力學物理思維方法的培養策略研究

■ 宿遷學院 張 凱 李 琳 高 立

物理學是一門關于物質最普遍的運動法則和物質的基本構造的科學，因此可以將物理作為建筑的一部分來研究，只有地基打牢，房屋才能穩固、可靠，所以基礎知識是建造一座“大廈”所必需的。不同的試驗和研究策略與構造法相似，只要運用得當，就可以事半功倍。物理思維如同整個建筑的設計思想與創造之源，因此在建設過程中，要不斷地掌握思想的脈絡。大部分物理專業的學生都有較好的學習基礎，對不同的實驗方法有一定了解，并能正確運用。然而，有一小部分學生會花費大量時間去整理、歸納所學知識，沒有形成物理思維，從而造成困惑，他們難以把握要點，無法靈活地應用所學知識解決實際問題。比如，當學生步入大學后，所要學習的知識難度加大，從一維到三維，從特殊到普遍，再到微積分的轉換，這就要求學生要有較強的歸納和整理能力，既要熟悉數學的基本方法和基本規律，又能將抽象的物理知識轉換成具體的圖形，這樣才能培養物理思考能力。

力學是物理學中最重要的理論基礎之一，也是物理學研究的起點和基石。力學的思維方式在物理學習過程中會產生很大的影響，因此，對大學生而言，學好力學是十分必要的。高校力學課程的研究不僅能促進學生思維方式的革新，同時也是大學生在物理學習中的一個重要轉折點。

1 國內研究現狀

針對物理思想或物理思維貫穿于大學力學的整個過程，陜西能源職業技術學院教師賈君茹在《如何實現學生從中學物理學習到大學物理學習的轉變》中提出，建立一種從宏觀到微觀、從近似到精確貫徹于物理始終的辯證唯物主義物理觀。渝西學院教師趙紅在《力學教學中物理思維的培養》中指出，物理思維的培養目標，不僅要把知識傳授給學生，還要讓他們在這一環節中，掌握分析、解決和發現問題的思考方式，從而使他們能更好地進行后續的學習。蘭州城市學院教授岳桂杰在《思維方法在力學教學中的運用與作用》中指出，力學是一門難度較大的學科，學生能否掌握教學內容，教師在講授中的思維方式起著至關重要的作用。牡丹江師范學院副教授張梅恒在《加強高師物理系學生科學思維方法教育》一文中指出，運用科學的思考方式來解決問題，是素質教育的精髓。中國人民解放軍裝甲兵工程學院教師李轉等人在《大學物理和中學物理的銜接及對策》指出，目前高校物理教學的重點是“知識”，而非“方法”。他們提出，在每個章節和每個階段，教師都要歸納出一些特別的物理思考方式，雖然它們有其特殊性，但在中學物理的思考方式中，某些思考方式依然是最基本的。

2 高校力學教學中存在的問題

2.1 教學方式落后

當前，力學專業的教學以課堂講解為主，大多數都是“滿堂灌”，教師也是“黑板+粉筆”的板書教學，這就造成課堂教學內容缺乏新意、一成不變。師生之間的互動較少，學生的主體性被忽視，導致課堂氣氛變得索然無味。同時，由于力學內容較難掌握，教師一般都會安排很多作業，造成學生的學習任務量加大，難以提高學習效率。這會導致學生不能充分發揮物理學習的積極性，容易產生厭倦心理，學習質量下降。

2.2 教學學時的減少與教學內容的增多相矛盾

近幾年，隨著高校課程改革，力學課程的課時從100多學時下降到80學時，個別專業的學時更是縮減到40多學時。而力學內容較多，理論力學分為靜力學、運動學和動力學，材料力學有四大基本變形、強度理論、組合變形和壓桿穩定。因此，在系統學習新知識時，學生也需要時刻牢記所學知識。但有部分學生會因各種原因錯過一節或兩節課，導致他們的知識學習不能有效銜接，使得他們難以掌握相關知識。

2.3 個別學生基礎差，有抵觸心理

部分學生的物理基礎知識薄弱，并且認為力學難度較大，給他們產生了很大的壓力，甚至會對力學學習產生排斥情緒。

2.4 考核方法單一

當前的課程測試僅限于教材中的基礎理論知識，而且采用單一的閉卷考試模式，許多題目與教科書中的范例有異曲同工之處，導致學生在解決這些問題時，只采用了簡單的公式，很少有學生能把題目和工程問題聯系起來，這樣的考試方法背離了大學教育對學生的培養目標，也難以適應社會對大學生的需求。

3 改善物理力學思維的方式

3.1 激發力學學習興趣

“興趣是最好的老師”，作為教師，更應該深刻體會其中的內涵和意義。為了讓學生能較好地掌握力學這一課程，并符合教學單位的教學要求，教師可以材料力學為例，說明材料力學在不同的教學情境中的應用情況。

3.2 課堂講授技巧的選擇

現階段，高等院校力學的教學方式主要采用“黑板+粉筆”的板書教學模式及大教室授課模式，更有部分學校將多個班級安排在一起上課，學生人數較多，容易導致學生學習效率下降。教師可以從以下幾個方面進行改進：首先，教師在教學中應緊緊圍繞材料力學課程需要解決的問題，即強度、剛度、穩定性；其次，教師可采用理論與實踐相結合的研究方法，讓學生投身于實踐，將課上所學轉化為實踐；再次，針對材料力學研究對象——構件（構件變形的種類有拉、壓、彎曲和扭轉）進行授課教學；最后，從外力、內力、應力變形到強度、剛度、穩定性校核等層面進行講解，進而達到深入淺出的授課目標。

3.3 有效教學方式協同使用

在《材料力學》課程標準中，提出要采用多種教學媒介，以提高材料力學的教學質量，教學媒介包括課堂上的粉筆、教師的肢體語言、教師課堂上的模型道具、計算機等。運用多媒體進行教學，可以使學生對構件的強度、變形等問題有基本的認識，既能拓寬學生的眼界，又能提高學生的學習興趣。靈活的教學方式不僅能改變以往單調的課堂教學方式，還能增加許多實用的模型以及分析問題的過程，有助于提高教學的有效性。

3.4 課外拓展及知識強化

通過試驗可以使學生對材料強度、剛度、穩定性等重要概念有更深刻的認識。這既要求學生具備基本的實驗基礎知識，又要求他們具備一定的實踐能力，從而為之后的機械設計、巖土工程等課程的學習奠定堅實的基礎。目前，高校已將材料力學實驗列為工程專業的必修課程，在材料力學教科書中，每個基礎的變形都包含了一兩個試驗。在材料力學的實驗中，還包括了電測法、應力狀態和組合變形等。教師采用理論與實驗相結合的教學方式，可以使學生對材料力學這一工程專業的高實用特性有更全面的認識。在教室里完成簡單的實驗，不僅能使學生了解一些基本的理論知識，還能加強其思維發散，使學生能運用科學的方法解決實際問題。通過本課程的教學，學生能了解到本學科的重要性及必要性，通過材料力學實驗或現場破壞試驗—構建受力模型—從試驗現象進行大膽假設—建立物理數學模型—最終求解答案這一科學的分析過程，可以為學生今后的學習打下堅實的基礎。

3.5 針對性試題及考研真題的補充

通過教師的全面教學和學生的全面學習，學生已經對假設、理論推導、模型簡化、材料破壞的過程有了清晰的認識和了解，并能將材料的各個部分推導出來，學生不再是死記硬背，而是熟練地將公式運用于實際。為了達到良好的教學效果，教師可在課堂上針對各個知識點，找出有代表性的試題，讓學生在課堂上進行鞏固，并大量積累題目，形成一本習題集。由于在研究生招生考試中所涉及的材料力學問題是比較難的，不同學校對材料力學的考查重難點也各不相同，因此教材中的每個知識點，教師都可設置兩個相應的題目，以便學生能更好地掌握材料力學。

綜上所述，本文針對力學物理思維方法的培養策略進行研究，提出了高校力學教學中存在的思維問題以及改善物理力學思維的方式（如圖1），以培養學生的物理思考能力，促進學生思維方式的革新。

圖1