大学物理专业课力学教学

摘 要 为了让物理系学生更好地掌握力学课程内容,培养学生自主学习的能力,并为后续专业课的学习打下良好的基础,本文首先把大学力学课程内容与中学力学内容进行了比较,指出了大学力学课程的特点,然后分析了学生在学习过程中容易出现的问题,最后提供了几种思路去解决这些问题.

关 键 词 力学 物理教学 教学质量

中图分类号:G420文献标识码:A

1.引言

力学作为现代物理学的基础和支柱,推动了天文学、热学、统计物理学、电磁学、化学等学科的快速发展.①由于力学在现代科学技术中的重要地位,它还派生出了多种子学科,如材料力学、弹性力学、塑性力学、声学、大气力学、生物力学等等.由此可以看出,力学同数学等学科一样,也是一门基础科学,它所阐明的规律带有普遍的性质,同时,力学又是一门技术科学,它是许多工程技术的理论基础,在广泛的应用过程中不断得到发展.②③

学好力学内容,不仅仅是掌握了一门课程,更重要的是可以培养学生分析问题和解决问题的能力,培养学生独立学习和独立思考的良好学习方法,可以为后续专业课的学习打下良好的基础.但是,由于学生刚刚进入大学,对大学学习的特点还没有完全适应,再加上力学本身的一些特点,使得学生在力学学习过程中存在一些问题.本文在分析了大学力学课程的特点之后,指出了学生学习过程中存在的一些问题,并提出了解决这些问题的一些方法.

2.力学课程的特点

2.1 系统性、准确性和普适性

在研究内容方面,初中物理、高中物理以及大学力学,存在着很大的重叠,为什么会出现这种情况呢从根本上讲,这符合人们认识事物的客观规律,虽然是同样的研究内容,但中学课程所研究的程度显然没有大学力学来得深入和系统.中学物理基本上是用一种浅显的方式来进行讲解,更注重利用大量的事例来总结一些基本的物理定律,并对物理定律的适用范围做了大量的限制.在大学阶段,学生已经学习了微积分这种更为复杂和有效的数学工具,从而可以更加系统、广泛和深入地研究中学阶段就已经涉及到的物理规律和物理现象.④

2.2 物理量的瞬时化

一个物理量,存在着平均值和瞬时值两种描述方式.平均值只能反映这个物理量在一个较大考察范围尺度上所产生的效果,是物理量的一种近似的、模糊的描述.而瞬时值是对物理量在一个无限小考察范围尺度上所产生的效果的描述,与平均值相比,更为准确和清晰.只有在大学阶段学习了微积分知识以后,才能掌握物理量的瞬时效应.

2.3 描述物理规律微积分化

在大学阶段,因为已经可以用瞬时值来描述物理量,物理量所对应的物理规律,也可以用微积分来进行描述,从而扩大了物理定律的适用范围.对于中学阶段所不能解决的如何描述变加速运动,如何在合外力变化的情况下应用牛顿第二定律等问题,都可以轻而易举地得到解决.

3.学生学习困难原因分析

3.1 学习方式不适应

在中学阶段的学习过程中,从课堂讲解、课后辅导、考试、复习等各个方面,老师都扮演了非常积极、主动的角色,而作为学习主体的学生,基本上是被动地接受.在大学阶段,老师在讲授学习内容的同时,更重要的是指出学习重点、教授学生学习方法,在这个过程中,学生应该承担起更为主动的角色.令人遗憾的是,大部分大学学生、特别是低年级学生,还没有完全转换自己的角色.

3.2 学习内容不适应

大学力学是高中物理力学部分螺旋式的上升,其复杂程度和抽象程度都有了本质的变化,学习内容的容量也有了大幅度的扩张.但从表面上看,两者研究内容和研究对象的差别并不是那么显著.因而在刚开始学习力学时,认为内容不难,从而产生麻痹心理.同时因为内容具有相关性,学生更喜欢用中学知识来解决大学力学问题,排斥所教授的全新解题思路和方法,而中学方法很可能存在局限性.此外,大学学习内容非常庞杂,老师不可能面面俱到做非常细致的讲解,大量知识需要学生课后自学,但这要求学生具有突出的自学能力.

3.3 解题方法不适应

在中学阶段,解决物理问题的数学工具主要是初等数学,但在大学阶段,最为有效的数学工具是高等数学,如微积分、矢量运算、坐标变换等.因此,与中学相比,大学力学的解题思路和解题方法发生了本质的改变.但是,高等数学的学习与力学同步,甚至落后于力学,因此在对数学工具本身就不能熟练掌握的情况下,要求学生用以解决力学问题,确实存在着很大的困难.

4.解决问题的方法

4.1 培养学生自学能力

中学时,老师会一次又一次重复每一课的关键内容.但进了大学以后,老师只会充当引路人的角色,学生必须自主地学习、探索和实践.从教师的角度来讲,必须通过各种方式去调动起学生的积极性,采用启发式教学的方法,去引导他们多思考、多动手,最终培养出很强的自学能力.

4.2 夯实学生数学基础

在正式力学学习之前,首先给学生复习或者学习一下本课程所用到的数学知识.在正式授课过程中,必要的时机也要穿插相关的数学知识.在内容讲授和解题过程中,要结合物理概念和数学知识,透彻分析物理现象和物理规律.此外,为了加强学生分析问题、解决问题的能力, 要特别重视科学方法论的渗透.

4.3 提高学生学习起点

大学物理教学是在中学物理的基础上进行的,并且内容存在着很大的相关性.因此, 需要首先处理好继承与提高的关系.需要紧紧抓住大学力学课程的特点,把中学里学习的基本概念更为系统化、准确化和一般化,快速引出新的物理概念和分析问题的方法.

4.4 培养学生学习兴趣

培养学生的学习兴趣,主要从以下几个方面着手:(1)采用多媒体教学方式:多媒体教学是近几年发展迅猛一种现代化教学手段,利用多媒体上课可以将教学内容以文本、图形、图像、动画、视频和音频等多种形式展现出来,呈现给学生一个生动形象、图文并茂的多媒体教学环境,提高学生学习的兴趣.(2)上好第一堂课:良好的开端是成功的一半,如果第一堂课上得生动有趣、富有,会给学生留下良好的第一印象,不仅让学生能够从宏观上更好地把握该学科的历史、现状和学习内容,更能使学生对这门课产生浓厚的学习兴趣,提高学习的主动性.(3)采取趣味教学方法:兴趣是最好的老师.人们一般会对那些熟悉其表面现象,但又不是特别清楚其内在机理的事物非常感兴趣.针对这种情况,应当在授课过程中,引入学生熟悉的实例,然后再一步一步地剖析其内在机理,从而达到集中学生课堂注意力,激起学生上课积极性的目的.(4)课堂气氛要有感染力:课堂语言虽然需要严谨,需要准确无误地把知识传授给学生.但这并不意味着课堂语言是死板的、机械的.上课是一门艺术,需要在授课时充满,需要课堂语言和肢体动作具有感染力和亲和力.(5)创建和谐、融洽的学习环境:学生良好的学风、老师认真负责的态度、师生之间良好的互动关系等,都会推动学生去主动学习.教师尊重和关心学生,学生尊敬和爱戴教师,会使学生产生爱屋及乌的效果,喜欢老师并进而喜欢老师的课.

5.结束语

力学作为整个物理学学科的一个重要分支,并且是物理专业学生最先接触到的专业课,在整个大学学习中是非常重要的一门课程.但是,由于学生自身的主观原因和力学本身所具有的特点,使得学生在学习过程中存在诸多问题.因而,本文提供了几种思路去解决这些问题.

注释

①漆安慎,杜婵英.力学[M].北京:高等教育出版社,2005.

②赵凯华,罗尉茵.力学[M].北京:高等教育出版社,2004.

③舒幼生.力学[M].北京:北京大学出版社,2004.

④党兴菊,单长吉,李林.大学物理力学学习遇到的问题成因及对策[J].科技信息,2009.4(1): 540~541.