力學(xué)課程的教學(xué)探討與實(shí)踐策略

1、力學(xué)課程的教學(xué)探討與實(shí)踐策略摘要：物理專業(yè)中，力學(xué)課程是其他專業(yè)課程的基礎(chǔ)，對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)具有重要的作用.在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ) 上，分析了大學(xué)階段力學(xué)課程學(xué)習(xí)中存在的問題和原因.依據(jù)力學(xué)課程的特點(diǎn)、教學(xué)方法的作用、理論知識的運(yùn)用以 及大學(xué)學(xué)習(xí)方式的要求，從多個(gè)方面給出了教學(xué)策略，并就如何實(shí)施數(shù)學(xué)知識的講解與處理問題的思維轉(zhuǎn)變，給出 了分散式持續(xù)性的教學(xué)思路與具體實(shí)施方案，以促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生對知識的掌握和運(yùn)用能力，提高對問題的理解和分析解決能力，促成學(xué)生自學(xué)習(xí)慣的養(yǎng)成. 關(guān)鍵詞：力學(xué) 教學(xué)策略 思維轉(zhuǎn)變 教學(xué)銜接1 引言力學(xué)是物理學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程之一，是進(jìn) 入大學(xué)后學(xué)習(xí)的第一門專業(yè)課程

2、.力學(xué)課程學(xué)習(xí)的 好壞，直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)與理解&1!.現(xiàn) 實(shí)的教學(xué)中，會(huì)出現(xiàn)學(xué)生雖然掌握了上課時(shí)講解的 概念、定義、定理和定律等基本內(nèi)容，但在知識的運(yùn) 用上卻存在一定的困難；在問題分析中，出現(xiàn)難以把 握問題所對應(yīng)過程的基本特征等情況.如果學(xué)生不 能解決這些問題，將會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的力學(xué)課程學(xué)習(xí)比 較困難，甚至無法進(jìn)行該課程的學(xué)習(xí)，最終影響專業(yè) 知識的后續(xù)學(xué)習(xí).對于大學(xué)生來說，雖然力學(xué)并不是一門全新的、 陌生的課程，但是大學(xué)階段的力學(xué)內(nèi)容與高中相比， 其差別是明顯的.在教學(xué)內(nèi)容上，高中力學(xué)部分研究 的是相對簡單的、特殊的、直觀的問題，且與現(xiàn)實(shí)生 活聯(lián)系較為密切，接受起來相對容易.而大學(xué)的力學(xué)

3、 是在高中力學(xué)知識基礎(chǔ)上的延伸和拓展，研究的過 程更為復(fù)雜、現(xiàn)象更為普遍，研究對象和內(nèi)容更為廣 泛.同時(shí)，大學(xué)階段的力學(xué)中所用數(shù)學(xué)知識及其運(yùn)算 也明顯不同于高中階段在學(xué)習(xí)方式上，高中階 段學(xué)生的學(xué)習(xí)，較多情況下，是在教師的指導(dǎo)與監(jiān)督 下完成的，而在大學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)具有較大的自主 性，需要學(xué)生具有較強(qiáng)的自我管理能力，對課程知識 進(jìn)行必要的自學(xué).另外，力學(xué)課程學(xué)習(xí)前會(huì)存在一 段力學(xué)知識使用較少的時(shí)間，這也導(dǎo)致學(xué)生在課程 學(xué)習(xí)中，對相應(yīng)知識較為生疏，知識運(yùn)用與解題思路 不暢通等問題.2 教學(xué)策略與探討針對大學(xué)階段力學(xué)課程學(xué)習(xí)中存在的問題和原 因，從教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及高中知識與大學(xué)知識的聯(lián) 系與區(qū)別、

4、物理問題與數(shù)學(xué)運(yùn)算的關(guān)系和物理教學(xué) 方法等方面，給出相應(yīng)的解決方法.在筆者的教學(xué)實(shí) 踐中，主要包括以下幾個(gè)方面.做好大學(xué)力學(xué)知識與高中知識的銜接與過渡 不同階段物理知識的學(xué)習(xí)，是一個(gè)螺旋上升的 過程.新的知識要建立在原有知識之上，復(fù)雜的問題 要在已經(jīng)掌握了簡單問題規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行探討， 分析解決問題的思路要在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行轉(zhuǎn)換. 所以，在大學(xué)階段力學(xué)課程的教學(xué)中，在重點(diǎn)和難點(diǎn) 知識的學(xué)習(xí)和運(yùn)用前，可以先進(jìn)行對應(yīng)高中知識的 回顧與溫習(xí)，使學(xué)生掌握相應(yīng)的知識和規(guī)律，增強(qiáng)問 題與相應(yīng)知識的聯(lián)系，強(qiáng)化對應(yīng)類型問題分析解決 的思路和思維習(xí)慣.數(shù)學(xué)知識的補(bǔ)充與運(yùn)算思維的轉(zhuǎn)變大學(xué)階段的力學(xué)課程中所使用的數(shù)

5、學(xué)運(yùn)算明顯 不同于高中，在學(xué)習(xí)中存在運(yùn)算思維的轉(zhuǎn)變.而且由 于關(guān)注的重點(diǎn)不同，造成力學(xué)中所使用的具體運(yùn)算 與一般高等數(shù)學(xué)所講的又有所區(qū)別，即便學(xué)生學(xué)習(xí) 了微積分的知識，也不一定能把物理問題進(jìn)行恰當(dāng) 的表達(dá)與順利的求解.因此，必須結(jié)合力學(xué)中所用的 數(shù)學(xué)知識，單獨(dú)對其進(jìn)行補(bǔ)充，并逐漸讓學(xué)生在力學(xué) 中學(xué)會(huì)使用數(shù)學(xué)運(yùn)算的思維方式.運(yùn)用運(yùn)動(dòng)實(shí)例和演示在大學(xué)，隨著教學(xué)內(nèi)容的深入，一些物理現(xiàn)象和 規(guī)律不太直觀，或者學(xué)生不容易想象出其中的關(guān)鍵 因素，亦或者受之前的思維定式影響，難以想象出真 實(shí)的物理過程.學(xué)生在理解這類問題時(shí)會(huì)產(chǎn)生較為 虛飄的感覺，甚至懷疑規(guī)律的正確性.如果能夠借助 可以看見或者想象出的實(shí)例以

6、及實(shí)物的演示，學(xué)生 也就較容易理解物理過程的規(guī)律和特征了.在伽利 略變換、科里奧利力和剛體運(yùn)動(dòng)等問題中，都可以與 生活生產(chǎn)及自然現(xiàn)象相聯(lián)系，將學(xué)生的認(rèn)識具體化.注重物理概念、定律和定理的講解物理概念是用于描述物質(zhì)性質(zhì)和物理規(guī)律的基 礎(chǔ)，概念的定義會(huì)對事物的本質(zhì)特征做出確切的表 述，便于抓住事物的特征%*&.而定義式給出計(jì)算物理 量的一種途徑，且具有普遍性，所以概念的定義式為 問題的求解與分析提供了一種基本的思路和依據(jù). 定律和定理描述的是物體運(yùn)動(dòng)變化的基本規(guī)律，是解 決具體問題的依據(jù)和基礎(chǔ).所以在課程講解時(shí)，一定 要把這些基本問題講解清楚，使學(xué)生做到概念清晰， 基礎(chǔ)牢固.采用類比和對比法對于相

7、似或相近的知識，如果能夠?qū)⑵溥M(jìn)行類 比和比較，將能夠更加清晰地認(rèn)識到這些知識的區(qū) 別，促進(jìn)學(xué)生已有知識更好地發(fā)揮正向的遷移作 用68.比如動(dòng)量與沖量、動(dòng)量與動(dòng)能、平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)、 質(zhì)點(diǎn)與剛體、振動(dòng)與波之間的關(guān)系及能量與功、力與 動(dòng)量、力矩與角動(dòng)量的關(guān)系等，都可以通過對比來增 強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)識，明辨知識的區(qū)別.基于問題導(dǎo)向強(qiáng)化典型問題分析和自學(xué)習(xí) 慣的建立從概念、定律和定理的學(xué)習(xí)到這些知識點(diǎn)的運(yùn) 用之間往往還存在一定的距離，知道的知識在問題 中無法應(yīng)用，分析問題時(shí)無法找到恰當(dāng)?shù)闹R理論， 這些情況時(shí)常會(huì)出現(xiàn).在上課時(shí)，可以選擇典型的、 代表性的問題，在教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生進(jìn)行分析， 以此促進(jìn)學(xué)生形成物理

8、情景與相應(yīng)的知識、方法聯(lián) 系的思維.另外大學(xué)中學(xué)生的自學(xué)尤為重要，作為物 理學(xué)的第一門專業(yè)課，也要將學(xué)生自學(xué)習(xí)慣的建立 納入其中；為了促進(jìn)學(xué)生的自學(xué)和自學(xué)習(xí)慣的養(yǎng)成， 需要掌握學(xué)生自學(xué)的進(jìn)度和效果，給予及時(shí)的鼓勵(lì) 或督促.3力學(xué)中數(shù)學(xué)知識與處理問題思維轉(zhuǎn)變的教學(xué)實(shí)踐大學(xué)階段的力學(xué)課程研究的是物體的一般運(yùn) 動(dòng)，對物體位置、速度和加速度，力、力矩、動(dòng)量、沖 量、角動(dòng)量，功和功率等的表達(dá)都是采用矢量表示 的，而它們的相互關(guān)系是采用微積分進(jìn)行建立的，矢 量和微積分使用得比較頻繁，明顯不同于高中階段 的代數(shù)運(yùn)算和標(biāo)量的使用%34&.而且學(xué)生即使掌握了 一定的微積分和矢量知識，但是也不一定能在具體 問題中

9、進(jìn)行運(yùn)用.因此，在教學(xué)中一定要增強(qiáng)學(xué)生微 積分和矢量運(yùn)算的能力，培養(yǎng)學(xué)生使用微積分和矢 量的思維和習(xí)慣.下面將針對力學(xué)教學(xué)中需要補(bǔ)充哪些數(shù)學(xué)知 識，如何補(bǔ)充以及如何實(shí)現(xiàn)學(xué)生處理問題思維的轉(zhuǎn) 變，結(jié)合筆者的實(shí)踐，來進(jìn)行介紹.(1)教學(xué)特點(diǎn)分析與思路在對知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)與問題的求解過程進(jìn)行細(xì)致 分析時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)：首先，知識學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn) 的過程，如果一次性接收的信息太多、信息量太大， 就很難全面地掌握，可能會(huì)出現(xiàn)顧此失彼的情況；其 次，要熟練地掌握知識，需要有一個(gè)反復(fù)使用練習(xí)的 過程；再次，知識在具體問題的運(yùn)用時(shí)，需要在思維 中已經(jīng)具備了相應(yīng)事物之間的聯(lián)系后才能進(jìn)行.因此，筆者采取了在教學(xué)中分散地

10、講解數(shù)學(xué)知 識的方法，將相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識放在需要運(yùn)用這些運(yùn) 算的物理知識之前學(xué)習(xí)，便于學(xué)生將這些運(yùn)算與對 應(yīng)的物理知識聯(lián)系在一起.同時(shí)，在知識的講解和問 題處理時(shí)，也要說明并強(qiáng)調(diào)相應(yīng)量和物理規(guī)律的矢 量形式和微積分關(guān)系，指出與高中內(nèi)容的不同，便于 學(xué)生加深印象，形成清晰的矢量和微積分形式的認(rèn) 識，以至建立準(zhǔn)確的聯(lián)系.（2）教學(xué)安排與實(shí)施過程1）在緒論中，整體性地介紹大學(xué)階段力學(xué)問 題的表達(dá)與運(yùn)算方式.在學(xué)習(xí)力學(xué)之前，一般情況 下，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了高等數(shù)學(xué)中的微積分知識，但是 學(xué)生可能并不清楚微積分與物理問題有什么關(guān)系. 此時(shí)，在學(xué)生已有微積分知識的基礎(chǔ)上，介紹即將學(xué) 習(xí)的力學(xué)問題的表達(dá)與運(yùn)算方式，

11、有助于引起學(xué)生 對微積分和矢量知識的重視，建立起它們與力學(xué)的 聯(lián)系，從一開始就引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)算思維的轉(zhuǎn)變.2）在運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)習(xí)之前，介紹矢量的加減以及 矢量的導(dǎo)數(shù).運(yùn)動(dòng)學(xué)中運(yùn)用的數(shù)學(xué)知識主要是矢量 的微積分和加減運(yùn)算，在這時(shí)進(jìn)行介紹能與后面的 物理問題融為一體，建立緊密的聯(lián)系，經(jīng)過反復(fù)使 用，達(dá)到熟練掌握相應(yīng)運(yùn)算的效果.需要強(qiáng)調(diào)的是， 高等數(shù)學(xué)中所學(xué)的導(dǎo)數(shù)一般為標(biāo)量函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，而 力學(xué)中所用的是矢量函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，二者有一定的區(qū) 別.所以一定要從頭開始，將矢量導(dǎo)數(shù)的定義和本質(zhì) 講解清楚并結(jié)合直角坐標(biāo)系，將其在直角坐標(biāo)系 中的表達(dá)式推導(dǎo)出來，這樣學(xué)生在運(yùn)用時(shí)就不再困 惑，而且可以為其他坐標(biāo)系中物理量的求導(dǎo)奠

12、定基 礎(chǔ).3）在運(yùn)動(dòng)學(xué)中，強(qiáng)調(diào)位移、速度和加速度之間 的數(shù)學(xué)關(guān)系，強(qiáng)調(diào)矢量與微積分的運(yùn)用.從數(shù)學(xué)上 來看，速度是位移的導(dǎo)數(shù)，加速度又是速度的導(dǎo)數(shù)， 位移是速度的原函數(shù)，速度又是加速度的原函數(shù)，因 此，學(xué)生只要清楚三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，在問題處理 中也就自然而然地運(yùn)用高等數(shù)學(xué)中的運(yùn)算方法.運(yùn) 動(dòng)學(xué)的學(xué)習(xí)過程也是學(xué)生從高中時(shí)的標(biāo)量代數(shù)運(yùn)算 到大學(xué)階段矢量運(yùn)用和微積分運(yùn)算轉(zhuǎn)變的重要階 段，在教學(xué)中要持續(xù)地強(qiáng)調(diào)與高中的不同，強(qiáng)調(diào)矢量 和微積分的運(yùn)用，促進(jìn)思維方式的轉(zhuǎn)變.4）在功和能之前介紹矢量的點(diǎn)乘，學(xué)習(xí)過程 12 中強(qiáng)調(diào)其表達(dá)式及其運(yùn)算與高中的不同，將功與能 的運(yùn)算與矢量點(diǎn)乘建立緊密的聯(lián)系.5）在力矩和角動(dòng)量之前介紹矢量的叉乘.力矩 和角動(dòng)量的表達(dá)式建立在矢量叉乘的基礎(chǔ)之上，把 它們放在一起便于知識的反復(fù)練習(xí)和思維聯(lián)系的形 成.4 結(jié)束語在分析大學(xué)階段力學(xué)課程學(xué)習(xí)中存在的問題和 原因的基礎(chǔ)上，依據(jù)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)特點(diǎn)、教學(xué)方法 的作用、知識理論的作用和運(yùn)用以及大學(xué)學(xué)習(xí)方式 的要