摘 要 隨著新時代軍事教育方針在軍隊院校的全面落實，為培養(yǎng)“能打仗、打勝仗”的優(yōu)秀軍事人才，本文闡述了新形勢下在軍隊院校大學物理實驗教學中緊貼軍事應用的必要性。在現(xiàn)有教學基礎上，基于實驗背景、實驗原理、實驗內(nèi)容和思想方法等方面，從力學、熱學、電磁學、振動波動、波動光學、近代物理實驗模塊介紹可供參考的緊貼軍事應用的實例。通過緊貼軍事應用的大學物理實驗教學探索與實踐，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的科學素養(yǎng)。

關鍵詞 物理實驗教學;軍事;科學素養(yǎng)

大學物理實驗課程是自然科學模塊的一門必修公共基礎課程，是本科學生接受系統(tǒng)實驗知識、實驗方法和實驗技能訓練的開端，是培養(yǎng)學生動手實踐能力和科學素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。不同于地方高等院校，軍隊院校教育的基本任務之一是培養(yǎng)軍事人才。大學物理實驗課蘊含的物理知識、實驗技能、思想方法等是軍事高新技術的重要支撐。因此在大學物理實驗教學中緊貼軍事應用是培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|、專業(yè)化新型軍事人才的重要舉措。

1 物理實驗教學緊貼軍事的必要性

2020年7月，習主席八一前夕視察空軍航空大學并發(fā)表重要講話，院校同部隊對接越精準，課堂同戰(zhàn)場銜接越緊密，培養(yǎng)的人才越對路子[1]。目前在大學物理實驗教學中存在教學與實戰(zhàn)聯(lián)系不夠緊密的問題。從教師角度，受教學慣性等影響，教師課上著重講授實驗原理、內(nèi)容、操作等，忽視挖掘物理實驗和軍事之間的聯(lián)系。從學生角度，他們認為在今后的工作實際中物理實驗并不會有直接用處，重點掌握和軍事相關的課程即可。

大 學物理實驗作為理工基礎學科中的理論和實驗相結合的科目，它涉及的基本知識、實驗技能和思想方法等對于社會進步、軍事技術的發(fā)展，對于新型軍事人才的培養(yǎng)都有著不可替代的作用，因此在大學物理實驗教學中緊貼軍事應用迫在眉睫。

2 緊貼軍事應用的大學物理實驗課程教學設計

在大學物理實驗現(xiàn)有教學實際基礎上，筆者所在軍?；诹W、熱學、電磁學、振動與波動、波動光學、近代物理實驗模塊，從實驗背景、實驗原理、實驗內(nèi)容和思想方法等方面探究實驗知識和軍事技術、武器裝備之間的聯(lián)系，教學緊貼軍事應用，課堂密切銜接戰(zhàn)場，進而夯實學生理論聯(lián)系實際的科學素養(yǎng)。

2.1 力學實驗模塊緊貼軍事應用

力學是研究物體機械運動規(guī)律的學科，是物理學、工程技術學科和軍事技術、武器裝備的基石。

例 如剛體轉動慣量的測定實驗，在導入環(huán)節(jié)提出什么是剛體？ 軍事中有哪些剛體？ 以99A 式主戰(zhàn)坦克為例，旋轉炮塔和車輪，包括坦克上用來保持負載穩(wěn)定的陀螺儀等，新型直20F上的旋翼和魚雷的螺旋槳都是典型的剛體定軸轉動例子;精準測定轉動慣量在彈丸、發(fā)動機葉片、陀螺儀等設計制造中至關重要，如何測定剛體的轉動慣量？在實驗中用到了間接測量的方式，通過測量物體扭擺周期和彈簧扭轉常數(shù)可得剛體的轉動慣量。這種把不易測得的量通過若干可直接測量的量計算得到的轉化思維在軍事上也早有應用，如三十六計中的“假道伐虢”“李代桃僵”“暗度陳倉”等。以力學實驗模塊為例，可開發(fā)資源如表1所示。

2.2 熱學實驗模塊緊貼軍事應用

熱學研究的是組成物質的大量分子或原子的無規(guī)則運動的微觀本質和宏觀規(guī)律，在提高坦克發(fā)動機效率、火藥燃燒效能等問題上起著基礎理論的指導作用。

在氣體比熱容比的測定實驗中，先提出問題：什么是比熱容？ 坦克為什么采用水冷發(fā)動機？ 進而提出水的比熱容最高，引出比熱容比的概念，氣體比熱容比的數(shù)值在氣體的熱力學過程和工程技術應用中有著重要影響。在此實驗中有個迅速打開活塞，使瓶內(nèi)氣體和外界相通的步驟，因這個放氣過程較快，可以近似認為這是一個絕熱膨脹過程，這里用到理想模型法（重點考慮主要因素，淡化次要因素，用簡單思路處理復雜問題）。毛主席指出：“任何過程如果有多數(shù)矛盾存在的話，其中必定有一種是主要的，起著領導的、決定的作用，其他則處于次要和服從的地位。因此，研究任何過程，如果是存在著兩個以上矛盾的復雜過程的話，就要用全力找出它的主要矛盾。捉住了這個主要矛盾，一切問題就迎刃而解了?！盵3]發(fā)展軍事高新技術、升級武器裝備也是同樣道理，優(yōu)先發(fā)展能出奇制勝的關鍵武器，要優(yōu)先攻克“卡脖子”技術，進而有效推動武器裝備的發(fā)展。同時也可以提出思考題“如何能使這個迅速開活塞過程更接近絕熱膨脹過程？”，以培養(yǎng)學生精益求精的學習習慣。以熱學實驗模塊為例，可開發(fā)資源如表2所示。

2.3 電磁學實驗模塊緊貼軍事應用

電磁學主要研究物質的電學和磁學性質及電磁運動基本規(guī)律。電磁學的發(fā)展推動人類進入信息化時代，在電子電工、自動控制等方面舉足輕重，促進了信息化智能化技術在戰(zhàn)場中的廣泛應用。

在 霍爾法測磁場實驗中，以霍爾元件在軍工測量和控制上的應用來引入：用于軍用車輛檢測發(fā)動機轉速的霍爾傳感器，調(diào)控導彈發(fā)射的霍爾角度傳感器和協(xié)助天和核心艙調(diào)整姿態(tài)的霍爾推進器等，啟發(fā)學生思考：為什么霍爾元件在航空、航天、軍事等領域有廣泛應用？ 引出霍爾元件優(yōu)點：微型化、高靈敏度、高精度、高穩(wěn)定性等。在實驗中通過對稱測量法（改變電流和磁場方向）基本上可以消除副效應對測量結果的影響，提高實驗精度。在經(jīng)典霍爾實驗基礎上，介紹霍爾效應的后續(xù)發(fā)展：1980 年整數(shù)量子霍爾效應被發(fā)現(xiàn);1982年分數(shù)量子霍爾效應被發(fā)現(xiàn)[4];2013年，量子反?；魻栃晃覈ζ淅ぴ菏款I銜發(fā)現(xiàn)，為高速低能耗的電子元器件的發(fā)現(xiàn)提供了可能。通過介紹霍爾效應發(fā)展史和前沿進展，引導學生思考同一物理原理在不同條件下會有不同的效果，物理規(guī)律并非一成不變，需要具體問題具體分析。正是一代代科學家們不斷探索、大膽質疑、敢于創(chuàng)新，成就了物理世界的豐富多彩。以電磁學實驗模塊為例，可開發(fā)資源如表3所示。

2.4 振動與波動實驗模塊緊貼軍事應用

振動主要研究在某一數(shù)值附近做周期性變化的物理量，振動狀態(tài)在空間的傳播過程稱為波動。振動與波動主要研究振動和各類波動的特性和規(guī)律，其中消聲瓦、微聲槍械、聲吶、次聲武器等都離不開物理原理的有效支撐。

在聲速測量實驗中，從海洋聲吶有什么優(yōu)點引入?；诼曀僭诤Ｋ膫鞑ミ^程中有傳播距離遠、衰減小等特點，聲吶在海洋中可用于水下目標有效探測、定位、通信等。在實驗過程中，可讓學生對比“駐波法”和“相位法”在測聲速上的實驗原理、測量方法、數(shù)據(jù)處理都有哪些不同，在什么情況下用什么方法更加恰當。通過對比研究，增進學生對實驗知識、實驗方法的理解，引導學生從不同角度看問題，用不同方法處理問題，取長補短，使問題處理最優(yōu)化。在實際海洋環(huán)境中，要考慮鹽分對聲速的影響，可引導學生就“隨著海水鹽度的增大，聲速會如何變化”進行探究，理論向實際靠攏。以振動與波動實驗模塊為例，可開發(fā)資源如表4所示。

2.5 波動光學實驗模塊緊貼軍事應用

波動光學主要研究光的干涉、衍射和偏振，基于光的波動性探究光在傳播過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象及規(guī)律。光學的發(fā)展促進了軍事中觀瞄裝備等的革新。

在 全息光柵的制作和光柵常數(shù)的測定實驗中，以全息存儲（它的三維存儲是二維存儲量的一千多倍，可大量節(jié)省存儲空間且保密性強）[7]、全息瞄準鏡等引入。在實驗過程中，讓學生分組探究“光學元件如何等高共軸”“如何獲得平行光”“如何使得反射光和透射光光強盡量相等”“如何精準測量和確定θ”，通過學員組內(nèi)討論和組間交流，教師及時鼓勵和補充，讓學生面對作戰(zhàn)任務時要學會分工合作，協(xié)同作戰(zhàn)，實現(xiàn)作戰(zhàn)方式的最優(yōu)解，提高戰(zhàn)斗力。以波動光學實驗模塊為例，可開發(fā)資源如表5所示。

2.6 近代物理實驗模塊緊貼軍事應用

近代物理研究的是適用于高速運動的相對論和微觀領域的量子力學，近代物理的出現(xiàn)為核能的發(fā)展、電子設備微型化、量子通信等奠定了理論基礎。

講到用光電效應測定普朗克常數(shù)時，以裝甲戰(zhàn)車上的光電傳感器和可以實現(xiàn)夜間戰(zhàn)場可視化的微光夜視儀引入，讓學生體會到光電效應在生活和軍事中的廣泛應用。在實驗內(nèi)容中，如何測得普朗克常數(shù)這個微觀量呢？ 微觀量并不方便測量，可以利用轉化思維把微觀量用實驗室可測的電壓、電流等宏觀量表示，這種巧妙的思想可以靈活運用在生活和軍事中。1887年德國物理學家赫茲在發(fā)現(xiàn)光電效應之后，萊納德于1902年發(fā)布了幾個關于光電效應的重要實驗結果;1905年，愛因斯坦在論文《關于光的產(chǎn)生和轉化的一個試探性觀點》中，對于光電效應給出另外一種解釋，提出了光的波粒二象性;1916年，密立根通過十年時間證實了愛因斯坦的理論是正確的，并且應用光電效應直接計算出普朗克常數(shù)[9]。正是愛因斯坦的創(chuàng)新理論，推廣了普朗克的能量子假說，光子本身特性也是對立統(tǒng)一的，有波動性的同時也有粒子性;正是密立根的“十年磨一劍”，嚴謹求實的精神，測得當時最精確的普朗克常數(shù)h 的值。以近代物理實驗模塊為例，可開發(fā)資源如表6所示。

3 物理實驗教學緊貼軍事應用實踐效果

通過對大學物理實驗各模塊進行緊貼軍事應用的教學改革探索，經(jīng)過長期實踐后，我們對280余名學生展開問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)改革取得較好的教學效果。主要體現(xiàn)在以下三點，一是學生學習興趣高漲。有76.77%學生表示喜歡上大學物理實驗課，相比于傳統(tǒng)的教學模式，增加了25%;80%的學生認為緊貼軍事應用的物理實驗課程對崗位任職大有裨益，希望通過學習更深入地了解和探索軍事技術和武器裝備背后的原理，學生學習興趣濃厚使得教師在吃透現(xiàn)有軍事應用之外，繼續(xù)挖掘新的內(nèi)容，促進教學相長。二是大大提高學生理論聯(lián)系實際的能力。有70%的學生表示通過該課程的學習，后續(xù)在接觸和操作武器裝備時學習能力顯著提升，對裝備部分器件具體原理有了初步了解后，能利用所學知識舉一反三快速掌握整個裝備原理，同時還促使學生運用學到的物理實驗知識來分析、解決實際學習、生活、工作中的問題。三是顯著提升學生動手能力及創(chuàng)新素養(yǎng)。學生參加物理科技創(chuàng)新競賽比例提升了30%，其中軍事類作品增加了50%。作品質量也得到顯著提升，在北京市大學生物理實驗競賽中屢獲佳績。比如我院學生設計研究了輔助瞄準系統(tǒng)，綜合多個傳感器進行數(shù)據(jù)采集處理，風向風速、溫度濕度、陀螺儀等模塊優(yōu)勢集中，通過瞄準鏡上的自動微調(diào)裝置，自動調(diào)整瞄準鏡角度，將彈著點與瞄準準星重合，消除正常瞄準在復雜環(huán)境下的誤差，加強射手步槍射擊的射擊精度。為平時訓練中射手射擊受環(huán)境影響而精準度不高的問題提出有效解決辦法。輔助瞄準系統(tǒng)以其貼近部隊實際的創(chuàng)意、巧妙的實驗裝置、精準的數(shù)據(jù)分析，獲北京市大學生物理實驗競賽一等獎，申請實用新型專利1項。

4 結語

本文從不同知識模塊出發(fā)進行了緊貼軍事應用的大學物理實驗課程教學設計，在教學中，從實驗背景、實驗原理、實驗內(nèi)容和思想方法等方面挖掘物理實驗知識和軍事技術、武器裝備之間的聯(lián)系，物理實驗教學緊貼軍事應用，激發(fā)學生的學習興趣，提升學生的科學素養(yǎng)，大力推進物理實驗教學向實戰(zhàn)聚焦，為戰(zhàn)育人。

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基金項目： 陸軍裝甲兵學院校級科研自主項目（2022CJ87）。