理論力學(xué)教學(xué)中與大學(xué)物理的異同點(diǎn)及關(guān)系把握

李世遠(yuǎn)

摘要：工科學(xué)生在大學(xué)一年級(jí)學(xué)習(xí)大學(xué)物理和理論力學(xué)課程，在內(nèi)容上兩門課程在力學(xué)方面有重合之處。學(xué)生在學(xué)習(xí)兩門課程的過程中，會(huì)因?qū)W過大學(xué)物理而產(chǎn)生對(duì)理論力學(xué)的輕視心理。但實(shí)際上，這兩門課的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目的要求是有不同之處的。在課程內(nèi)容及要求上的差異性是理論力學(xué)教師應(yīng)該認(rèn)真把握的，并在教學(xué)實(shí)踐中給予區(qū)分和體現(xiàn)，這一點(diǎn)是需要研究和探討的。針對(duì)石油工程專業(yè)開設(shè)的理論力學(xué)課程，授課上也應(yīng)體現(xiàn)出相應(yīng)的特色。

關(guān)鍵詞：理論力學(xué)；大學(xué)物理；異同點(diǎn)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）29-0061-02

理論力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律的學(xué)科，是力學(xué)的一個(gè)分支。它是一般力學(xué)各分支學(xué)科的基礎(chǔ)。理論力學(xué)通常分為三個(gè)部分：靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)。靜力學(xué)研究作用于物體上的力系的簡化理論及力系平衡條件；運(yùn)動(dòng)學(xué)從幾何角度研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)特性而不涉及物體的受力；動(dòng)力學(xué)則研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)與受力的關(guān)系[1]。大學(xué)物理是大學(xué)理工科類的一門基礎(chǔ)課程，通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉自然界物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、相互作用及其運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，為后繼專業(yè)基礎(chǔ)與專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及進(jìn)一步獲取有關(guān)知識(shí)奠定了必要的物理基礎(chǔ)。工科專業(yè)以力學(xué)基礎(chǔ)和電磁學(xué)為主要授課課程。本文主要闡述了兩門課程在力學(xué)方面內(nèi)容的相近和不同點(diǎn)，并針對(duì)石油工程專業(yè)的理論力學(xué)課程如何開展課程設(shè)置和內(nèi)容安排做了進(jìn)一步的說明[2，3]。

一、兩門課程在內(nèi)容上的聯(lián)系和區(qū)分

（一）靜力學(xué)方面

1.兩門課程的相似性。包括物體受力分析以及平衡條件下的求解。受力分析當(dāng)中包括作用在物體上的主動(dòng)力和支持力等。物體受力分析的基本方法在兩門課程中有相似的要求。

2.兩門課程的不同點(diǎn)。大學(xué)物理中受力分析重點(diǎn)在重力、摩擦力和支持力等，而理論力學(xué)的靜力學(xué)分析則側(cè)重于固定鉸支座、可動(dòng)鉸支座等產(chǎn)生的約束力[4-6]。從研究對(duì)象上來看，大學(xué)物理重點(diǎn)研究的是質(zhì)點(diǎn)，而理論力學(xué)重點(diǎn)研究的是剛體；從受力角度上來看，大學(xué)物理受力分析多是平面匯交力系，而理論力學(xué)則研究的多是平面任意力系，這也是理論力學(xué)中靜力學(xué)的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

因此，理論力學(xué)中的靜力學(xué)部分要求多于并難于大學(xué)物理，學(xué)生在大學(xué)物理當(dāng)中不能學(xué)到平面任意力系受力分析及平衡條件下的求解。

（二）運(yùn)動(dòng)學(xué)方面

1.兩門課程的相似性。理論力學(xué)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與大學(xué)物理的運(yùn)動(dòng)學(xué)同樣研究點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)及剛體運(yùn)動(dòng)的幾何性質(zhì)，比如位移、速度和加速度等。理論力學(xué)課程講授中，可以對(duì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、剛體的平動(dòng)和定軸轉(zhuǎn)動(dòng)等作為復(fù)習(xí)的內(nèi)容給予對(duì)待。

2.兩門課的不同點(diǎn)。理論力學(xué)重點(diǎn)還是針對(duì)剛體進(jìn)行研究，剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)、合成運(yùn)動(dòng)以及剛體的平面運(yùn)動(dòng)都是理論力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)部分需要重點(diǎn)講授的內(nèi)容。理論力學(xué)更加針對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用，在工程中簡化出來的剛體系統(tǒng)，從授課目標(biāo)上來看，更加偏重于工程實(shí)際。

因此，理論力學(xué)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)部分是在大學(xué)物理的基礎(chǔ)上，更加接近工程的實(shí)際應(yīng)用，更加需要學(xué)生結(jié)合實(shí)際來把握和學(xué)習(xí)。

（三）動(dòng)力學(xué)方面

1.兩門課程的相似性。兩門課程在動(dòng)力學(xué)主要內(nèi)容上都是基于牛頓第二定律和動(dòng)力學(xué)三大定理（動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理和動(dòng)能定理）。課程重點(diǎn)是運(yùn)用三大定理來研究質(zhì)點(diǎn)系和物體（剛體系）的動(dòng)力學(xué)基本方程的求解問題。

2.兩門課程的不同處。大學(xué)物理中的角動(dòng)量定理對(duì)應(yīng)于理論力學(xué)中的動(dòng)量矩定理，表述上有所區(qū)別。理論力學(xué)更加偏重于剛體系的講授，結(jié)合工程實(shí)際需求多一些。此外，理論力學(xué)動(dòng)力學(xué)部分還包含了達(dá)朗貝爾原理（即動(dòng)靜法）的理解和應(yīng)用。

二、理論力學(xué)課程學(xué)分設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容上的安排

石油工程專業(yè)的理論力學(xué)課程內(nèi)容應(yīng)用的教材是由高等教育出版社出版、由哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編寫的理論力學(xué)教材第一冊(cè)。經(jīng)過近年的教學(xué)實(shí)踐，在教學(xué)課時(shí)上從原先的32學(xué)時(shí)增加到40學(xué)時(shí)。原先按32學(xué)時(shí)講授，學(xué)分為2分時(shí)，主要內(nèi)容包括靜力學(xué)、點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)（質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)、動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理和動(dòng)能定理等）。但是，在內(nèi)容講授中發(fā)現(xiàn)缺乏對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)中剛體簡單運(yùn)動(dòng)和平面運(yùn)動(dòng)的介紹，對(duì)后續(xù)動(dòng)力學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)會(huì)造成一定的困難，不容易銜接。學(xué)時(shí)增加到40學(xué)時(shí)，學(xué)分增加到2.5分時(shí)，對(duì)應(yīng)于增加學(xué)時(shí)的主要內(nèi)容就是運(yùn)動(dòng)學(xué)部分。在原來主要是在靜力學(xué)、點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上增加了剛體的簡單運(yùn)動(dòng)、平面運(yùn)動(dòng)的部分內(nèi)容。剛體的簡單運(yùn)動(dòng)包括平動(dòng)和定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在剛體的平面運(yùn)動(dòng)中重點(diǎn)講授的內(nèi)容是純滾動(dòng)。

對(duì)于石油工程專業(yè)來講，理論力學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，結(jié)合石油工程結(jié)構(gòu)的平衡問題和工程機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問題來學(xué)習(xí)理論力學(xué)，對(duì)我們主講教師提出了新的要求。同時(shí)，結(jié)合工程實(shí)例，在課堂講授中把抽象的理論知識(shí)形象化地展示出來，也是對(duì)我們主講教師的更高要求。

三、理論力學(xué)課程對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)的作用

理論力學(xué)相比大學(xué)物理來講是屬于工程力學(xué)課程的范疇，而工程力學(xué)與大學(xué)物理中的力學(xué)相比較，更偏重于工程實(shí)際。理論力學(xué)是工程力學(xué)課程體系的第一門課，是基礎(chǔ)，也是工科專業(yè)知識(shí)的根基。對(duì)于石油工程專業(yè)學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)材料力學(xué)、巖石力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等都具有重要的鋪墊意義。在這門課程的教學(xué)中，應(yīng)盡力引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)去分析和解決實(shí)際問題，逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

對(duì)于石油工程專業(yè)來講，后續(xù)專業(yè)課包含鉆井工程、完井工程、油藏工程、滲流力學(xué)、采油工程等多門課程。理論力學(xué)在工科學(xué)生思維訓(xùn)練當(dāng)中起到的作用，可以直接影響到學(xué)生對(duì)石油工程專業(yè)課的學(xué)習(xí)。對(duì)于石油工程中涉及的工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械裝置來講，理論力學(xué)既涉及這些結(jié)構(gòu)的平衡問題以及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)問題，例如管柱中的鉆桿、套管等；又涉及井架的受力平衡問題以及鉆頭鉆進(jìn)過程中的動(dòng)力學(xué)問題等。再例如采油工程中采油樹的靜力平衡問題，深水鉆采過程中水下管線（例如導(dǎo)管、隔水管等）的平衡問題，等等。

總之，理論力學(xué)教學(xué)中與大學(xué)物理的力學(xué)部分內(nèi)容，既有相同之處，也有重要區(qū)分，這對(duì)于專業(yè)授課教師來說，要能夠領(lǐng)會(huì)并在課堂授課中給予體現(xiàn)。同時(shí)，結(jié)合石油工程專業(yè)本身的特點(diǎn)，在理論力學(xué)教學(xué)中可以更加側(cè)重并結(jié)合到石油工程的具體實(shí)例，為后續(xù)石油工程課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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