處理好工科物理與理論力學(xué)的銜接和支撐問題

李策 叢紅璐 王寶麗 崔素娟 劉雪華 呂金鐘

(北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 河北 滄州 061100)

大學(xué)物理和理論力學(xué)分別是工科院校開設(shè)的兩門重要的公共基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課.大學(xué)物理課起到了承上啟下的作用，“承上”作用即大學(xué)物理與高中物理、高等數(shù)學(xué)的銜接問題，“啟下”作用即大學(xué)物理為后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課的開設(shè)做鋪墊.

文章只討論“啟下”作用.大學(xué)物理中力學(xué)部分與理論力學(xué)中的內(nèi)容有很多相同之處，但兩者并不是簡單的重復(fù).如何將大學(xué)物理與理論力學(xué)有機地銜接，使大學(xué)物理更好地為后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課服務(wù)，是當(dāng)前教學(xué)改革的一個重要內(nèi)容.

1 兩課教學(xué)內(nèi)容存在銜接問題

以本校采用的《大學(xué)物理簡明教程》[1]和《理論力學(xué)》[2]兩本教材為標(biāo)準(zhǔn)，在分析教材內(nèi)容和教學(xué)大綱之后，發(fā)現(xiàn)以下兩點問題.

(1)一些基本概念和基本定律重復(fù)，詳見表1.

(2)有些內(nèi)容在兩教材中都有研究，但側(cè)重點，所用的方法，分析的深度、廣度及應(yīng)用的范圍均不同[3]，詳見表2.

1)力系的分析.大學(xué)物理中受力分析重點是重力、彈性力和摩擦力[1],理論力學(xué)靜力學(xué)側(cè)重于主動力、固定鉸支座、可動鉸支座等約束及其約束力，體現(xiàn)了側(cè)重點不同.大學(xué)物理分析物體受力時,主要研究的是較為簡單的平面匯交力系；理論力學(xué)分析物體受力時，除了要研究平面匯交力系外，還需要著重討論平面任意力系、空間力系等更為復(fù)雜的問題[2]，平面匯交力系只是其中的一種，由此體現(xiàn)了廣度不同.

2)受力圖.大學(xué)物理課中在受力分析時，將各個力的作用點都畫在同一點上，理論力學(xué)則畫在實際的作用點上，體現(xiàn)了方法不同.

3)速度合成定理.大學(xué)物理中，只討論兩個慣性系間的速度合成定理，理論力學(xué)討論任意兩個參考系間的速度合成定理，體現(xiàn)了廣度不同.

4)剛體定軸轉(zhuǎn)動.大學(xué)物理中，只研究了剛體定軸轉(zhuǎn)動，理論力學(xué)中，除了研究剛體定軸轉(zhuǎn)動，更進一步研究了剛體的平面運動，即轉(zhuǎn)動加平動，體現(xiàn)了深度不同.

5)過阻尼、臨近阻尼狀態(tài).大學(xué)物理中簡諧振動部分只給出了過阻尼、臨界阻尼狀態(tài)的概念，理論力學(xué)中分別給出這兩個狀態(tài)所滿足的振動微分方程的通解形式，體現(xiàn)了深度不同.

6)自由度概念.大學(xué)物理第三章熱力學(xué)物理基礎(chǔ)中的自由度和理論力學(xué)中的自由度雖然名稱相同，但是大學(xué)物理中的自由度是能量自由度，側(cè)重于能量，為分子能量中獨立的速度和坐標(biāo)的二次方項的數(shù)目.理論力學(xué)中的自由度是力學(xué)自由度，側(cè)重于空間位置，為確定物體位置的獨立坐標(biāo)數(shù),這體現(xiàn)了側(cè)重點不同.

另外，從兩課程的教學(xué)目的看，大學(xué)物理強調(diào)對物理本質(zhì)的探討和分析，強調(diào)對基本的物理概念和方法的理解及應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和創(chuàng)新能力.理論力學(xué)更側(cè)重于工程應(yīng)用，以解決實際工程力學(xué)問題為主要目的，體現(xiàn)了側(cè)重點不同.

表1 兩課基本重復(fù)的內(nèi)容

表2 兩課相互涉及的內(nèi)容

2 如何做好銜接教學(xué)

為了提高教學(xué)效率，須改革教學(xué)方法，對大學(xué)物理和理論力學(xué)進行定位分析，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容.

2.1 理論力學(xué)課要重視緒論課的教學(xué)

由于大學(xué)物理與理論力學(xué)存在一些內(nèi)容的重復(fù)，學(xué)生剛開始接觸理論力學(xué)課容易產(chǎn)生厭學(xué)、輕視的情緒，認(rèn)為理論力學(xué)和大學(xué)物理力學(xué)部分講的內(nèi)容完全一樣.所以,上理論力學(xué)的緒論課時要明確兩門課的關(guān)系，把理論力學(xué)的教學(xué)目的、教學(xué)方法,學(xué)習(xí)理論力學(xué)的重要性以及與大學(xué)物理的區(qū)別和聯(lián)系等告知學(xué)生，引起他們對課程的重視.

2.2 課程開設(shè)先后順序

理論力學(xué)是以大學(xué)物理為基礎(chǔ)的，在開設(shè)課程先后順序時，將理論力學(xué)安排在大學(xué)物理開設(shè)一學(xué)期后，這樣,上理論力學(xué)時可以節(jié)省課時，與國家高校教學(xué)改革要求保持一致.

2.3 大學(xué)物理與理論力學(xué)講課時要相互照應(yīng) 詳略得當(dāng)

為了保證理論體系的完整性和完備性，理論力學(xué)課仍然需要簡單復(fù)習(xí)一遍大學(xué)物理課中的基本概念、基本公式，如角動量、勢能、動量定理等，即表1兩課基本重復(fù)的概念和定律.

另外，大學(xué)物理課程中的一些簡單內(nèi)容，如表1 中描述點運動的矢量法及描述點運動的直角坐標(biāo)法、動量、動量矩、力的功等在理論力學(xué)中可以略去不講，這樣既避免了內(nèi)容的簡單重復(fù)，又突出了重點.

在教學(xué)上，大學(xué)物理與理論力學(xué)應(yīng)具有內(nèi)容的連貫性.例如，理論力學(xué)的受力分析中，力偶屬于基本力系，大學(xué)物理中沒有嚴(yán)格地提出力偶的概念，但是在受力分析時卻經(jīng)常遇到力偶問題，為了與理論力學(xué)銜接應(yīng)當(dāng)在大學(xué)物理課程中受力分析時適當(dāng)舉例引出力偶的概念.又如，理論力學(xué)與大學(xué)物理課程都涉及速度合成定理，理論力學(xué)更側(cè)重于工程應(yīng)用，而大學(xué)物理研究的速度合成問題更具有普遍性，雖然分析的具體內(nèi)容有所差異，但分析方法基本不變.

表2中，理論力學(xué)與大學(xué)物理相互涉及的內(nèi)容，理論力學(xué)中要詳細講解，并與大學(xué)物理的學(xué)習(xí)進行對比，突出兩課程的差異性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)理論力學(xué)的興趣.另外，大學(xué)物理中沒有涉及到的重點內(nèi)容要詳講，比如，第6章剛體的平面運動分析，第11章達朗貝爾原理及其應(yīng)用，第12章虛位移原理及其應(yīng)用等.

2.4 大學(xué)物理講課中適當(dāng)增加工程應(yīng)用實例

在大學(xué)物理教學(xué)過程中，要明確哪些內(nèi)容后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課可能會用到，對這些內(nèi)容要進行有意識地強調(diào)與訓(xùn)練.另外，為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的興趣，可以從理論力學(xué)中選幾道工程應(yīng)用的例題，引導(dǎo)學(xué)生運用大學(xué)物理的知識及思維、方法進行解題，使學(xué)生了解大學(xué)物理與后續(xù)專業(yè)課的銜接，認(rèn)識到學(xué)習(xí)大學(xué)物理的重要性，并且為后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課的開設(shè)做好鋪墊.

2.5 思維方法的銜接

大學(xué)物理的力學(xué)，主要是建立起力學(xué)的基本概念與基本定律，強調(diào)對力學(xué)基本概念與定律的正確理解.在思維方法、科學(xué)方法上，應(yīng)多引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識如何從實驗中歸納、提煉出物理概念，對歸納法、類比法、直覺思維的應(yīng)用，強調(diào)實驗是檢驗理論的唯一標(biāo)準(zhǔn).而理論力學(xué)則是在大學(xué)物理已學(xué)過基本概念與基本定律的基礎(chǔ)上，對物理問題進行數(shù)學(xué)計算及其在工程中的應(yīng)用，從思維方法、科學(xué)方法上來說，則更多關(guān)注數(shù)學(xué)演繹.在理論力學(xué)的教學(xué)中，要把兩門課程的思維方法、科學(xué)方法的不同及銜接做適當(dāng)?shù)慕淮?，培養(yǎng)一種更全面的思維方法與科學(xué)方法.

參考文獻

1 呂金鐘.大學(xué)物理簡明教程.北京：清華大學(xué)出版社，2006

2 范欽珊，劉燕，王琪.理論力學(xué).北京：清華大學(xué)出版社，2004

3 潘學(xué)琴.處理好工程力學(xué)與大學(xué)物理內(nèi)容銜接的問題.裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報,2003,17(4):26～27