工科與理科專業理論力學課程設置比較

1.問題的提出

理論力學課程是理工科學生進入大學后都將學習的必修課程。在教學實踐中，我們發現不少學生簡單認為理論力學僅是物理學的一部分，其課程內容就是高中物理課程的加深和拓展；還有一些學生認為理科和工科學生所學的理論力學課程內容相同，因此在學習理論力學過程中思維方法容易停留在高中階段，而導致學習理論性較強的部分知識時理解力較差，學習困難較大。本文針對現階段對理論力學存在的一些認識誤區進行分析，對工科和理科專業的理論力學課程性質、教學要求、內容設置等方面進行比較。

2.理科和工科專業理論力學課程性質及課程特點的比較

工科專業的學生所學習的理論力學是三大力學課程（理論力學、材料力學、結構力學）中的一門基礎課程，它是A類（航空、航天、機械、土建類）工科學生必修的技術基礎課程，是一門具有完整體系并持續發展著的獨立的學科。它不僅是材料力學、結構力學的理論基礎，也是許多工科專業課程，如機械原理、飛行力學等課程的基礎，而且在機械、土木建筑、航空航天等許多工程技術領域中有著廣泛的應用。

理科專業的學生所學習的理論力學屬于物理學的分支，它是應用物理類專業學生的專業基礎必修課程，是在普通物理力學課程的基礎上運用高等數學工具，全面系統闡述宏觀機械運動的基本概念和規律的一門課程。它比普通物理學中力學課程理論性更強，內容更抽象，要求學生具有較強的抽象思維和邏輯推理能力。

理科和工科專業理論力學課程都具有課程體系嚴密，邏輯性強的特點，都強調概念的確切性和數學證明的嚴格性。課程中許多問題的研究和分析都需要高等數學等先修課程的知識，都力圖用數學的基本概念和嚴格的邏輯推理研究力學中帶共性的問題。

3.課程目的和任務

工科中理論力學是一門理論性很強的技術基礎課，它是各門力學的基礎，并在許多工程技術領域中有著廣泛的應用。因此本課程的任務是使學生掌握質點、質點系和剛體機械運動（包括平衡）的基本規律和研究方法，使學生初步學會應用理論力學的理論和方法分析解決一些簡單的工程實際問題。該課程著重培養學生應用基本理論，通過簡化建立實際工程問題力學模型并進行分析與計算的能力。

理科中的理論力學課程主要研究宏觀物體在低速機械運動過程中的物理規律。其主要目的是介紹、推演和總結物理學的基本規律。課程內容中的許多理論性強原理的推導和論證依賴于高等數學方法的應用，因此課程注重培養學生的抽象思維和邏輯推理能力以及運用數學工具解決物理問題的能力。

4.理科和工科專業理論力學課程內容設置的比較

工科專業所學習的理論力學課程分為基礎部分和專題部分。一般不同的學校和專業根據需要設置的理論力學課程的內容不同。對于一般中等學時的工科專業，主要學習理論力學的基礎部分，其教學內容分為三部分：靜力學、運動學和動力學。課時安排一般為64～72課時。以哈工大第七版《理論力學》教材為依據，靜力學部分主要包括物體的受力分析、力系的等效替換（或簡化）、各種力系的平衡條件及其應用；運動學部分主要包括點的運動學、剛體的簡單運動、點的合成運動、剛體的平面運動；動力學部分主要包括質點動力學基本方程、動量定理、動量矩定理、動能定理、達朗貝爾原理、虛位移原理等。專題部分主要內容包括分析力學基礎、非慣性系中的質點動力學、碰撞、機械振動、剛體定點運動、自由剛體運動、剛體運動的合成等。

理科專業所學習的理論力學課程一般分為五章內容，第一章為質點力學，即牛頓力學的基本原理，主要內容包括不同的坐標系下對質點運動的描述方法、質點運動定律、質點動力學的基本定理及其對應的守恒定律、有心力場下質點的運動軌跡等。第二章為質點組動力學，該章討論的內容與第一章類似。第三章為剛體力學，重點為剛體的動力學方程、定軸轉動、平面平行運動以及定點運動。第四章為轉動參考系，重點討論非慣性參考系下動力學問題。第五章為分析力學，主要內容包括約束與廣義坐標、虛功原理、拉格朗日方程的推導和應用；微小振動問題等。課時安排一般為54課時左右。

從課程內容設置來看，理科和工科專業的理論力學課程存在明顯差異，這是由于課程內容的設置是以教學對象、教學目標為依據，同時由于專業不同、課程性質不同，因此學生學習內容存在較大差異。

另一方面，兩門理論力學課程內容也存在部分相同的內容，只是教學內容、教學要求以及教學重點不同，尤其是工科專業理論力學基礎部分中的運動學和動力學部分與理科專業理論力學中的質點、質點組以及剛體力學部分。以剛體的運動為例，工科在運動學中要求熟悉剛體平動和定軸轉動的特征，能熟練求解剛體內各點的速度和加速度有關的問題。在動力學中要求熟悉剛體平動、剛體繞定軸轉動的規律描述。理科中對剛體運動的討論是理論力學的重要部分，一般教材中有六節教學內容，每一節內容都涉及較難的高數知識，如討論轉動慣量時引入了慣量矩陣等。從這方面來看，相對于工科專業的理論力學要求來說，理科專業的理論力學內容雖然較少，但知識難度較大，對學生的思維能力及數學運用能力更高。

【參考文獻】

[1]哈爾濱工業大學理論力學教研室編.理論力學（1）第七版[M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[2]周衍柏主編.理論力學教材第三版[M]. 北京：高等教育出版社，2009（7）.

[3]理工科非力學專業力學基礎課程教學基本要求（試行）. 北京：高等教育出版社，2008.