物理專業理論力學課程的改革與探索

高海峽+付喜+朱湘萍

摘 要：理論力學是物理專業必修的一門專業基礎課，它的理論性強，對數學知識要求較高，因此教學難度大。為了更好地適應現代教學要求，很有必要對原有的教學內容、教學方法、教學手段、考核方法等進行改革。本文結合自己的教學經驗從四方面進行了試探性改革，為以后理論力學教學提供建議和經驗。

關鍵詞：理論力學；課程；改革；探索

一、 引言

理論力學是物理學本科專業的一門基礎理論課，也是用高等數學方法處理物理問題的一門理論物理課程。同時，理論力學和其他科學技術的關系十分密切，它的發展為物理學其他分支提供了許多必備的知識和處理問題的方法，也是學習一系列后續課程和將來從事有關的科學技術的重要基礎。但原有的一些教學內容、教學方法、教學手段、考核方法等越來越不適應現代教學需要，改革勢在必行。我們以高校物理學專業特點，結合自己的教學經驗，在以下四個方面進行改革。

二、 教學內容的改革

（一） 整合原有的教學內容

隨著社會不斷進步和發展，高等教育也在不斷深化和改革，許多院校都轉向培養應用型人才方向發展。這樣不可避免地造成理論課時有很大的壓縮。另外，現在理論力學教材在編寫時為了保證其結構上的完整性和連續性，有相當一部分的內容與大學物理中的力學部分相同。因此我們對理論力學教學內容作了如下調整：

大家都知道，理論力學主要是由矢量力學（包括質點力學、質點組力學、剛體力學和轉動參考系）與分析力學兩部分組成。在矢量力學中，內容上從點—組—體，有很強的層次感，它們很多公式和定理公式以矢量運算貫穿始終，有很多運算的處理方法相同，所以講解時要注意采取從空間到平面、從一般到特殊、從矢量到標量的順序，同時注意類比和對比，培養學生用矢量處理問題的方法。在分析力學中應以虛功原理和拉格朗日方程為主線講解。

把握難易程度，實行自習和重點講解相結合的方法。比如，一些知識點比較簡單的部分或已經在大學物理課程中學過的知識，可以讓學生自學，而一些難點、重點知識就要集中有限的課時進行側重講解。這樣我們既可以節省課堂上的時間，又可以培養學生的自學能力，還可以有時間對重難點進行突破。如，質點力學在力學課程中基本上都已經學習過了，上課時只需做適當的復習，重點學習大家不熟悉的極坐標情況和有心力即可。

（二） 重視數學基礎教學

理論力學基于數學，依靠數學。像理論力學中的力、速度、加速度、動量、動量矩等都是矢量，其運算遵守數學中矢量的運算法則；速度與加速度關系其實就是高數中微分和積分的運算。所以學好數學是學好理論力學的先決條件。雖然理論力學中所用的數學知識在數學層面有所涉及，但還有相當一部分學生學得不是很扎實或者不能很好地與物理知識結合起來。因此，很有必要在理論力學中占用兩、三個課時重點學習與理論力學相關的高數內容，可以減少理論力學教學中許多理論推導，正所謂是“工欲善其事，必先利其器”。

（三） 加強教學內容的更新，理論聯系實際

現在科學技術的發展十分迅速，大量新知識和技術不斷出現，如果我們上課還是停留在拿十幾年前，甚至幾十年前編寫的教材來教學，已經不適應科學技術的發展。因此，我們在上課中應適當引入一些和理論力學相關的最新研究，讓學生認識到理論力學在現在科學技術中的重要性及其生命力。此外，理論力學理論性極強，學生學起來是很枯燥的，如果在教學過程中結合具體的力學模型，增加介紹一些定理、公式在生產、生活中運用的實例，這樣不僅有利于學生對知識的進一步理解，激發學習興趣，而且會讓他們感受到科學研究其實離自己并不遙遠。

三、 教學方法的更新

（一） 啟發式教學

在啟發式教學中，常用的一種方法是問題式教學法，即先提出一定的問題，引導學生積極思考和討論，使他們有解決問題的愿望，再通過教師的講解分析，將實際結構轉化為力學模型，并從力學的角度加以分析，最后將所得到的結果引入課堂教學的理論部分。這樣可以提高學生的興趣，培養學生力學建模、分析問題和解決問題的能力。尤其是在緒論部分和每一章引入的部分，我們都可以通過一兩個事例引出問題，例如在講動量矩定理時，首先直接播放直升機圖片，然后提出直升機的尾翼是起什么作用的？如果沒有尾翼將發生什么現象？然后介紹動量矩定理，最后讓學生回答開始提出的問題。這樣在課堂上營造出了引導學生積極參與的學習環境，實現師生互動，達到很好的教學效果。

（二） 開放式教學

開放式教學法是指在教學活動過程中對教學內容實行開放式教學的一種設計形式，這種教學活動更加強調學生的個性化發展，注重培養學生的學習主動參與能力，注重學生學習過程中思維的開放性和創造性培養。在課堂教學中，教師根據教學要求和學生現有的知識水平設計出適當的開放式教學情景，比如在教學中，采用常提問，小組討論等方式，促進學生主動學習，鼓勵學生自己主動去認知和發現問題；鼓勵學生在課堂上主動提問，積極思考，使學生從知識的被動接受者變為主動參與者，同時還有利于師生、學生之間的合作與交流。

四、 教學手段的創新

（一） 網絡課程教學

建立理論力學網絡課程，是學生更好地學習理論力學的一個新途徑，是課后與學生交流的好平臺，能有效緩解上課課時的縮減的壓力。所謂的網絡課程，就是把教學大綱、教案和講義、電子課件和錄像、各章節習題及答案等部分教學內容在校園網進行公布，通過在線測試、疑問解答等形式在網上進行交流。通過網絡課程，學生學習資料可以更多，更全面，有利于學生對知識的復習和補習，進一步加強了學習與任課教師及時的交流，教學效果顯著。

（二） 軟件教學

21世紀大學生面對的是迅速發展的高新技術，尤其是以計算技術為背景的工程數學發展迅速，大量的數值計算軟件，像MATLAB、Mathematics、MathCAD等已經在生產和生活方面應用廣泛，因此讓學生學會一門簡單的數值軟件是非常必要的。在理論力學教學中如果加入了一定的計算軟件教學，一些繁雜的計算我們也可以用數值軟件替代，使復雜問題簡單化，可以省掉很多的推導和畫圖時間，對運動過程進行分析也可以變得具體化，非常有利于學生的理解和接受。

五、 考核方式的變革

傳統的理論力學考核方式主要是以期末閉卷考試成績為主，占總成績的85%，而平時考勤和作業只占到15%。這樣的考核方式不僅導致一部分學生平時不認真，考前死記硬背，應付考試，更不能滿足高層次應用型人才的考核要求。學好理科應該體現在平時的努力和積累，所以理論力學考核應該加重平時成績和平時考核的比例，總成績不僅要包括期末考試成績、考勤和作業，還要加上平時測試成績。平時測試應采用比較靈活的形式，如課堂提問、章節考試、小論文等。新觀點和看法的方式，對于做得好的同學還可以適當加分。這樣既可以提高學生平時運用所學知識分析問題和解決問題的能力，又能激發學生學習的積極性。考勤實行負分制，作業每次批改給出合理的分數，抄襲作業的也作扣分處理。這些規定使得學生更注重平時學習，提高了期末考試成績，達到了良好的教學效果。

六、 結論

總之，本文通過以上方面的改革，提高學生學習理論力學的興趣，也取得了較好的教學效果。同時，理論力學課程的教學改革是一項長期而艱巨的工作，需要不斷實踐和探索。

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