张芸 王钰茹 樊锐华 鲁海鹏

摘  要 针对大学物理实验教学中存在的军事应用联系不够深入的问题，以基础性实验“拉伸法测金属丝的杨氏模量”为例，从基本概念、基本原理、仪器操作以及主体思想等方面，由外及内探讨教学中如何与军事应用相联系，突出军事特色，全面满足培养高素质新型步兵指挥军官的目标要求。

关键词 大学物理实验;杨氏模量;军事应用

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：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

习近平主席在视察陆军步兵学院时强调：“军队院校因打仗而生、为打仗而建，必须围绕实战搞教学、着眼打赢育人才。要立起为战育人鲜明导向，一切办学活动都要聚焦能打仗、打胜仗。”大学物理实验作为军队院校的一门通用基础课，是学员入学后的第一门系统而完整的实验课，也是后续各专业实验课程的基础，对培养学员实践能力、创新能力和科学素养具有深远意义[1]。贯彻执行习主席的讲话精神，在保持大学物理实验课程体系相对完整的前提下，遵循教育教学规律，军队院校大学物理实验教学应与军事应用相联系，为战育人。

关于大学物理实验课程与军事应用相联系的探讨已有较多研究。例如：胡玮通等[2]在大学物理实验教学内容改革上提出结合专业特色开发特色项目，并且优化实验教材，让学员获取与军事相关的前言知识;曹利[3]提出要加强大学物理实验教学与军事技术的结合;何焰蓝等[4]提出大学物理实验教学应紧密跟踪军事发展，不断融入军事高科技技术。虽然都涉及与军事应用的联系，但在教学过程中具体如何联系，探讨得不够深入，军事特色不够鲜明。因此，进一步开展大学物理实验教学与军事应用相联系的研究，对教学具有非常重要的指导意义。

1  大学物理实验教学与军事应用相联系的设计思路

大学物理实验课程的教学内容涵盖力学、热学、电磁学、光学、近代物理等知识，与军事高新技术发展密切相关[3]。大学物理实验教学与军事应用相联系的研究，应根据目前研究情况，从教学过程入手，由外及内，逐步探索。实验教学过程的基本内容可以概括为实验背景、实验原理、仪器和操作步骤等，以实现基本概念、基本原理、基本方法和技能的掌握。以此为依据，选取基础性实验中的典型实验“拉伸法测金属丝的杨氏模量”为例，从基本概念、基本原理、仪器操作、主体思想等方面逐步探讨与军事应用的联系，实现在教学中恰当融入军事应用，由外及内突出军事特色，全面满足培养高素质新型步兵指挥军官的目标要求。

2  大学物理实验教学与军事应用相联系的实践方法

2.1  基本概念与军事应用相联系

以“基本概念—定义—用途—军事应用”为主线来进行分析：每个实验都有相关的基本概念，首先确定实验中基本概念有哪些，其次明确这些基本概念是什么，然后了解这些概念的相关用途，最后分析这些用途与军事应用的关联。实验“拉伸法测金属丝的杨氏模量”涉及的基本概念是杨氏模量，它是一个材料名词，定义为材料在弹性变形阶段（即符合胡克定律），纵向应力和纵向应变的比例系数，单位为N/m2。它主要用于表征材料的力学性能：杨氏模量越大，越不容易发生变形，刚性越好。杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性能具有重要意义[5]。各种军用装备设施离不开材料，由此可知杨氏模量与军用装备密切相关。

结合学院培养新型步兵指挥官这一特点，选择相关军用装备进行介绍，如探讨步兵分队的常用配置——机枪架在射击过程中产生的弯曲变形与杨氏模量的联系。射击时，机枪作用于枪架的力使枪架杆产生弯曲变形，如果弯曲变形过大，会影响射击精度，弯曲变形与杨氏模量密切相关。另外，在射击过程中，子弹和弹药的冲击力会枪支的枪管和迫击炮的炮管发生变形，这个变形同样与杨氏模量密切相关。机枪架、槍管和炮管的用材需要考量使用杨氏模量较大的材料，以具有良好的刚性，从而保证射击中的精准度。在教学过程中可将与基本概念相关的军事应用作为引题导入，激发学员学习兴趣，循序渐进，启发学员思考。

2.2  基本原理与军事应用相联系

以“基本原理—设计思路—军事应用”为主线来进行分析：首先确定实验中基本原理是什么，然后了解这些原理的设计思路，最后分析原理与军事应用的联系。实验“拉伸法测金属丝的杨氏模量”的基本原理为光杠杆法，这个方法用于研究微小位移、形变等。该原理不好直接与军事应用建立联系，但是该原理采用了非接触的间接方法，因为金属丝的微小伸长量ΔL变化非常小，如果直接测量，将带入较大误差，测量的结果精度不高。为此引入光杠杆法，将微小伸长量进行放大，通过测量光杠杆顶角支点到底边支点连线的距离b、发光标尺到光杠杆镜面转轴中心的距离D、荷重m变化所引起的光标偏移量Δn，然后利用公式（1）间接得到ΔL。这个间接测量的方法在一定程度上反映了军事中的迂回策略。在讲述这部分内容时，设置好问题，循序渐进，引导学员思考：当直接的方法无法达到预期效果时，可采取迂回策略以达到目的。让学员主动发现问题，分析问题，解决问题。

2.3  仪器操作与军事应用相联系

以“仪器操作—军事应用”为主线来进行分析：首先确定实验仪器的结构和操作有哪些，然后分析这些仪器操作与军事应用的关联性。实验“拉伸法测金属丝的杨氏模量”的主要仪器是杨氏模量测定仪，操作方法包括实验架的水平和铅直调节、光杠杆和望远镜的调节以及钢卷尺、游标卡尺和螺旋测微器等测量工具使用，这些都属于需要掌握的基本操作技能。

一方面，参考军事技能类课程，采取总分、分总或总分总的层次结构对实验仪器进行详细介绍，重在理清思路，让学员充分了解仪器的结构和工作原理，并且适当结合实验仪器特点，与军用装备相联系。如采用总分的结构，首先介绍杨氏模量测定仪是采用拉伸法测量杨氏模量，仪器包括实验架、望远镜、数字拉力计、其他测量工具四部分。然后介绍实验架的作用是固定并拉伸金属丝，利用光杠杆装置将伸长量放大，主要结构包括上托板、中托板、下托板和底座。仪器中的望远镜，借助光杠杆装置，对发光标尺的刻度进行观测。在教学过程中，结合学员比较熟悉的军用望远镜，让他们自己来介绍结构组成和军用光学仪器的维护保养知识。

另一方面，操作步骤上，调节实验架的水平和铅直时，引导学员思考哪些部位需要进行水平和铅直调节，然后结合水平仪独立动手进行调试;调节光杠杆和望远镜时，遵循光学仪器的调节步骤，先粗调再细调，按照“外观对准—境外找像—境内找像—细节对零”的步骤实施;望远镜的操作，可结合军用望远镜进行教学，启发学员如何调节，让学员自己操作调试，实现教学相长;使用测量工具时，特别强调操作螺旋测微器时的注意事项，逼近被测物体时需使用微调旋钮进行调整，并结合损坏的仪器进行强调警示，以培养学员胆大心细、严谨务实的作风。

另外，测量光标偏移量Δn时，加载力值至7 kg后，多加0.5 kg而不记录数据，再卸载。其中0.5 kg力值的作用涉及施力螺母内回程差的问题。回程差普遍存在于机械加工零件中，与军用装备联系紧密，如火炮射击手轮中就需要消除回程差，以提高射击精度。因此，教学中可采取提问的方式，结合军用装备，引导学员思考，贴近训练实践。

2.4  主体思想与军事应用相联系

大学物理实验课程的目标在于培养学员观察分析物理实验现象，运用实验研究物理问题的能力，养成理论联系实际、实事求是的科学作风。根据教学大纲的要求，大学物理实验课程总计开设16个实验，其中基础性实验六个，综合性实验八个，设计性实验两个。如何通过有限次的实验，有效培养军校学员的科学文化素养和思维能力，满足未来任职需求？这就需要能提炼实验中隐性的主体思想，由外及内，与军事应用相联系。

1）明确实验教学中的逻辑思路。大学物理实验基本上都是验证性实验，参考相关实验研究的思路，可以采取通过实验现象发现问题，再理论分析并动手解决问题的基本流程进行引导，结合问题式教学方法，启发学员思考，实现相关结论的验证。因此，实验“拉伸法测金属丝的杨氏模量”的教学过程中可以杨氏模量是什么、杨氏模量有哪些用途、如何测量杨氏模量的基本思路为主线，恰当融入军事应用，逐步开展教学。

2）实验中激发学员的学习兴趣，让学员主动参与，实现学员能力素质的提升，也是必不可少的。采取翻转课堂模式，教员提出问题和实验要求，给予一定的仪器介绍和操作帮助;让学员课前做好预习，课上教员引导，学员自行进行实践和探索;课后布置创新型作业，让学员与教员进行反馈交流，以培养创新思维能力。如设置实验的思维拓展部分，要求设计实验：利用杨氏模量测定仪测量金属丝的线膨胀系数，改进实验仪器以提高精度。学员利用课余时间自己查阅资料，动手改进仪器装置，撰写小论文，将相关成果作为平时考核的一部分。

3）实现培养高素质新型步兵指挥军官的要求，教学过程中有机地融入课程思政元素，如盐在水，为战育人。在实验背景部分适当扩展背后的人文知识。杨氏模量的提出者托马斯·杨被誉为“世界上最后一个什么都知道的人”，通过介绍他广泛的兴趣、强大的自学能力和渊博的学识，激发学员的崇拜之情和学习兴趣。另外，适当介绍19世纪欧洲的工业技术水平，以拓宽视野，开拓思维。

3  结语

习近平主席视察陆军步兵学院的讲话为军队院校大学物理实验教学指明了方向，在尊重课程体系完整的基础之上，大学物理实验教学与军事应用的探索不应浮于表面，而应该由外及内，进行深入融合。以基础性实验中的典型实验“拉伸法测金属丝的杨氏模量”为例，探讨如何从基本概念、基本原理、仪器操作、主体思想等方面与军事应用相联系，突出大学物理实验教学的军事特色。通过教学实践，学员的学习兴趣和积极性有了较大提高，综合能力素质有了一定的提升，收效良好，为其他物理实验教学与军事应用相联系的有效开展奠定良好基础。但是仍需紧跟军事高科技发展的趋势，不断进行更新和实践探索，以全面满足培养高素质新型步兵指挥军官的目标要求，实现为战育人。■

参考文献

[1]张丽，周娴，潘华锦，等.以问题为牵引 构建探究性物理实验课堂[J].中国教育技术装备，2018（8）：112-114.

[2]胡玮通，刘兵.大学物理实验教学改革探析[J].物理与工程，2016，26（S1）：191-193.

[3]曹利.大学物理实验教学实施军事创新教育的探索[J].时代教育，2014（7）：116.

[4]何焰蓝，杨俊才，沈志，等.严格训練、自主学习、创新实践：基础物理实验的改革与发展[J].高等教育研究学报，2009，32（4）：98-100.

[5]李明香.激光干涉法测量材料的杨氏模量[D].长春：东北师范大学，2015：1.