在講述這部分內容時，設置好問題，循序漸進，引導學員思考：當直接的方法無法達到預期效果時，可采取迂回策略以達到目的。讓學員主動發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題。

2.3? 儀器操作與軍事應用相聯(lián)系

以“儀器操作—軍事應用”為主線來進行分析：首先確定實驗儀器的結構和操作有哪些，然后分析這些儀器操作與軍事應用的關聯(lián)性。實驗“拉伸法測金屬絲的楊氏模量”的主要儀器是楊氏模量測定儀，操作方法包括實驗架的水平和鉛直調節(jié)、光杠桿和望遠鏡的調節(jié)以及鋼卷尺、游標卡尺和螺旋測微器等測量工具使用，這些都屬于需要掌握的基本操作技能。

一方面，參考軍事技能類課程，采取總分、分總或總分總的層次結構對實驗儀器進行詳細介紹，重在理清思路，讓學員充分了解儀器的結構和工作原理，并且適當結合實驗儀器特點，與軍用裝備相聯(lián)系。如采用總分的結構，首先介紹楊氏模量測定儀是采用拉伸法測量楊氏模量，儀器包括實驗架、望遠鏡、數(shù)字拉力計、其他測量工具四部分。然后介紹實驗架的作用是固定并拉伸金屬絲，利用光杠桿裝置將伸長量放大，主要結構包括上托板、中托板、下托板和底座。儀器中的望遠鏡，借助光杠桿裝置，對發(fā)光標尺的刻度進行觀測。在教學過程中，結合學員比較熟悉的軍用望遠鏡，讓他們自己來介紹結構組成和軍用光學儀器的維護保養(yǎng)知識。

另一方面，操作步驟上，調節(jié)實驗架的水平和鉛直時，引導學員思考哪些部位需要進行水平和鉛直調節(jié)，然后結合水平儀獨立動手進行調試;調節(jié)光杠桿和望遠鏡時，遵循光學儀器的調節(jié)步驟，先粗調再細調，按照“外觀對準—境外找像—境內找像—細節(jié)對零”的步驟實施;望遠鏡的操作，可結合軍用望遠鏡進行教學，啟發(fā)學員如何調節(jié)，讓學員自己操作調試，實現(xiàn)教學相長;使用測量工具時，特別強調操作螺旋測微器時的注意事項，逼近被測物體時需使用微調旋鈕進行調整，并結合損壞的儀器進行強調警示，以培養(yǎng)學員膽大心細、嚴謹務實的作風。

另外，測量光標偏移量Δn時，加載力值至7 kg后，多加0.5 kg而不記錄數(shù)據(jù)，再卸載。其中0.5 kg力值的作用涉及施力螺母內回程差的問題?；爻滩钇毡榇嬖谟跈C械加工零件中，與軍用裝備聯(lián)系緊密，如火炮射擊手輪中就需要消除回程差，以提高射擊精度。因此，教學中可采取提問的方式，結合軍用裝備，引導學員思考，貼近訓練實踐。

2.4? 主體思想與軍事應用相聯(lián)系

大學物理實驗課程的目標在于培養(yǎng)學員觀察分析物理實驗現(xiàn)象，運用實驗研究物理問題的能力，養(yǎng)成理論聯(lián)系實際、實事求是的科學作風。根據(jù)教學大綱的要求，大學物理實驗課程總計開設16個實驗，其中基礎性實驗六個，綜合性實驗八個，設計性實驗兩個。如何通過有限次的實驗，有效培養(yǎng)軍校學員的科學文化素養(yǎng)和思維能力，滿足未來任職需求？這就需要能提煉實驗中隱性的主體思想，由外及內，與軍事應用相聯(lián)系。

1）明確實驗教學中的邏輯思路。大學物理實驗基本上都是驗證性實驗，參考相關實驗研究的思路，可以采取通過實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題，再理論分析并動手解決問題的基本流程進行引導，結合問題式教學方法，啟發(fā)學員思考，實現(xiàn)相關結論的驗證。因此，實驗“拉伸法測金屬絲的楊氏模量”的教學過程中可以楊氏模量是什么、楊氏模量有哪些用途、如何測量楊氏模量的基本思路為主線，恰當融入軍事應用，逐步開展教學。

2）實驗中激發(fā)學員的學習興趣，讓學員主動參與，實現(xiàn)學員能力素質的提升，也是必不可少的。采取翻轉課堂模式，教員提出問題和實驗要求，給予一定的儀器介紹和操作幫助;讓學員課前做好預習，課上教員引導，學員自行進行實踐和探索;課后布置創(chuàng)新型作業(yè)，讓學員與教員進行反饋交流，以培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。如設置實驗的思維拓展部分，要求設計實驗：利用楊氏模量測定儀測量金屬絲的線膨脹系數(shù)，改進實驗儀器以提高精度。學員利用課余時間自己查閱資料，動手改進儀器裝置，撰寫小論文，將相關成果作為平時考核的一部分。

3）實現(xiàn)培養(yǎng)高素質新型步兵指揮軍官的要求，教學過程中有機地融入課程思政元素，如鹽在水，為戰(zhàn)育人。在實驗背景部分適當擴展背后的人文知識。楊氏模量的提出者托馬斯·楊被譽為“世界上最后一個什么都知道的人”，通過介紹他廣泛的興趣、強大的自學能力和淵博的學識，激發(fā)學員的崇拜之情和學習興趣。另外，適當介紹19世紀歐洲的工業(yè)技術水平，以拓寬視野，開拓思維。

3? 結語

習近平主席視察陸軍步兵學院的講話為軍隊院校大學物理實驗教學指明了方向，在尊重課程體系完整的基礎之上，大學物理實驗教學與軍事應用的探索不應浮于表面，而應該由外及內，進行深入融合。以基礎性實驗中的典型實驗“拉伸法測金屬絲的楊氏模量”為例，探討如何從基本概念、基本原理、儀器操作、主體思想等方面與軍事應用相聯(lián)系，突出大學物理實驗教學的軍事特色。通過教學實踐，學員的學習興趣和積極性有了較大提高，綜合能力素質有了一定的提升，收效良好，為其他物理實驗教學與軍事應用相聯(lián)系的有效開展奠定良好基礎。但是仍需緊跟軍事高科技發(fā)展的趨勢，不斷進行更新和實踐探索，以全面滿足培養(yǎng)高素質新型步兵指揮軍官的目標要求，實現(xiàn)為戰(zhàn)育人?！?/p>

參考文獻

[1]張麗，周嫻，潘華錦，等.以問題為牽引 構建探究性物理實驗課堂[J].中國教育技術裝備，2018（8）：112-114.

[2]胡瑋通，劉兵.大學物理實驗教學改革探析[J].物理與工程，2016，26（S1）：191-193.

[3]曹利.大學物理實驗教學實施軍事創(chuàng)新教育的探索[J].時代教育，2014（7）：116.

[4]何焰藍，楊俊才，沈志，等.嚴格訓練、自主學習、創(chuàng)新實踐：基礎物理實驗的改革與發(fā)展[J].高等教育研究學報，2009，32（4）：98-100.

[5]李明香.激光干涉法測量材料的楊氏模量[D].長春：東北師范大學，2015：1.