如何發揮力學的“橋梁”作用

何杰+宋立濤

摘要：力學是物理專業的一門基礎課程，也是學生由中學階段進入大學階段進行專業課程學習的轉折點，無論從心理上還是從方法上，都對學生后續課程的學習起著至關重要的作用。要發揮力學的“橋梁作用”，教師要引導學生重視物理，要強調高等數學對物理的重要性以及物理圖像和物理知識的整體性。

關鍵詞：力學；物理；教學

力學是物理類本科生的一門專業基礎課程，也是后續物理課程的基礎，更是高中物理與大學物理的轉折點，入門入得好可以為以后的學習與發展打下堅實的基礎。基于多年教此專業課的經驗，筆者認為，物理專業的新生學不好力學的原因有以下三點：第一，心理問題，不喜歡“物理”專業或是輕敵，覺得自己學過，大學期間只是簡單的復習；第二，數學基礎沒有打好，物理學習最重要的工具就是數學，“工具”都沒有掌握好，何談應用；第三，“只見樹木，不見森林”，學物理重點是學習物理思想，而不是一些支離破碎的公式。針對這些問題，筆者重點討論如何發揮力學課程的“橋梁”作用，引導學生走入物理的神奇殿堂。

一、引導學生正確看待物理，重視物理

物理學科作為當今社會的冷門專業，畢業生求職困難，學起來難度較大，這是學生不喜歡甚至厭惡它的根本原因。教師要想讓學生樂于學習，首先要把學生心里的顧慮消除或者最大程度地降低，鼓勵學生“既來之，則安之”，讓學生知道學習物理不僅僅學的是物理知識，更是蘊于其中的物理方法和物理思想。物理知識是既定的和成熟的，但思想和方法卻具有遷移性。物理中有很多好的方法和思想，而方法和思想沒有學科和專業的局限性。學生畢業后可能所從事的職業用不到物理知識，但處理問題的方法和思想則是十分重要的。目前，畢業生就業壓力大，即便其他專業找工作也不一定專業對口，即使專業對口，在知識大爆炸的今天也要不斷補充新的知識。物理學科中包含了許多對人的邏輯思維能力、提出并解決問題能力的鍛煉，物理方法和思想中還包含了許多其他自然科學的方法和思想。了解到這些，就可以幫助學生在一定程度上走出困惑，并且知道學習物理思想和方法的重要性，從而不至于“買櫝還珠”，把更珍貴的東西扔掉。

由于力學的許多內容均在高中學習過，并且是高考重點，學生會感覺千軍萬馬擠獨木橋的高考都熬過來了，現在僅僅是學習大學中的一門課程而已，從心理上已經輕視力學。為了打消學生的這種想法，教師必須從第一次上課就擺事實、講道理，叫學生盡快明白，力學表面上內容與高中相同，但實際上大學物理中處理問題的方法、分析問題的思路與高中是不同的。這些不同主要體現在以下兩個方面：一是大學力學研究的問題更具有普遍性，高中的多為一個個的特例：二是高中物理涉及的多是常量之間的關系，而力學以及后續的物理專業課程研究的是普通變量之間的關系，學生必須努力學習高等數學。此外，許多物理概念在名稱上和中學學到的一樣，但其內涵和外延卻可能有很大不同，從中學到大學，學習這些概念并不是簡單的重復，而是包含了對其認識的不斷深化或重新認識。比如，“質量”這一概念，最初學生將其理解為密度和體積的乘積，同一種材料，體積越大、質量越大，主要是感性認識；到了后來，學生學了牛頓定律和萬有引力定律，知道了慣性質量和引力質量，但這兩種質量的物理本質一樣嗎？同一物體的這兩種質量相等嗎？顯然，中學階段的物理無法回答這些問題。大學階段，力學包含了狹義相對論的內容，其中的質量又可以分為靜質量和動質量等不同的概念，可見僅僅就是“質量”這個學生自以為最熟悉的物理概念，在大學階段的理解和中學已有很大不同，其內涵和外延都得到了極大的豐富，更何況其他呢。了解到這些，學生還會“輕敵”嗎？

二、強調高等數學對學習物理的重要性

與高中力學相比，大學力學更加嚴謹、系統，原因之一就在于高等數學微積分的引入。不單是力學，物理專業的所有后續課程都需要靈活運用高等數學知識。力學作為物理專業的一門基礎課程，將微積分順利地引入，使學生熟悉并能運用微積分的方法處理物理問題就顯得非常重要，學生可以從中初步體會到微積分解決普遍物理問題的優勢。高等數學是研究物理的一把“刀”，從學生最熟悉的力學“小試牛刀”，可使他們盡快并輕松地掌握這把“刀”的用法。因此，在力學學習之前，力學的任課教師就必須讓學生先學習高等數學，否則，相關物理課程就無法進行。

此外，力學中高等數學的應用，可使學生知道高等數學是如何與實際物理問題聯系到一起的，以及怎樣用數學語言去表達一個具體的物理模型。這樣，他們在學習高等數學時，就不會覺得其虛而不實，也不會出現只會做數學題，而不會用數學方法解決物理問題的現象。在解決物理問題的過程中，學生會感覺到高等數學是有用的、有趣的，從而激發他們學習高等數學的興趣，使力學和高等數學的學習相得益彰。

三、強調物理圖像和物理知識的整體性

近十年的力學教學中，筆者體會最深的是學生的作業中常出現的一些問題，比如，列物理公式，代入數據，得到結果，有的作業甚者連物理公式都沒有，只有一堆數學公式，幾乎沒有物理過程的分析。大學物理專業課程的學習，更重視物理過程的分析、物理圖像的建立。培養學生的物理思維，教會學生構建物理圖像，而不是淹沒在數學中，這是大學物理專業課程中的重要培養任務。力學作為一門物理專業基礎課程，肩負“物理學入門”的任務，更是引領物理專業新生叩開物理神圣殿堂大門的鑰匙。

物理的學習是從小處著眼，由一個個的知識點組成一個大的知識體系，最終形成大的理論框架，而且物理學分支眾多，因而，學生在學習中注意物理知識的整體性就顯得更加重要。這其中包括兩方面：一方面是物理學各分支學科內部的整體性和各知識點的聯系，另一方面是各分支學科之間的整體性和連接紐帶。力學作為一門專業基礎課程，在教學中適當強調其內部知識點的整體性可以起到一個示范作用。如果學到的只是一些知識點和數學公式，學得再多也只是一堆沒有價值的東西。在了解了物理學的系統性和整體性后，學生才能真正體會到物理學的美，學到的也才是真正能解決實際問題的知識。

綜上所述，力學在整個物理學的學習中有著重要的“橋梁”作用，通過對力學的學習，學生應該逐步建立并激發進一步學習物理的興趣，更能了解到物理學的整體性和物理學的美，更明白物理學應該學什么和怎樣學。