處理好工科物理與理論力學(xué)的銜接和支撐問(wèn)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(kāi)設(shè)的兩門(mén)重要的公共基礎(chǔ)課和專(zhuān)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(wèn)題，“啟下”作用即大學(xué)物理為后續(xù)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課及專(zhuān)業(yè)課的開(kāi)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(jiǎn)單的重復(fù).如何將大學(xué)物理與理論力學(xué)有機(jī)地銜接，使大學(xué)物理更好地為后續(xù)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課及專(zhuān)業(yè)課服務(wù)，是當(dāng)前教學(xué)改革的一個(gè)重要內(nèi)容.

1 兩課教學(xué)內(nèi)容存在銜接問(wèn)題

以本校采用的《大學(xué)物理簡(jiǎn)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(diǎn)問(wèn)題.

(1)一些基本概念和基本定律重復(fù)，詳見(jiàn)表1.

(2)有些內(nèi)容在兩教材中都有研究，但側(cè)重點(diǎn)，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(jiàn)表2.

1)力系的分析.大學(xué)物理中受力分析重點(diǎn)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(dòng)力、固定鉸支座、可動(dòng)鉸支座等約束及其約束力，體現(xiàn)了側(cè)重點(diǎn)不同.大學(xué)物理分析物體受力時(shí),主要研究的是較為簡(jiǎn)單的平面匯交力系；理論力學(xué)分析物體受力時(shí)，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(wèn)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(shí)，將各個(gè)力的作用點(diǎn)都畫(huà)在同一點(diǎn)上，理論力學(xué)則畫(huà)在實(shí)際的作用點(diǎn)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(gè)慣性系間的速度合成定理，理論力學(xué)討論任意兩個(gè)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(dòng).大學(xué)物理中，只研究了剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，理論力學(xué)中，除了研究剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，更進(jìn)一步研究了剛體的平面運(yùn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)動(dòng)加平動(dòng)，體現(xiàn)了深度不同.

5)過(guò)阻尼、臨近阻尼狀態(tài).大學(xué)物理中簡(jiǎn)諧振動(dòng)部分只給出了過(guò)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(gè)狀態(tài)所滿足的振動(dòng)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(chēng)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(dú)立的速度和坐標(biāo)的二次方項(xiàng)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(dú)立坐標(biāo)數(shù),這體現(xiàn)了側(cè)重點(diǎn)不同.

另外，從兩課程的教學(xué)目的看，大學(xué)物理強(qiáng)調(diào)對(duì)物理本質(zhì)的探討和分析，強(qiáng)調(diào)對(duì)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(shí)際工程力學(xué)問(wèn)題為主要目的，體現(xiàn)了側(cè)重點(diǎn)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(duì)大學(xué)物理和理論力學(xué)進(jìn)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(kāi)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(shí)要明確兩門(mén)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(duì)課程的重視.

2.2 課程開(kāi)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(kāi)設(shè)課程先后順序時(shí)，將理論力學(xué)安排在大學(xué)物理開(kāi)設(shè)一學(xué)期后，這樣,上理論力學(xué)時(shí)可以節(jié)省課時(shí)，與國(guó)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(shí)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(jiǎn)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(dòng)量、勢(shì)能、動(dòng)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(jiǎn)單內(nèi)容，如表1 中描述點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的矢量法及描述點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的直角坐標(biāo)法、動(dòng)量、動(dòng)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(jiǎn)單重復(fù)，又突出了重點(diǎn).

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(méi)有嚴(yán)格地提出力偶的概念，但是在受力分析時(shí)卻經(jīng)常遇到力偶問(wèn)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(shí)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(wèn)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(xì)講解，并與大學(xué)物理的學(xué)習(xí)進(jìn)行對(duì)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(méi)有涉及到的重點(diǎn)內(nèi)容要詳講，比如，第6章剛體的平面運(yùn)動(dòng)分析，第11章達(dá)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(shí)例

在大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中，要明確哪些內(nèi)容后續(xù)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)課可能會(huì)用到，對(duì)這些內(nèi)容要進(jìn)行有意識(shí)地強(qiáng)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(yùn)用大學(xué)物理的知識(shí)及思維、方法進(jìn)行解題，使學(xué)生了解大學(xué)物理與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的銜接，認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)大學(xué)物理的重要性，并且為后續(xù)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課及專(zhuān)業(yè)課的開(kāi)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(qiáng)調(diào)對(duì)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(shí)如何從實(shí)驗(yàn)中歸納、提煉出物理概念，對(duì)歸納法、類(lèi)比法、直覺(jué)思維的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)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(guò)基本概念與基本定律的基礎(chǔ)上，對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算及其在工程中的應(yīng)用，從思維方法、科學(xué)方法上來(lái)說(shuō)，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(mén)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囵B(yǎng)一種更全面的思維方法與科學(xué)方法.

參考文獻(xiàn)

1 呂金鐘.大學(xué)物理簡(jiǎn)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(wèn)題.裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào),2003,17(4):26～27