力学课程的教学探讨与实践策略

1、力学课程的教学探讨与实践策略摘要：物理专业中，力学课程是其他专业课程的基础，对后续课程的学习具有重要的作用.在教学实践的基础 上，分析了大学阶段力学课程学习中存在的问题和原因.依据力学课程的特点、教学方法的作用、理论知识的运用以 及大学学习方式的要求，从多个方面给出了教学策略，并就如何实施数学知识的讲解与处理问题的思维转变，给出 了分散式持续性的教学思路与具体实施方案，以促进学生的学习，增强学生对知识的掌握和运用能力，提高对问题的理解和分析解决能力，促成学生自学习惯的养成. 关键词：力学 教学策略 思维转变 教学衔接1 引言力学是物理学专业的基础必修课程之一，是进 入大学后学习的第一门专业课程

2、.力学课程学习的 好坏，直接影响后续专业课程的学习与理解&1!.现 实的教学中，会出现学生虽然掌握了上课时讲解的 概念、定义、定理和定律等基本内容，但在知识的运 用上却存在一定的困难；在问题分析中，出现难以把 握问题所对应过程的基本特征等情况.如果学生不 能解决这些问题，将会导致学生的力学课程学习比 较困难，甚至无法进行该课程的学习，最终影响专业 知识的后续学习.对于大学生来说，虽然力学并不是一门全新的、 陌生的课程，但是大学阶段的力学内容与高中相比， 其差别是明显的.在教学内容上，高中力学部分研究 的是相对简单的、特殊的、直观的问题，且与现实生 活联系较为密切，接受起来相对容易.而大学的力学

3、 是在高中力学知识基础上的延伸和拓展，研究的过 程更为复杂、现象更为普遍，研究对象和内容更为广 泛.同时，大学阶段的力学中所用数学知识及其运算 也明显不同于高中阶段在学习方式上，高中阶 段学生的学习，较多情况下，是在教师的指导与监督 下完成的，而在大学，学生的学习具有较大的自主 性，需要学生具有较强的自我管理能力，对课程知识 进行必要的自学.另外，力学课程学习前会存在一 段力学知识使用较少的时间，这也导致学生在课程 学习中，对相应知识较为生疏，知识运用与解题思路 不畅通等问题.2 教学策略与探讨针对大学阶段力学课程学习中存在的问题和原 因，从教学实践经验，以及高中知识与大学知识的联 系与区别、

4、物理问题与数学运算的关系和物理教学 方法等方面，给出相应的解决方法.在笔者的教学实 践中，主要包括以下几个方面.做好大学力学知识与高中知识的衔接与过渡 不同阶段物理知识的学习，是一个螺旋上升的 过程.新的知识要建立在原有知识之上，复杂的问题 要在已经掌握了简单问题规律的基础上进行探讨， 分析解决问题的思路要在原有的基础上进行转换. 所以，在大学阶段力学课程的教学中，在重点和难点 知识的学习和运用前，可以先进行对应高中知识的 回顾与温习，使学生掌握相应的知识和规律，增强问 题与相应知识的联系，强化对应类型问题分析解决 的思路和思维习惯.数学知识的补充与运算思维的转变大学阶段的力学课程中所使用的数

5、学运算明显 不同于高中，在学习中存在运算思维的转变.而且由 于关注的重点不同，造成力学中所使用的具体运算 与一般高等数学所讲的又有所区别，即便学生学习 了微积分的知识，也不一定能把物理问题进行恰当 的表达与顺利的求解.因此，必须结合力学中所用的 数学知识，单独对其进行补充，并逐渐让学生在力学 中学会使用数学运算的思维方式.运用运动实例和演示在大学，随着教学内容的深入，一些物理现象和 规律不太直观，或者学生不容易想象出其中的关键 因素，亦或者受之前的思维定式影响，难以想象出真 实的物理过程.学生在理解这类问题时会产生较为 虚飘的感觉，甚至怀疑规律的正确性.如果能够借助 可以看见或者想象出的实例以

6、及实物的演示，学生 也就较容易理解物理过程的规律和特征了.在伽利 略变换、科里奥利力和刚体运动等问题中，都可以与 生活生产及自然现象相联系，将学生的认识具体化.注重物理概念、定律和定理的讲解物理概念是用于描述物质性质和物理规律的基 础，概念的定义会对事物的本质特征做出确切的表 述，便于抓住事物的特征%*&.而定义式给出计算物理 量的一种途径，且具有普遍性，所以概念的定义式为 问题的求解与分析提供了一种基本的思路和依据. 定律和定理描述的是物体运动变化的基本规律，是解 决具体问题的依据和基础.所以在课程讲解时，一定 要把这些基本问题讲解清楚，使学生做到概念清晰， 基础牢固.采用类比和对比法对于相

7、似或相近的知识，如果能够将其进行类 比和比较，将能够更加清晰地认识到这些知识的区 别，促进学生已有知识更好地发挥正向的迁移作 用68.比如动量与冲量、动量与动能、平动与转动、 质点与刚体、振动与波之间的关系及能量与功、力与 动量、力矩与角动量的关系等，都可以通过对比来增 强学生的认识，明辨知识的区别.基于问题导向强化典型问题分析和自学习 惯的建立从概念、定律和定理的学习到这些知识点的运 用之间往往还存在一定的距离，知道的知识在问题 中无法应用，分析问题时无法找到恰当的知识理论， 这些情况时常会出现.在上课时，可以选择典型的、 代表性的问题，在教师的指导下，由学生进行分析， 以此促进学生形成物理

8、情景与相应的知识、方法联 系的思维.另外大学中学生的自学尤为重要，作为物 理学的第一门专业课，也要将学生自学习惯的建立 纳入其中；为了促进学生的自学和自学习惯的养成， 需要掌握学生自学的进度和效果，给予及时的鼓励 或督促.3力学中数学知识与处理问题思维转变的教学实践大学阶段的力学课程研究的是物体的一般运 动，对物体位置、速度和加速度，力、力矩、动量、冲 量、角动量，功和功率等的表达都是采用矢量表示 的，而它们的相互关系是采用微积分进行建立的，矢 量和微积分使用得比较频繁，明显不同于高中阶段 的代数运算和标量的使用%34&.而且学生即使掌握了 一定的微积分和矢量知识，但是也不一定能在具体 问题中

9、进行运用.因此，在教学中一定要增强学生微 积分和矢量运算的能力，培养学生使用微积分和矢 量的思维和习惯.下面将针对力学教学中需要补充哪些数学知 识，如何补充以及如何实现学生处理问题思维的转 变，结合笔者的实践，来进行介绍.(1)教学特点分析与思路在对知识点的学习与问题的求解过程进行细致 分析时，可以发现：首先，知识学习是一个循序渐进 的过程，如果一次性接收的信息太多、信息量太大， 就很难全面地掌握，可能会出现顾此失彼的情况；其 次，要熟练地掌握知识，需要有一个反复使用练习的 过程；再次，知识在具体问题的运用时，需要在思维 中已经具备了相应事物之间的联系后才能进行.因此，笔者采取了在教学中分散地

10、讲解数学知 识的方法，将相应的数学知识放在需要运用这些运 算的物理知识之前学习，便于学生将这些运算与对 应的物理知识联系在一起.同时，在知识的讲解和问 题处理时，也要说明并强调相应量和物理规律的矢 量形式和微积分关系，指出与高中内容的不同，便于 学生加深印象，形成清晰的矢量和微积分形式的认 识，以至建立准确的联系.（2）教学安排与实施过程1）在绪论中，整体性地介绍大学阶段力学问 题的表达与运算方式.在学习力学之前，一般情况 下，学生已经学习了高等数学中的微积分知识，但是 学生可能并不清楚微积分与物理问题有什么关系. 此时，在学生已有微积分知识的基础上，介绍即将学 习的力学问题的表达与运算方式，

11、有助于引起学生 对微积分和矢量知识的重视，建立起它们与力学的 联系，从一开始就引导学生运算思维的转变.2）在运动学学习之前，介绍矢量的加减以及 矢量的导数.运动学中运用的数学知识主要是矢量 的微积分和加减运算，在这时进行介绍能与后面的 物理问题融为一体，建立紧密的联系，经过反复使 用，达到熟练掌握相应运算的效果.需要强调的是， 高等数学中所学的导数一般为标量函数的导数，而 力学中所用的是矢量函数的导数，二者有一定的区 别.所以一定要从头开始，将矢量导数的定义和本质 讲解清楚并结合直角坐标系，将其在直角坐标系 中的表达式推导出来，这样学生在运用时就不再困 惑，而且可以为其他坐标系中物理量的求导奠

12、定基 础.3）在运动学中，强调位移、速度和加速度之间 的数学关系，强调矢量与微积分的运用.从数学上 来看，速度是位移的导数，加速度又是速度的导数， 位移是速度的原函数，速度又是加速度的原函数，因 此，学生只要清楚三者之间的数学关系，在问题处理 中也就自然而然地运用高等数学中的运算方法.运 动学的学习过程也是学生从高中时的标量代数运算 到大学阶段矢量运用和微积分运算转变的重要阶 段，在教学中要持续地强调与高中的不同，强调矢量 和微积分的运用，促进思维方式的转变.4）在功和能之前介绍矢量的点乘，学习过程 12 中强调其表达式及其运算与高中的不同，将功与能 的运算与矢量点乘建立紧密的联系.5）在力矩和角动量之前介绍矢量的叉乘.力矩 和角动量的表达式建立在矢量叉乘的基础之上，把 它们放在一起便于知识的反复练习和思维联系的形 成.4 结束语在分析大学阶段力学课程学习中存在的问题和 原因的基础上，依据力学课程的学习特点、教学方法 的作用、知识理论的作用和运用以及大学学习方式 的要