《力學(xué)》教學(xué)過(guò)程中的邏輯嚴(yán)密性

胡振綱，侯秀梅，侯曉強(qiáng)

(鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院，河南鄭州450001)

《力學(xué)》教學(xué)過(guò)程中的邏輯嚴(yán)密性

胡振綱，侯秀梅，侯曉強(qiáng)

(鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院，河南鄭州450001)

《力學(xué)》是物理專業(yè)本科生進(jìn)入大學(xué)后的第一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課程。為了引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并有效地提高《力學(xué)》課程的教學(xué)質(zhì)量，教師應(yīng)當(dāng)從課程內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)出發(fā)，精心設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備每一節(jié)課，充分發(fā)揮知識(shí)體系在邏輯上的連貫性、一致性、完備性，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中邏輯上的嚴(yán)密性，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并有效地提高教學(xué)質(zhì)量。

《力學(xué)》;教學(xué);邏輯結(jié)構(gòu);邏輯嚴(yán)密性

《力學(xué)》作為物理專業(yè)本科生進(jìn)入大學(xué)后的第一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，學(xué)習(xí)質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響到學(xué)生今后學(xué)習(xí)其他專業(yè)理論課的質(zhì)量。這是由于《力學(xué)》課程不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)所有后續(xù)物理理論課程的基礎(chǔ)，更重要的是，為適應(yīng)教學(xué)要求，學(xué)生在進(jìn)入大學(xué)后，其學(xué)習(xí)方法和思維模式要完成從高中到大學(xué)的快速轉(zhuǎn)變［1，2］，而《力學(xué)》課程編排和講解的合理性將直接影響這種轉(zhuǎn)變的質(zhì)量。

對(duì)剛剛從高中進(jìn)入大學(xué)的新生而言，學(xué)習(xí)《力學(xué)》課程將面臨一些根本性的問(wèn)題［3］，如知識(shí)缺乏新鮮感、學(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)變、對(duì)新的數(shù)學(xué)工具的不熟悉，等等。面對(duì)以上諸多問(wèn)題，教師如何在課程中給予正確引導(dǎo)，如何去喚醒并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將對(duì)教學(xué)質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。筆者認(rèn)為，講課質(zhì)量的優(yōu)劣取決于學(xué)生是否接受并喜歡，所以，教師在安排和設(shè)計(jì)課程時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮學(xué)生面對(duì)的實(shí)際問(wèn)題，合理地安排教學(xué)內(nèi)容，精心設(shè)計(jì)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，正確引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)思維模式，盡力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這樣才可以切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。

筆者利用多年來(lái)在《力學(xué)》教學(xué)過(guò)程中積累下來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，充分利用力學(xué)及物理學(xué)知識(shí)連貫縝密的邏輯結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程及細(xì)節(jié)，在講解過(guò)程中努力去展現(xiàn)這種邏輯上的美感。這樣，不僅能夠有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且可以在學(xué)習(xí)方式上給予正確引導(dǎo)。

一、教學(xué)內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)

力學(xué)主要是研究宏觀低速運(yùn)動(dòng)體系中物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，它不僅是物理學(xué)的一個(gè)重要的有機(jī)組成部分，并且還是整個(gè)物理學(xué)框架的基礎(chǔ)。從力學(xué)的發(fā)展歷程來(lái)看，力學(xué)的研究方法遵循認(rèn)識(shí)論的基本法則:實(shí)踐——理論——實(shí)踐［4］(P8)?？茖W(xué)家們根據(jù)對(duì)自然現(xiàn)象的觀察，特別是定量觀測(cè)的結(jié)果，根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，或者根據(jù)為特定目的而設(shè)計(jì)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，提煉出量與量之間的定性的或數(shù)量的關(guān)系，然后建立理想的物理模型，在模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用已知的規(guī)律，并結(jié)合適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具進(jìn)行理論上的演繹工作，最終導(dǎo)出新的結(jié)論;其中，所建立模型及導(dǎo)出的結(jié)論是否合理，則需要新的科學(xué)觀測(cè)和研究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

《力學(xué)》課程中所涉及的內(nèi)容則是經(jīng)典力學(xué)中更為基礎(chǔ)的部分［5］(P20)。主要學(xué)習(xí)平面運(yùn)動(dòng)情況下的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)、剛體力學(xué)、機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波、彈性力學(xué)初步、流體力學(xué)初步及狹義相對(duì)論初步等內(nèi)容，其中，最為核心、最為重要的部分為質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)、剛體力學(xué)及機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波，整個(gè)課程知識(shí)的邏輯核心就是牛頓運(yùn)動(dòng)定律。不同體系中的不同知識(shí)，其實(shí)就是牛頓運(yùn)動(dòng)定律在不同體系中的演繹和合理運(yùn)用。在不同體系中的不同知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，同樣遵循“提出問(wèn)題——建立理想模型——運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行演繹和推導(dǎo)——獲得新的結(jié)論——運(yùn)用新的結(jié)論”這一邏輯過(guò)程。比如剛體力學(xué)部分，利用現(xiàn)實(shí)中實(shí)際物體的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)提出問(wèn)題(如地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，車輪的運(yùn)動(dòng)等)，然后建立“剛體”這樣一個(gè)理想模型將實(shí)物理想化，再將牛頓運(yùn)動(dòng)定律運(yùn)用到“剛體”這個(gè)特殊的不變質(zhì)元系統(tǒng)，演繹推導(dǎo)出“剛體”的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定律和轉(zhuǎn)動(dòng)定律，最后就可以運(yùn)用這些“剛體”的特殊定律去解決更多的實(shí)物的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。

事實(shí)上，《力學(xué)》課程知識(shí)體系內(nèi)的各個(gè)部分都不是相互獨(dú)立的，而是組成了一個(gè)邏輯上非常嚴(yán)密的、環(huán)環(huán)相扣的整體。所以，在教學(xué)實(shí)踐中，不能簡(jiǎn)單地以傳授基本的物理知識(shí)為主要目的，而必須要把這種環(huán)環(huán)相扣的邏輯上的演繹過(guò)程恰當(dāng)?shù)卣宫F(xiàn)給學(xué)生，讓他們看到《力學(xué)》知識(shí)不僅僅是一些物理概念和定律，還有著這么完美的一個(gè)邏輯體系。于是，在學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中，學(xué)生同時(shí)能夠?qū)W習(xí)到嚴(yán)密嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹h(huán)環(huán)相扣的邏輯思維方法。

二、在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)邏輯嚴(yán)密性

由于《力學(xué)》中的很多知識(shí)在高中階段學(xué)生已經(jīng)有所了解，所以在教學(xué)中不可能以知識(shí)的新穎性來(lái)吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在大學(xué)階段，要想引起學(xué)生重新學(xué)習(xí)一遍這些力學(xué)知識(shí)的興趣，以做題為目的的機(jī)械的知識(shí)傳授方法顯然不可能奏效，此時(shí)，只能通過(guò)新的數(shù)學(xué)方法和邏輯方法對(duì)這些學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行充分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡壿嬔堇[來(lái)吸引學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，以演繹過(guò)程中的邏輯嚴(yán)密性帶來(lái)的美感去激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，能夠在傳授知識(shí)的同時(shí)，潛移默化地傳授邏輯思維方法。

要想很好地在教學(xué)實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)這種邏輯嚴(yán)密性，作為教師來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)具備相以下基本素質(zhì)。第一，擁有扎實(shí)的物理學(xué)理論基礎(chǔ)。這個(gè)基礎(chǔ)不僅僅是指力學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)，還包含對(duì)整個(gè)大學(xué)階段物理學(xué)課程內(nèi)容的深刻理解與掌握，并對(duì)物理學(xué)研究的科學(xué)發(fā)展前沿有所涉獵。這是因?yàn)榱W(xué)是整個(gè)物理學(xué)的基礎(chǔ)，為使《力學(xué)》課程的學(xué)習(xí)在整個(gè)大學(xué)學(xué)習(xí)階段起到很好的承前啟后的作用，學(xué)生必須在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)整個(gè)物理學(xué)的框架有所了解。第二，擁有較強(qiáng)的教學(xué)材料組織能力和課堂表達(dá)能力。教師需要設(shè)計(jì)好整個(gè)學(xué)期乃至每一節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，并能夠采用通俗合理的方法講解清楚。第三，擁有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。在教學(xué)過(guò)程中，要從學(xué)生的實(shí)際需要出發(fā)，合理安排教學(xué)進(jìn)程和教學(xué)手段，并且認(rèn)真完成教學(xué)環(huán)節(jié)中各個(gè)細(xì)節(jié)的要求。第四，擁有吃苦耐勞的精神。對(duì)學(xué)生知識(shí)的傳授不是一蹴而就的事情，對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的諸多問(wèn)題與疑惑，應(yīng)該耐心地幫助解決。

(一)精心準(zhǔn)備

課程的準(zhǔn)備工作不單單是指每一節(jié)課的準(zhǔn)備，還指首先應(yīng)對(duì)整部課本的內(nèi)容進(jìn)行邏輯上的串聯(lián)與細(xì)化，而后進(jìn)行每節(jié)課講稿的準(zhǔn)備工作。

針對(duì)整部課本內(nèi)容的準(zhǔn)備應(yīng)該包括:第一，熟悉整部課本內(nèi)容的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行邏輯串聯(lián)。第二，熟悉每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的邏輯演繹過(guò)程，包括各個(gè)物理概念和物理定律的演繹推導(dǎo)過(guò)程和課本中例題的運(yùn)算推導(dǎo)。如果課本中相關(guān)知識(shí)不充分，可從其他資料中找到更為充分的推導(dǎo)過(guò)程和更能說(shuō)明問(wèn)題的相關(guān)事例。第三，熟悉課后思考題及作業(yè)題的解答，這不僅能為課堂上的講解做出重要的補(bǔ)充，同時(shí)也能為檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果做好充分準(zhǔn)備。

對(duì)于每節(jié)課的準(zhǔn)備工作主要包括:第一，精心準(zhǔn)備講稿內(nèi)容。講稿內(nèi)容不能完全照搬課本，因?yàn)檎n本中有些知識(shí)內(nèi)容過(guò)于繁瑣而有些知識(shí)內(nèi)容卻不夠充分，所以在準(zhǔn)備講稿時(shí)，應(yīng)該有針對(duì)性地對(duì)繁瑣的內(nèi)容加以刪減，對(duì)于不夠充分的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充。第二，對(duì)所講的知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行邏輯串聯(lián)，不能在準(zhǔn)備授課內(nèi)容時(shí)將所涉及到的知識(shí)點(diǎn)本末倒置，不能出現(xiàn)邏輯上的跳躍，盡量使每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的演繹過(guò)程變得非常自然。第三，熟悉當(dāng)節(jié)課所涉及的例題和物理定律的實(shí)際運(yùn)用過(guò)程，如果例題不夠充分，則需要尋找更為充分的例子來(lái)進(jìn)行論述。

(二)課堂講授

《力學(xué)》課程的課堂講授效果直接影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，所以，在課堂講授過(guò)程中，教師需要非常謹(jǐn)慎，處理好一些細(xì)節(jié)問(wèn)題。首先，合理安排課堂講授的內(nèi)容。課堂講授的主要目的是把準(zhǔn)備講授的知識(shí)內(nèi)容講清楚。根據(jù)當(dāng)節(jié)課所講授知識(shí)邏輯上的需要，可以與生活實(shí)踐相結(jié)合，也可以將以前學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)或以后將要學(xué)習(xí)的知識(shí)與本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行串聯(lián)。在講授過(guò)程中，不能把知識(shí)點(diǎn)的前后邏輯順序打亂，因?yàn)檫@會(huì)引起學(xué)生在理解過(guò)程中邏輯上的混亂;同時(shí)，在講授過(guò)程中不要出現(xiàn)邏輯上的跳躍，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)部分知識(shí)點(diǎn)的迷惑。其次，合理把握課堂授課的節(jié)奏。課堂授課節(jié)奏的把握應(yīng)該以學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解為最終目的，并不要求把每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都講得非常詳盡，而是要對(duì)知識(shí)點(diǎn)有所區(qū)分。對(duì)于重要的概念、定律及邏輯推導(dǎo)公式必須做到認(rèn)真詳細(xì)，而對(duì)于學(xué)生易于理解的、以前已經(jīng)學(xué)過(guò)的或者并不重要的內(nèi)容則不需要過(guò)分詳細(xì)。授課節(jié)奏的把握也能影響到學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與熱情，如果節(jié)奏過(guò)于緩慢，則會(huì)導(dǎo)致學(xué)生厭煩而失去興趣;如果節(jié)奏過(guò)于快速，則會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在聽(tīng)課理解的過(guò)程中出現(xiàn)邏輯思維上的跳躍，不能完全理解所學(xué)的知識(shí)，也會(huì)失去學(xué)習(xí)的動(dòng)力與興趣。

(三)教學(xué)手段的合理運(yùn)用

《力學(xué)》課程的教學(xué)手段有兩種，就是大家熟知的粉筆黑板教學(xué)和現(xiàn)代多媒體教學(xué)。粉筆黑板式教學(xué)對(duì)《力學(xué)》課程的講授擁有傳統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。首先，學(xué)生習(xí)慣于黑板教學(xué)模式，更傾向于接受這種模式;其次，黑板教學(xué)更易于把握所講授知識(shí)內(nèi)容的邏輯連貫性，更易于將邏輯推理論證過(guò)程完美展現(xiàn)，學(xué)生也易于理解各個(gè)知識(shí)內(nèi)容而不會(huì)出現(xiàn)邏輯上的混亂;再次，因?yàn)榇蠖嗍谡n教室都擁有多塊黑板，在講授過(guò)程中，教師更易于在不擦掉已授內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中也同樣易于進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的前后連接而加深理解。粉筆黑板教學(xué)也有著先天性的缺陷，無(wú)論教師如何盡力地手繪和描述某個(gè)物理圖像，都不可能做到盡善盡美，而這一點(diǎn)卻是多媒體教學(xué)的先天性優(yōu)勢(shì)。但是，前文所述的幾個(gè)黑板粉筆教學(xué)所擁有的優(yōu)點(diǎn)卻是多媒體教學(xué)所不具備的，特別是那些重要的邏輯推理論證過(guò)程，在運(yùn)用多媒體教學(xué)的時(shí)候，每一張幻燈片的切換都會(huì)導(dǎo)致學(xué)生邏輯思維上的停頓和間斷。所以，在教學(xué)實(shí)踐中，最合理的方法就是結(jié)合粉筆黑板教學(xué)和多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用多媒體手段進(jìn)行物理圖像的展示和物理過(guò)程的演示，利用粉筆黑板教學(xué)手段進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的講授和串聯(lián)。

(四)合理的課后要求

作為課堂授課的重要補(bǔ)充，合理的課后要求和指導(dǎo)同樣會(huì)對(duì)學(xué)生產(chǎn)生重要作用。對(duì)學(xué)生課下的要求和指導(dǎo)一般包含以下幾個(gè)方面。第一，課后思考題和習(xí)題的解答。作為課堂所學(xué)知識(shí)效果的重要檢驗(yàn)手段，布置課后作業(yè)是必不可少的，教師應(yīng)該對(duì)作業(yè)題設(shè)置合理標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以學(xué)生提供作業(yè)題解題的合理邏輯過(guò)程為主要目的，使學(xué)生在最終提交結(jié)果的同時(shí)，也明白如何去提供一個(gè)合理完備的邏輯推導(dǎo)過(guò)程;如果學(xué)生在習(xí)題解答中出現(xiàn)了理解困難或推導(dǎo)困難，教師應(yīng)該給予正確的邏輯引導(dǎo)。第二，與課程知識(shí)相關(guān)材料的搜集和閱讀。課堂上學(xué)習(xí)的內(nèi)容畢竟是有限的，教師需要引導(dǎo)學(xué)生搜集更多的相關(guān)資料進(jìn)行補(bǔ)充，這樣可以促使學(xué)生更深入地理解所學(xué)知識(shí)，有效地激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。第三，引導(dǎo)學(xué)生參加與學(xué)習(xí)相關(guān)的交流活動(dòng)，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生參與一些科學(xué)研究活動(dòng)，可使學(xué)生在活動(dòng)中加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，在實(shí)際研究活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)所學(xué)知識(shí)的有用性，進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)的熱情和興趣。

三、結(jié)語(yǔ)

為了引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并有效地提高《力學(xué)》課程的教學(xué)質(zhì)量，作為教師，應(yīng)當(dāng)從《力學(xué)》課程知識(shí)內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備。要精心設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備每一節(jié)課，充分發(fā)揮并實(shí)現(xiàn)力學(xué)知識(shí)的邏輯嚴(yán)密性所帶來(lái)的美感。

［1］吳征威，楊維纮.以“大科學(xué)”觀進(jìn)行力學(xué)教學(xué)［J］.力學(xué)與實(shí)踐，2006，(5).

［2］解世雄.簡(jiǎn)論力學(xué)教學(xué)的價(jià)值與技巧［J］.力學(xué)與實(shí)踐，2003，(5).

［3］胡振綱，侯秀梅，侯曉強(qiáng).淺析“力學(xué)”教學(xué)過(guò)程中的一些問(wèn)題［A］.2011年全國(guó)高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集［C］.北京:清華大學(xué)出版社，2011.

［4］郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1993.

［5］漆安慎，杜嬋英.力學(xué)(第2版)［M］.北京:高等教育出版社，2005.

Logical Strictness in the Teaching Process of Mechanics

HU Zhen-gang，HOU Xiu-mei，HOU Xiao-qiang

(Physical Engineering College，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China)

Mechanics is the first professional basic compulsory course of the physics specialty undergraduates，and the teaching quality of this course can directly influence their learning quality of other subsequent courses of the physical theory.Based on the logical structure of all knowledge in Mechanics，the teachers need to design and prepare every class elaborately，and sufficiently exert the logical continuity，consistency，completeness and strictness of the knowledge in Mechanics，and finally realize the logical strictness in the teaching process of Mechanics.In this way，both the learning interesting of the undergraduates and the teaching quality can be improved effectively.

Mechanics;Teaching;Logical structure;Logical strictness

G642.0

A

1008—4444(2012)02—0178—03

2011－12－28

胡振綱(1979—)，男，河南長(zhǎng)葛人，鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院講師，博士研究生。

(責(zé)任編輯:王菊芹)