理論力學教學改革初探

文/邱海波 田靜

引言

理論力學是一門應用廣泛的基礎課程，但是目前在理論力學的課程內容設置和教學中存在很多弊端，教學內容與力學重復較多，并且缺乏時代氣息，缺乏與當前的科技成果緊密的聯系。另外理論力學的理論性較強、概念抽象、邏輯思維要求高，傳統的教學模式大都是講授式教學，但這不能很好的培養學生的抽象思維能力和創新能力。其次考核方式的單一化，也不能對學生的整體水平做一個良好的評價。因此，理論力學的教學改革很有必要。我們從理論力學的教學內容，教學方法和手段，考核形式等方面做了相應的改革探索。

一、教學內容的改革

理論力學中很大一部分的基本概念和教學內容與力學有重復，在課時較少的情況下，牛頓力學部分建議適當刪減，如質點力學，質點組力學等等。增加分析力學部分的內容，突出作為理論物理基礎的變分原理[1]。

同時隨著科學技術的迅猛發展，知識更新的速度不斷加快。新知識大量涌現，如果單純拿十幾年前編寫的教材來教學，已經跟不上科學的發展。當代理論力學的新進展主要體現在非線性力學的發展。非線性物理是一門以非線性系統的普遍規律和客觀世界的復雜性本身為研究對象的學科，它已成為物理學研究的前沿學科，科技工作者的必備基礎知識。時至今日，非線性物理已發展成為一門獨特的新學科，其基本概念和理論也成為了物理理論的重要組成部分，由此課堂教學應適當介紹一些重要的非線性理論，如混沌，分岔等等[2]。

此外，應適當加入理論力學研究的最新進展，讓同學們認識到這一傳統的學科是有其生命力的。如在講解第六章分析力學中的哈密頓量時，可考慮以加入耦合哈密頓系統動力學的科研新進展，如測度同步問題的研究等等。這樣學生在學習的過程中可以提高學習興趣。并且會認為科學研究其實離自己并不遙遠。

二、教學手段與教學方法的改革

教學手段與教學方法偏落后。理論力學作為基礎力學的更深層次的物理理論，大多數學生在學習時感到枯燥難學。單純的理論推導很難提高學生的學習積極性。當今科學技術的發展已經進入了計算機時代，我們可以借助Matlab，Maple，Mthematica等數學軟件作為學習工具[3]，輔助課堂教學和實驗，讓學生通過自主探討式學習。利用數值軟件的豐富性、直觀性、和靈活性，不僅使課堂教學靈活生動，更增加了課堂的信息量，調動了學生的積極性。使課堂教學由靜態變為動態，許多傳統教學方法講授起來枯燥的內容，可以通過多媒體技術直觀地表現出來，更好的掌握理論力學中比較抽象的內容。

例如Logistic映射的分岔[4]，方程:xn+1=λxn(1－xn)，其中xn∈ [0，1]，λ∈ [0，4]。

利用Matlab軟件，得出的分岔圖如圖1:

圖1 Logistic映射的分岔圖

從圖1中我們可以很直觀的看出系統經歷了周期倍分岔過程，直到出現混沌[5]。通過Matlab在教學中的實例分析，我們看到將Matlab引入教學，不僅增加了理論力學教學的多樣性，而且可以激發學生的學習興趣。

三、考核方式的改革

目前，大多數高校對理論力學的考核形式比較單一，基本上都是采用閉卷考核形式，考核內容也離不開書本，離不開已有的習題，可能考試時臨時突擊，就可以取得很好的成績，但這并不是我們最終的教學目標。單一的理論考試形式不利于學生的創造性培養。改革的目的就是提高學生運用知識、實際工作、創新能力的培養。使得教學重點能真正落實到學生能力的培養和自身素質的提高，而不是死記硬背書上的公式，概念。我們可以通過提交小論文、研究綜述、編寫相關matlab程序等方式進行同步考核。

[1]何平，廖安生等.理論物理課程教改初探 [J].廣西師范大學學報 (物理專輯)，2000，2:79－82.

[2]單曉云，戴占海.在大學物理教學中引入非線性物理的探索與實踐 [J].大學物理，2001，20(20):33－36.

[3]李豐果，林木欣.用計算機演示混沌運動 [J].大學物理，1999，18(2).