大學物理質點力學各知識點的能力成分及其支撐強度分析

摘要：文章盡力挖掘大學物理質點力學部分各知識點的能力成分，詳細分析了實現這些能力應采用的授課方法。在此基礎之上，以國際工程教育認證的畢業要求和創新能力的內涵為標準，列出其支撐矩陣。

關鍵詞：質點力學;創新能力;工程教育認證;能力成分;支撐強度

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）16-0098-03

一種食物的營養成分決定了它所能增長的身體機能，而食物的烹調方式又決定了這些營養成分能否被人體吸收從而實現相應身體機能的增長。類似地，一門課程對學生能力培養的支撐強度決定于它的能力成分，即它的各知識點包含的潛在的能培養學生某種能力的種類。這些能力成分有的是直接的，有的是間接的，有的是明顯的，有的是隱藏在現象背后的。不同的教師講解同一知識點時，他傳授給學生的能力成分可能不一樣。因此，我們的目的之一是盡力挖掘各知識點的能力成分。這些能力成分能否被學生接受從而轉化為他們的實際能力決定于兩個因素。首先，我們講解知識點時，是否將這些能力成分傳授給學生從而實現各知識點支撐強度的最大化。其次，我們采用什么樣的方式將這種能力成分傳授給學生以實現支撐強度的最優化。例如，講授“質點”時，如果只給學生講概念，學生只能學到“質點”這一基礎知識。實際上，這一知識點還蘊含一種思維方法，即分析問題時，我們可以先忽略次要因素，考慮主要因素，這是另外一種能力。如果我們講這個知識點時，將這兩種能力都講授給學生，“質點”知識點對學生能力培養的支撐強度就最大化了。同時，我們可以用不同的方式講授這兩種能力，可以只是幾句抽象的描述，也可以結合具體事例講解。顯然，后一種更容易被學生理解并掌握，知識點對能力培養的支撐強度也就進一步優化。

我們盡力挖掘大學物理質點力學部分的各知識點的能力成分，并詳細分析了這些能力成分最容易被學生吸收的講授方式。在此基礎之上，我們以國際工程教育認證的畢業要求[1]（以下簡稱“畢業要求”）以及創新能力[2]的內涵為標準，列出了各知識點對它們的支撐矩陣。為了方便，我們對創新能力的各要素及國際工程教育認證的畢業要求做了簡寫，見附錄。

一、質點運動學的能力成分

質點運動學的知識點很多，每一個知識點所包含的能力成分不盡相同。

1.在質點運動描述中，知識點“質點”包含的能力成分有考慮主要因素而忽略次要因素及質點知識。

2.參考系包含的能力成分有研究物體運動時先確立標準和參考系的量化。

3.位置矢量、運動方程、位移、速度及加速度的能力成分則包含物體運動狀態相關知識、由淺入深多層次研究問題的方法以及用分量式研究矢量的方法。

4.加速度為恒矢量的運動的能力成分有類拋體運動的知識和分量式。

5.圓周運動的能力成分有圓周運動的知識和坐標系的選取。

6.相對運動的能力成分有相對運動知識及對于時間和空間的思考。

這些知識點的能力成分及其講授方法總結如表1。

由各知識點的能力成分，我們得到質點運動學對畢業要求及創新能力培養的支撐矩陣如表2。

根據課程對各項畢業要求的支撐強度分別用“H（高）、M（中）、L（弱）”表示，支撐強度表示課程對該畢業要求與創新能力培養達成的貢獻度之大小，以下同。

二、牛頓定律的能力成分

牛頓定律的各知識點的能力成分如下：

1.牛頓第一定律：力與運動之間的定性關系;物理學史;物體的慣性及人的慣性思維。牛頓第二定律：力與運動之間的定量關系;分量式。牛頓第三定律：物體之間的相互作用;作用力和反作用力是矛盾的兩方面。

2.物理量的單位和量綱：量綱知識;判別一個等式的正確。

3.幾種常見的力：各種力的性質;在生活和科技中的應用。

4.慣性參考系及力學相對性原理：慣性參考系的知識。

5.牛頓定律的應用：牛頓定律的應用;分析問題步驟。

這些知識點的能力成分及其講授方法總結如表3。

根據上述能力成分分析，牛頓定律對畢業要求及創新能力培養的支撐矩陣如表4。

三、動量守恒定律和能量守恒定律的能力成分

1.質點和質點系動量定理及動量守恒：沖量對動量的影響;分量式處理;力的效果時間積累。

2.動能定理、功能原理及機械能守恒定律：功對動能的影響;力的效果空間積累。

3.保守力、非保守力及勢能：基礎知識;不同的力做功具有相同的特點。

這些知識點的能力成分及其講授方法總結如表5。

根據上述能力成分分析，動量守恒定律和能量守恒定律對畢業要求及創新能力培養的支撐矩陣如表6。

為了進一步使大學物理對畢業要求和創新能力培養的支撐強度最大化和最優化，我們還在質點力學結束時要求學生寫一篇質點力學在所學專業中的應用的課程論文。同時，在期末考試要求做一個創新報告：大學物理+…，報告成績直接計入考試成績。它們對畢業要求及創新能力培養的支撐矩陣如表7。

參考文獻：

[1]樂清華.構建產出導向的人才培養體系-本科專業認證標準（第三級）解讀[R].暨南大學專業認證報告，2017，10.

[2]翟雪松，束永紅.創新能力的內涵、測量與培養——訪美國教育傳播與技術協會前主席布拉德·霍坎森教授[J].開放教育研究，2018，24（05）：4-10.

附錄1：（見表8）

附錄2：

國際工程教育專業認證標準對學生的畢業要求：

GR1：具有人文底蘊、科學精神、職業素養和社會責任感，了解國情社情民情，踐行社會主義核心價值觀;

GR2：具有扎實的基礎知識和專業知識，掌握必備的研究方法，了解本專業及相關領域最新動態和發展趨勢;

GR3：具有批判性思維和創新能力。能夠發現、辨析、質疑、評價本專業及相關領域現象和問題，表達個人見解;

GR4：具有解決復雜問題的能力。能夠對本專業領域復雜問題進行綜合分析和研究，并提出相應對策或解決方案;

GR5：具有信息技術應用能力。能夠恰當應用現代信息技術手段和工具解決實際問題;

GR6：具有較強的溝通表達能力。能夠通過口頭和書面表達方式與同行、社會公眾進行有效溝通;

GR7：具有良好的團隊合作能力。能夠與團隊成員和諧相處，協作共事，并作為成員或領導者在團隊活動中發揮積極作用;

GR8：具有國際視野和國際理解能力。了解國際動態，關注全球性問題，理解和尊重世界不同文化的差異性和多樣性;

GR9：具有終身學習意識和自我管理、自主學習能力，能夠通過不斷學習，適應社會和個人可持續發展。

Analysis of the Ability Components and Supporting Strength of the Knowledge Points of Particle Mechanics in University Physics

CHEN Wei

（Department of Physics，College of Science & Engineering，Jinan University，Guangzhou，Guangdong 510632，China）

Abstract：This paper tries to excavate the ability components of each knowledge point of particle mechanics in University Physics，and analyses in detail the teaching methods that should be adopted for these abilities.On this basis，the supporting matrix is listed according to the graduation requirements of international engineering education certification and the connotation of innovation ability.

Key words：particle mechanics;innovation ability;engineering education certification;ability components;support strength

收稿日期：2019-06-25

基金項目：廣東省質量工程教學改革項目“基于創新思維培養的大學物理課程改革與實踐”（55610306）;暨南大學教學改革項目《“大學物理”課程中港澳臺僑學生學與教耦合機制的探索與實踐》（55611301）

作者簡介：陳偉（1968-），男，四川平昌人，暨南大學理工學院物理系副教授，研究方向：核天體物理。