力學類課程建設與應用型人才培養的探討

閆紅　孫海梅

[摘 要]當前應用型人才培養是高等學校教學改革關注的熱點。可以以新建地方本科院校物理學專業應用型人才培養為研究目標，從力學類課程建設及實踐教學特點出發，分析現有教學內容的不足，闡述課程整合的必要性，強調力學實踐性強的特點，提出教師學生圍繞課題設計及參與開展活動從而加強技能培訓的思想觀點。

[關鍵詞]人才培養 力學 理論力學 實踐教學

[中圖分類號] C961 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）15-0054-02

本文以我校（一所新建地方本科院校）教學工作為參考，予以討論。力學類課程在這里指高校物理學專業開設的四大力學及力學基礎課程。力學基礎又稱為力學，開設于大學新生入學后的第一學期。四大力學通常指理論力學、熱力學.統計物理、電動力學和量子力學。應用型人才的培養是當前教育改革探討的熱點話題。應用型人才可定義為系統學習了某學科的專業知識，有一定專業技能技巧，能將已掌握的知識進行轉化并應用于實踐，滿足社會需求的人才。力學類課程的特點決定了它們對應用型人才的培養具有實踐意義。四大力學中，熱力學.統計物理、電動力學和量子力學由于研究對象的特殊性，對學生理論推導、思維能力的提升有重要作用。理論力學研究宏觀機械運動基本規律，它與高等數學的聯系密切，但其解決的問題多屬于我們周圍可觀察到的力學現象，如果將一些實踐環節融于理論教學，可以培養學生的實踐技能，同時改善課堂教學效果。正是在這種思想的指引下，本文將探討如何開展力學、理論力學和相關物理實驗教學，從而促進應用型人才的培養。

一、現有教學內容分析

多年來我校使用力學教材為高等教育出版社漆安慎、杜嬋英編的《力學》，理論力學為高等教育出版社周衍柏編的《理論力學教程》。這兩套教材比較深刻地揭示了力學學科的特點。力學和理論力學的研究對象有高度的相似性和協同性，力學從運動學、動力學和能量角度研究系統的運動規律，其思想貫穿于科學發展中，很多技術方面的應用都與力學研究內容有關。理論力學是運用高等數學方法解決物理問題的課程。它所面對的研究對象是宏觀、低速物體，是日常生活中我們周圍可感知、可觀察的物體。理論力學學習的要求是在系統理解機械運動的概念和規律的基礎上，掌握進一步處理力學問題的一般方法，另外分析力學是理論力學中最有特色的教學內容。

從我校物理學專業學生現有的教學安排來看，力學開設于新生入學后的第一學期，理論力學則在二年級的第二學期授課。它們的教學與后續很多課程關聯，力學的基本思想和方法不僅與眾多其他課程的教學內容相聯系，如動力學思想、能量守恒的思想等，還對學生學習興趣的培養、學習習慣的養成和學習自信心的提升有重要影響。

在大學教學中，力學許多概念是從微積分和矢量分析角度定義的，比如做功應用了矢量標積的思想，兩個矢量作用的結果成為一個標量，只有大小，沒有方向；力矩的定義則為位置矢量與作用力兩個矢量的矢積，既有大小，也有方向。做功和力矩的概念貫穿于物理學學習的始終，其重要性不言而喻。其他很多在中學階段學生感覺已經很熟悉而且掌握了的概念又被重新詮釋一番，用了他們沒學習過的高等數學的知識。但需要考慮到一個很重要的現實問題是，高等數學教學相對于力學教學滯后，為了使學生學好力學，教師要花費大量精力補充有關數學知識。雖然數學和力學聯系緊密，但對物理專業的學生來說，力學應用性的特點也不應該被淡化，因為力學是最古老悠久的學科，其發展是從滑輪、杠桿等力學工具的使用開始的。學生接觸力學最早應該來自于幼時對生活工具的使用，當時對自然界的好奇心使他們對任何事物都充滿興趣，然而隨著年齡的遞增，這種好奇心在逐漸減弱。正規的課堂教學本來是引導學生進一步思考問題、提出問題，并進而解決問題的，但課堂教學效果很多情況下卻造成學生學習的主動性變差，這直接與現有教學內容的安排有關。比如，分析力學是理論力學中學生普遍感到困難的部分，它所占教學比重并不大，但它的存在使學生對理論力學的學習感到枯燥。如何平衡數學工具的使用和體現力學的應用性特色，搞好力學類課程教學，值得商榷。

二、課程整合的意義

以我校教學安排和我們使用的教材為例進行說明。周衍柏編的《理論力學教程》一共五章，分別為質點力學、質點組力學、剛體力學、轉動參考系和分析力學。漆安慎、杜嬋英編《力學》教材中，二、三章介紹了質點力學和質點組力學，第七章為剛體力學，第三章也有部分轉動參考系內容。

兩套教材教學內容重復率比較高，都主要揭示了質點，質點組、剛體的運動規律。較大的差別是《理論力學教程》有一章分析力學。當然兩套教材的深度有差別，例如理論力學中對轉動的討論更深入、更全面。轉動是生活中最常見到的現象，一般我們對其運動規律只有一些直觀性的認識，如離轉軸點遠一些，容易實現轉動，但只有學過力學課程才能對轉動規律有全面的、系統性的認識。在力學中，要解釋的力學現象的基本概念已經全部介紹過了，在理論力學中只是要討論較為復雜的過程。所以在轉動內容的教學過程中，一定要明確告訴學生學習內容的差別，并最好與學生能接觸到的現象相聯系，使學生有所認識，這也是應用型人才培養的基礎。

對課程進行整合還基于如下考慮：1.力學課時調整較大，由90課時變為82課時，再銳減為現在的65課時；2.學生考慮進一步深造時的建議，部分學生考研時想考取工科專業，卻發現應試內容與現在所學存在差異，比如工科的理論力學有靜力學，討論各種框架結構處于平衡時的受力分布情況，而在力學或物理學專業理論力學教學過程中，這部分內容涉及得很少。

本文認為參考工科教材，加強授課內容的實踐性，突出力學應用性特點，對于力學類課程的教學改革和應用型人才的培養有現實意義。

三、突出實踐性

實踐性強是力學課程的一個特點。這不僅僅體現為力學要做的實驗多，還可以理解為不需要通過專門的實驗課，在實踐活動中觀察我們生活中的力學現象，用力學思想解釋這些現象，這樣的機會也比較多。

目前，力學實踐教學課堂教學和實驗教學脫節嚴重，力學課程既有基礎性的理論內容需要講解，又需要為數不少的實驗過程來提高學生的實踐能力和動手能力。如果課堂教學和實驗教學由不同的教師承擔，那就要避免課堂教學教師和實驗教師缺乏協調，使兩種學習無法互相支撐、互相促進的情況出現。一些實驗項目有必要調整，比如游標卡尺測量長度、單擺周期的計算在高中階段就可以完成，在大學階段重復開設，會對教學資源的使用造成浪費，減弱學生的學習興趣。

只通過做實驗培養學生的操作技能是不夠的，生活中的力學現象最多，引導學生用力學觀點分析常見現象，既能豐富實踐教學的形式，又能夠使學生在解決實際問題的過程中體會到學習的樂趣和價值。

四、圍繞課題開展教學活動

當前國家對教學科研項目和大學生技能比賽的投入相當多，其主要思想是培養各類人員解決實際問題的能力，這與應用型人才培養的理念相符。這也啟示我們，教師能否設計一些可行性強的、便于學生參與的課題。例如按照現有課堂教學方式，有很多內容較抽象，學生不容易接受，如果能夠鼓勵學生參與設計觀賞性和科學性都很強的教學用具用以演示教學內容，對教學效果的提高應該有作用。我們很欣喜的注意到，全國大學生物理教學技能大賽暨自制教具與設計實驗展評大賽就有考察課堂教具設計的環節。

現在很多高校教師除了有教學工作外，還從事科研工作，工作量相當大，也很辛苦，如果引導得法的話可以讓學生參與到教師的項目中，這樣能夠有效保障項目的順利完成，學生能力也可以得到提升，從而收到雙贏的效果。

當然要認識到，進入大學后一個很現實的問題是學生和任課教師接觸的機會很少，這也使學生缺乏引導，沒有意識到通過力學的學習可以全面加強自身能力。圍繞課題開展教學活動主要想圍繞學生思維能力、創新能力、建模能力的培養展開。這對于提高教學質量，培養應用型、創新型人才有實際意義。

五、結論

之所以以力學類課程建設為出發點討論，是基于如下認識：對于有物理學專業的師范類或非師范類甚至一些工科院校，這些課程都是重要的必修課內容；以力學和理論力學教學研究為契機，可以將成功的經驗應用到其他學科課程建設方面；由于力學學科的實踐性強，學生在解決一些力學實際問題中，可以提升動手能力、操作能力，成為受社會歡迎的應用型人才。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 漆安慎，杜嬋英.力學（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2005.

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

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

[4] 龐永師，林昭雄，陳德豪，孟強，郭成.應用型人才創新能力培養模式探索[J].高等工程教育研究，2008（2）：145-148.

[責任編輯：陳 明]