對(duì)物理學(xué)課程教學(xué)改革的探索

摘 要 根據(jù)物理學(xué)專業(yè)理論力學(xué)課程在凱里學(xué)院的教學(xué)狀況，對(duì)于該課程的教學(xué)內(nèi)容和方法如何進(jìn)行改革，進(jìn)行了探索。培養(yǎng)了學(xué)生不迷信書(shū)本、不迷信權(quán)威的質(zhì)疑精神，通過(guò)獨(dú)立的思考去獲取知識(shí)的能力。一個(gè)完整的教學(xué)過(guò)程表明改革后的教學(xué)受到了學(xué)生的歡迎，提高了教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 理論力學(xué) 課程 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2015.08.038

Exploration of Physics Teaching Reform

YIN Haifeng

（School of Physics and Electronic Engineering， Kaili University， Kaili， Guizhou 556011）

Abstract According to the teaching situation of the course of theoretical mechanics in physics， the teaching contents and methods of the course in Kaili University are explored and the reform is carried out..？Have trained the students not superstitious books， the spirit of the doubt authority， and the ability to acquire knowledge independently..？A complete teaching process shows that the reform of the teaching has been welcomed by the students， and it has improved the teaching quality.

Key words theoretical mechanics course; teaching reform

理論力學(xué)是物理學(xué)（師范類）本科專業(yè)的一門主干課程，為物理學(xué)其他分支提供了許多必備的知識(shí)和處理問(wèn)題的方法。通過(guò)學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生應(yīng)掌握宏觀低速機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，以及解決力學(xué)問(wèn)題的一般方法。培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維與邏輯推理能力;在深入掌握力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，可以深入淺出地對(duì)中學(xué)物理力學(xué)部分進(jìn)行分析，并且可以分析生活中和現(xiàn)代工程技術(shù)領(lǐng)域中的一些力學(xué)問(wèn)題，提高中學(xué)物理課程教師的專業(yè)素養(yǎng)。升本以來(lái)，凱里學(xué)院在物理學(xué)專業(yè)核心課程理論力學(xué)的建設(shè)中，對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行了卓有成效的改革。實(shí)踐表明，這些改革可以有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

1 教學(xué)內(nèi)容改革

理論力學(xué)是經(jīng)典力學(xué)，國(guó)內(nèi)外都有比較經(jīng)典的相關(guān)教材。國(guó)內(nèi)影響比較大的是周衍柏先生編著的經(jīng)典教材《理論力學(xué)教程》。該教材目前仍被許多高校采用。然而，即使對(duì)于這些經(jīng)典教材，教材中還是存在一些地方，講解得不清楚或者存在問(wèn)題。這些地方通常會(huì)使學(xué)生和部分教師感到非常困惑。近年來(lái)，我們教研組在理論力學(xué)課程教學(xué)的過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生敢于質(zhì)疑教材中知識(shí)的講授方式以及所講授知識(shí)的正確性;培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)獨(dú)立的思考去獲取知識(shí)的能力?，F(xiàn)就我們教研組在理論力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容改革方面所做的工作，舉例如下。

1.1 自然坐標(biāo)系單位矢量的新認(rèn)識(shí)

在講授自然坐標(biāo)系中，如何運(yùn)用內(nèi)稟方程求解質(zhì)點(diǎn)的曲線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，首先請(qǐng)學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)講解教材中是以什么方式引入自然坐標(biāo)系單位矢量以及內(nèi)稟方程的。按教材中的方式引入自然坐標(biāo)系以及自然坐標(biāo)系單位矢量時(shí)，是否存在著不妥之處。接著來(lái)考察下如圖1所示的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況。設(shè)曲線C上某一點(diǎn)為弧長(zhǎng)坐標(biāo)的原點(diǎn)0，規(guī)定的正向;然后引入單位矢量和，沿軌道法向并指向曲線凹側(cè)，沿軌道切線方向并指向增加的方向;為坐標(biāo)軸和軌道切線方向之間的夾角。請(qǐng)同學(xué)們推導(dǎo)、和之間所滿足的關(guān)系式。結(jié)果表明，和教材中給出的關(guān)系式不同。這說(shuō)明教材中引入自然坐標(biāo)系以及自然坐標(biāo)系單位矢量時(shí)，存在著不完善之處。最后，通過(guò)啟發(fā)式教學(xué)，讓學(xué)生自己通過(guò)推導(dǎo)得出，加速度在自然坐標(biāo)系中的表達(dá)形式與單位矢量正向的選取無(wú)關(guān)。這一結(jié)論，是教材中所沒(méi)有的。通過(guò)質(zhì)疑、探索，同學(xué)們得到了新的結(jié)論，這大大激發(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。

圖1

1.2 剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的張量描述

對(duì)于剛體的定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，現(xiàn)行教材普遍采用角位移來(lái)描述。教材通過(guò)實(shí)例和推導(dǎo)表明，有限大小轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移不是矢量，而無(wú)限小轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移是矢量。在講授該部分內(nèi)容時(shí)，我們通常會(huì)提出疑問(wèn)，一個(gè)物理量在大小發(fā)生改變時(shí)，它的屬性怎么發(fā)生變化了呢？這些問(wèn)題，通?？梢约ぐl(fā)學(xué)生的好奇心和刨根問(wèn)底的鉆研精神。然后，通過(guò)啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)同學(xué)探究是否可以用張量來(lái)描述剛體的定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。最后，教師總結(jié)給出可以用轉(zhuǎn)動(dòng)張量描述剛體的定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 教學(xué)方式手段改革

近年來(lái)，針對(duì)理論力學(xué)課程，我們教研組改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，即教師講授為主的授課方式;有機(jī)地把多種教學(xué)方法結(jié)合起來(lái)。這些教法方法有：（1）啟發(fā)式教學(xué)方法，上課時(shí)的提問(wèn)具有一定的啟發(fā)性，以此來(lái)激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容改革過(guò)程中，通常采用了啟發(fā)式教學(xué)。（2）討論式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。采用討論式教學(xué)方法時(shí)，除了選取教材中的部分內(nèi)容作為討論的問(wèn)題之外，任課教師經(jīng)常查閱與理論力學(xué)相關(guān)的教改論文，針對(duì)文獻(xiàn)中提出的問(wèn)題，引入到課堂，引導(dǎo)同學(xué)們討論。比如，關(guān)于“一張錯(cuò)誤的插圖”問(wèn)題，不同作者對(duì)經(jīng)典教材《理論力學(xué)教程》中描述剛體平面平行運(yùn)動(dòng)的公式（3.7.3），理解片面或者理解有誤。在上課前，讓同學(xué)們查閱相關(guān)的文獻(xiàn)，并進(jìn)行認(rèn)真閱讀。上課時(shí)，針對(duì)教材中的公式（3.7.3），請(qǐng)同學(xué)們分組討論，各文獻(xiàn)對(duì)于公式的理解是否合適。通過(guò)引導(dǎo)、啟發(fā)等教學(xué)方式，讓同學(xué)們認(rèn)識(shí)到教材中公式（3.7.3）是剛體上任一點(diǎn)的速度在動(dòng)坐標(biāo)系中的分量形式。由于對(duì)坐標(biāo)系與參考系概念的區(qū)分不清楚，各參考文獻(xiàn)的作者認(rèn)為動(dòng)坐標(biāo)系是在轉(zhuǎn)動(dòng)參考系中建立的。通過(guò)討論，同學(xué)們對(duì)于坐標(biāo)系和參考系概念的理解更深刻了。此外，我們還經(jīng)常采用多媒體教學(xué)，多媒體技術(shù)可以形象直接地展示一些物理現(xiàn)象及過(guò)程，這樣會(huì)引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如，用多媒體形象地展示剛體的一些運(yùn)動(dòng)。

3 課程教學(xué)改革的應(yīng)用情況

近年來(lái)，在理論力學(xué)課程的建設(shè)中，我們不斷地把教學(xué)改革取得的成果應(yīng)用于教學(xué)中，取得了一定的效果。通過(guò)學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生通常對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有一個(gè)較系統(tǒng)和全面的認(rèn)識(shí)，可以分析生活中和現(xiàn)代工程技術(shù)領(lǐng)域中的一些力學(xué)問(wèn)題。培養(yǎng)了學(xué)生的抽象思維與邏輯推理能力。下面以凱里學(xué)院2013級(jí)物理學(xué)專業(yè)2班理論力學(xué)的教學(xué)效果為例，進(jìn)行說(shuō)明。該班共有30名學(xué)生，課程的考試結(jié)果為：27人及格，及格率達(dá)到90%，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，較好地完成了該課程的教學(xué)任務(wù)。學(xué)生對(duì)基本理論和概念掌握較好，但綜合應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力還有待于進(jìn)一步提高。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)教材內(nèi)容和教學(xué)方法一系列的改革，以及對(duì)學(xué)生實(shí)際情況的深入分析，在理論力學(xué)課程的教學(xué)中，我們教研組進(jìn)行了一些有益的探索，取得了一定的教學(xué)效果，特別是在培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神、通過(guò)獨(dú)立的思考去獲取知識(shí)的能力方面更為顯著。但也存在一些問(wèn)題，有待于進(jìn)一步的改進(jìn)，主要是在講授該課程的分析力學(xué)部分內(nèi)容時(shí)，我們?nèi)匀徊捎玫氖菃我坏闹v授法。對(duì)于教學(xué)中遇到的問(wèn)題，我們會(huì)在以后的工作中來(lái)進(jìn)一步完善該課程的教學(xué);通過(guò)有限時(shí)間的教學(xué)，讓學(xué)生取得更大的成績(jī)。

基金項(xiàng)目：貴州省2013年物理學(xué)專業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目，凱里學(xué)院原子與分子物理重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目（KZD2014002）

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