處理好工科物理與理論力學的銜接和支撐問題

李策 叢紅璐 王寶麗 崔素娟 劉雪華 呂金鐘

(北京交通大學海濱學院 河北 滄州 061100)

大學物理和理論力學分別是工科院校開設的兩門重要的公共基礎課和專業基礎課.大學物理課起到了承上啟下的作用，“承上”作用即大學物理與高中物理、高等數學的銜接問題，“啟下”作用即大學物理為后續專業基礎課及專業課的開設做鋪墊.

文章只討論“啟下”作用.大學物理中力學部分與理論力學中的內容有很多相同之處，但兩者并不是簡單的重復.如何將大學物理與理論力學有機地銜接，使大學物理更好地為后續專業基礎課及專業課服務，是當前教學改革的一個重要內容.

1 兩課教學內容存在銜接問題

以本校采用的《大學物理簡明教程》[1]和《理論力學》[2]兩本教材為標準，在分析教材內容和教學大綱之后，發現以下兩點問題.

(1)一些基本概念和基本定律重復，詳見表1.

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

1)力系的分析.大學物理中受力分析重點是重力、彈性力和摩擦力[1],理論力學靜力學側重于主動力、固定鉸支座、可動鉸支座等約束及其約束力，體現了側重點不同.大學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、空間力系等更為復雜的問題[2]，平面匯交力系只是其中的一種，由此體現了廣度不同.

2)受力圖.大學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，理論力學則畫在實際的作用點上，體現了方法不同.

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

4)剛體定軸轉動.大學物理中，只研究了剛體定軸轉動，理論力學中，除了研究剛體定軸轉動，更進一步研究了剛體的平面運動，即轉動加平動，體現了深度不同.

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

6)自由度概念.大學物理第三章熱力學物理基礎中的自由度和理論力學中的自由度雖然名稱相同，但是大學物理中的自由度是能量自由度，側重于能量，為分子能量中獨立的速度和坐標的二次方項的數目.理論力學中的自由度是力學自由度，側重于空間位置，為確定物體位置的獨立坐標數,這體現了側重點不同.

另外，從兩課程的教學目的看，大學物理強調對物理本質的探討和分析，強調對基本的物理概念和方法的理解及應用，培養學生的科學思維能力和創新能力.理論力學更側重于工程應用，以解決實際工程力學問題為主要目的，體現了側重點不同.

表1 兩課基本重復的內容

表2 兩課相互涉及的內容

2 如何做好銜接教學

為了提高教學效率，須改革教學方法，對大學物理和理論力學進行定位分析，優化課程教學內容.

2.1 理論力學課要重視緒論課的教學

由于大學物理與理論力學存在一些內容的重復，學生剛開始接觸理論力學課容易產生厭學、輕視的情緒，認為理論力學和大學物理力學部分講的內容完全一樣.所以,上理論力學的緒論課時要明確兩門課的關系，把理論力學的教學目的、教學方法,學習理論力學的重要性以及與大學物理的區別和聯系等告知學生，引起他們對課程的重視.

2.2 課程開設先后順序

理論力學是以大學物理為基礎的，在開設課程先后順序時，將理論力學安排在大學物理開設一學期后，這樣,上理論力學時可以節省課時，與國家高校教學改革要求保持一致.

2.3 大學物理與理論力學講課時要相互照應 詳略得當

為了保證理論體系的完整性和完備性，理論力學課仍然需要簡單復習一遍大學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1兩課基本重復的概念和定律.

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

在教學上，大學物理與理論力學應具有內容的連貫性.例如，理論力學的受力分析中，力偶屬于基本力系，大學物理中沒有嚴格地提出力偶的概念，但是在受力分析時卻經常遇到力偶問題，為了與理論力學銜接應當在大學物理課程中受力分析時適當舉例引出力偶的概念.又如，理論力學與大學物理課程都涉及速度合成定理，理論力學更側重于工程應用，而大學物理研究的速度合成問題更具有普遍性，雖然分析的具體內容有所差異，但分析方法基本不變.

表2中，理論力學與大學物理相互涉及的內容，理論力學中要詳細講解，并與大學物理的學習進行對比，突出兩課程的差異性，提高學生學習理論力學的興趣.另外，大學物理中沒有涉及到的重點內容要詳講，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用，第12章虛位移原理及其應用等.

2.4 大學物理講課中適當增加工程應用實例

在大學物理教學過程中，要明確哪些內容后續專業基礎課、專業課可能會用到，對這些內容要進行有意識地強調與訓練.另外，為了提高學生學習大學物理的興趣，可以從理論力學中選幾道工程應用的例題，引導學生運用大學物理的知識及思維、方法進行解題，使學生了解大學物理與后續專業課的銜接，認識到學習大學物理的重要性，并且為后續專業基礎課及專業課的開設做好鋪墊.

2.5 思維方法的銜接

大學物理的力學，主要是建立起力學的基本概念與基本定律，強調對力學基本概念與定律的正確理解.在思維方法、科學方法上，應多引導學生認識如何從實驗中歸納、提煉出物理概念，對歸納法、類比法、直覺思維的應用，強調實驗是檢驗理論的唯一標準.而理論力學則是在大學物理已學過基本概念與基本定律的基礎上，對物理問題進行數學計算及其在工程中的應用，從思維方法、科學方法上來說，則更多關注數學演繹.在理論力學的教學中，要把兩門課程的思維方法、科學方法的不同及銜接做適當的交代，培養一種更全面的思維方法與科學方法.

參考文獻

1 呂金鐘.大學物理簡明教程.北京：清華大學出版社，2006

2 范欽珊，劉燕，王琪.理論力學.北京：清華大學出版社，2004

3 潘學琴.處理好工程力學與大學物理內容銜接的問題.裝甲兵工程學院學報,2003,17(4):26～27