如何發(fā)揮力學(xué)的“橋梁”作用

何杰+宋立濤

摘要：力學(xué)是物理專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，也是學(xué)生由中學(xué)階段進(jìn)入大學(xué)階段進(jìn)行專業(yè)課程學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，無(wú)論從心理上還是從方法上，都對(duì)學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用。要發(fā)揮力學(xué)的“橋梁作用”，教師要引導(dǎo)學(xué)生重視物理，要強(qiáng)調(diào)高等數(shù)學(xué)對(duì)物理的重要性以及物理圖像和物理知識(shí)的整體性。

關(guān)鍵詞：力學(xué)；物理；教學(xué)

力學(xué)是物理類本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是后續(xù)物理課程的基礎(chǔ)，更是高中物理與大學(xué)物理的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，入門入得好可以為以后的學(xué)習(xí)與發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?；诙嗄杲檀藢I(yè)課的經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為，物理專業(yè)的新生學(xué)不好力學(xué)的原因有以下三點(diǎn)：第一，心理問(wèn)題，不喜歡“物理”專業(yè)或是輕敵，覺(jué)得自己學(xué)過(guò)，大學(xué)期間只是簡(jiǎn)單的復(fù)習(xí)；第二，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)沒(méi)有打好，物理學(xué)習(xí)最重要的工具就是數(shù)學(xué)，“工具”都沒(méi)有掌握好，何談應(yīng)用；第三，“只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林”，學(xué)物理重點(diǎn)是學(xué)習(xí)物理思想，而不是一些支離破碎的公式。針對(duì)這些問(wèn)題，筆者重點(diǎn)討論如何發(fā)揮力學(xué)課程的“橋梁”作用，引導(dǎo)學(xué)生走入物理的神奇殿堂。

一、引導(dǎo)學(xué)生正確看待物理，重視物理

物理學(xué)科作為當(dāng)今社會(huì)的冷門專業(yè)，畢業(yè)生求職困難，學(xué)起來(lái)難度較大，這是學(xué)生不喜歡甚至厭惡它的根本原因。教師要想讓學(xué)生樂(lè)于學(xué)習(xí)，首先要把學(xué)生心里的顧慮消除或者最大程度地降低，鼓勵(lì)學(xué)生“既來(lái)之，則安之”，讓學(xué)生知道學(xué)習(xí)物理不僅僅學(xué)的是物理知識(shí)，更是蘊(yùn)于其中的物理方法和物理思想。物理知識(shí)是既定的和成熟的，但思想和方法卻具有遷移性。物理中有很多好的方法和思想，而方法和思想沒(méi)有學(xué)科和專業(yè)的局限性。學(xué)生畢業(yè)后可能所從事的職業(yè)用不到物理知識(shí)，但處理問(wèn)題的方法和思想則是十分重要的。目前，畢業(yè)生就業(yè)壓力大，即便其他專業(yè)找工作也不一定專業(yè)對(duì)口，即使專業(yè)對(duì)口，在知識(shí)大爆炸的今天也要不斷補(bǔ)充新的知識(shí)。物理學(xué)科中包含了許多對(duì)人的邏輯思維能力、提出并解決問(wèn)題能力的鍛煉，物理方法和思想中還包含了許多其他自然科學(xué)的方法和思想。了解到這些，就可以幫助學(xué)生在一定程度上走出困惑，并且知道學(xué)習(xí)物理思想和方法的重要性，從而不至于“買櫝還珠”，把更珍貴的東西扔掉。

由于力學(xué)的許多內(nèi)容均在高中學(xué)習(xí)過(guò)，并且是高考重點(diǎn)，學(xué)生會(huì)感覺(jué)千軍萬(wàn)馬擠獨(dú)木橋的高考都熬過(guò)來(lái)了，現(xiàn)在僅僅是學(xué)習(xí)大學(xué)中的一門課程而已，從心理上已經(jīng)輕視力學(xué)。為了打消學(xué)生的這種想法，教師必須從第一次上課就擺事實(shí)、講道理，叫學(xué)生盡快明白，力學(xué)表面上內(nèi)容與高中相同，但實(shí)際上大學(xué)物理中處理問(wèn)題的方法、分析問(wèn)題的思路與高中是不同的。這些不同主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是大學(xué)力學(xué)研究的問(wèn)題更具有普遍性，高中的多為一個(gè)個(gè)的特例：二是高中物理涉及的多是常量之間的關(guān)系，而力學(xué)以及后續(xù)的物理專業(yè)課程研究的是普通變量之間的關(guān)系，學(xué)生必須努力學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)。此外，許多物理概念在名稱上和中學(xué)學(xué)到的一樣，但其內(nèi)涵和外延卻可能有很大不同，從中學(xué)到大學(xué)，學(xué)習(xí)這些概念并不是簡(jiǎn)單的重復(fù)，而是包含了對(duì)其認(rèn)識(shí)的不斷深化或重新認(rèn)識(shí)。比如，“質(zhì)量”這一概念，最初學(xué)生將其理解為密度和體積的乘積，同一種材料，體積越大、質(zhì)量越大，主要是感性認(rèn)識(shí)；到了后來(lái)，學(xué)生學(xué)了牛頓定律和萬(wàn)有引力定律，知道了慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量，但這兩種質(zhì)量的物理本質(zhì)一樣嗎？同一物體的這兩種質(zhì)量相等嗎？顯然，中學(xué)階段的物理無(wú)法回答這些問(wèn)題。大學(xué)階段，力學(xué)包含了狹義相對(duì)論的內(nèi)容，其中的質(zhì)量又可以分為靜質(zhì)量和動(dòng)質(zhì)量等不同的概念，可見(jiàn)僅僅就是“質(zhì)量”這個(gè)學(xué)生自以為最熟悉的物理概念，在大學(xué)階段的理解和中學(xué)已有很大不同，其內(nèi)涵和外延都得到了極大的豐富，更何況其他呢。了解到這些，學(xué)生還會(huì)“輕敵”嗎？

二、強(qiáng)調(diào)高等數(shù)學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)物理的重要性

與高中力學(xué)相比，大學(xué)力學(xué)更加嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)，原因之一就在于高等數(shù)學(xué)微積分的引入。不單是力學(xué)，物理專業(yè)的所有后續(xù)課程都需要靈活運(yùn)用高等數(shù)學(xué)知識(shí)。力學(xué)作為物理專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，將微積分順利地引入，使學(xué)生熟悉并能運(yùn)用微積分的方法處理物理問(wèn)題就顯得非常重要，學(xué)生可以從中初步體會(huì)到微積分解決普遍物理問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)。高等數(shù)學(xué)是研究物理的一把“刀”，從學(xué)生最熟悉的力學(xué)“小試牛刀”，可使他們盡快并輕松地掌握這把“刀”的用法。因此，在力學(xué)學(xué)習(xí)之前，力學(xué)的任課教師就必須讓學(xué)生先學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)，否則，相關(guān)物理課程就無(wú)法進(jìn)行。

此外，力學(xué)中高等數(shù)學(xué)的應(yīng)用，可使學(xué)生知道高等數(shù)學(xué)是如何與實(shí)際物理問(wèn)題聯(lián)系到一起的，以及怎樣用數(shù)學(xué)語(yǔ)言去表達(dá)一個(gè)具體的物理模型。這樣，他們?cè)趯W(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)時(shí)，就不會(huì)覺(jué)得其虛而不實(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)只會(huì)做數(shù)學(xué)題，而不會(huì)用數(shù)學(xué)方法解決物理問(wèn)題的現(xiàn)象。在解決物理問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)感覺(jué)到高等數(shù)學(xué)是有用的、有趣的，從而激發(fā)他們學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)的興趣，使力學(xué)和高等數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)相得益彰。

三、強(qiáng)調(diào)物理圖像和物理知識(shí)的整體性

近十年的力學(xué)教學(xué)中，筆者體會(huì)最深的是學(xué)生的作業(yè)中常出現(xiàn)的一些問(wèn)題，比如，列物理公式，代入數(shù)據(jù)，得到結(jié)果，有的作業(yè)甚者連物理公式都沒(méi)有，只有一堆數(shù)學(xué)公式，幾乎沒(méi)有物理過(guò)程的分析。大學(xué)物理專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，更重視物理過(guò)程的分析、物理圖像的建立。培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，教會(huì)學(xué)生構(gòu)建物理圖像，而不是淹沒(méi)在數(shù)學(xué)中，這是大學(xué)物理專業(yè)課程中的重要培養(yǎng)任務(wù)。力學(xué)作為一門物理專業(yè)基礎(chǔ)課程，肩負(fù)“物理學(xué)入門”的任務(wù)，更是引領(lǐng)物理專業(yè)新生叩開(kāi)物理神圣殿堂大門的鑰匙。

物理的學(xué)習(xí)是從小處著眼，由一個(gè)個(gè)的知識(shí)點(diǎn)組成一個(gè)大的知識(shí)體系，最終形成大的理論框架，而且物理學(xué)分支眾多，因而，學(xué)生在學(xué)習(xí)中注意物理知識(shí)的整體性就顯得更加重要。這其中包括兩方面：一方面是物理學(xué)各分支學(xué)科內(nèi)部的整體性和各知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，另一方面是各分支學(xué)科之間的整體性和連接紐帶。力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，在教學(xué)中適當(dāng)強(qiáng)調(diào)其內(nèi)部知識(shí)點(diǎn)的整體性可以起到一個(gè)示范作用。如果學(xué)到的只是一些知識(shí)點(diǎn)和數(shù)學(xué)公式，學(xué)得再多也只是一堆沒(méi)有價(jià)值的東西。在了解了物理學(xué)的系統(tǒng)性和整體性后，學(xué)生才能真正體會(huì)到物理學(xué)的美，學(xué)到的也才是真正能解決實(shí)際問(wèn)題的知識(shí)。

綜上所述，力學(xué)在整個(gè)物理學(xué)的學(xué)習(xí)中有著重要的“橋梁”作用，通過(guò)對(duì)力學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該逐步建立并激發(fā)進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理的興趣，更能了解到物理學(xué)的整體性和物理學(xué)的美，更明白物理學(xué)應(yīng)該學(xué)什么和怎樣學(xué)。