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力学是物理学专业普通物理学的重要组成部分,也是该专业第一门重要专业课程,学好该课程,不仅为后续大部分专业课程的学习奠定了坚实的基础,而且还可以激发学生专业学习的兴趣,坚定其学好专业知识的信心。为了强化力学课程的重要性,笔者所在学院将力学课程列为物理学专业四门学位课程之一,开课学时设为学时。虽然有学校的重视和充裕的学时保障,但是学生的学习效果依然达不到预期目标,学生难以脱离高中物理思维,建立更具基础性和普遍性的以微积分为基础的经典力学思维模式。为此,笔者所在力学课程教学组系统地调研,分析了近届学生在力学课程学习过程中存在的主要问题,并探索与之相应的教学改革,取得了一些成效。
力学课程教学过程中存在的问题
.大量知识点与高中物理重叠,知识的新鲜感不足,难以激发学生学习兴趣
力学课程中质点运动学、质点动力学、动量、动能、势能、振动和波动等大量知识点都是高中物理重点内容,大学力学课程只是以微积分为载体用一种更系统、更基本、更符合物理思维逻辑的方式展现出来,并在此基础上进一步深入、拓展。学生在高中三年很大一部分时间都在与这些知识点打交道,早已没有了新鲜感。这就导致学生对力学知识的求知欲不强,课程的学习兴趣不足,对教学过程和教学效果不可避免地产生负面影响。而且,一些高中物理的核心知识点,如质点运动学、质点动力学、动量以及动能等正好是力学课程前面部分的内容,很容易使学生在刚刚接触力学课程的时候产生错觉,认为它仅仅是在高中物理相关知识基础上简单的进行一下扩充和补充,从而在课程学习的初期产生轻视的态度,造成课程前期基础掌握不牢,后续学习力不从心,严重影响学习的效果。
.高中物理式思维惯性严重,难以建立以微积分为基础的物理思维模式
力学课程是将经典力学的基本定理和规律以微积分为基础并通过严密的数学推演呈现出来的。这与高中物理直接给出基本定理、规律的教学模式完全不同,它更具普遍性,也更符合物理思维模式。然而,学生通过三年高中物理的学习,已经习惯了高中物理教学模式和思维模式,对力学基本定理、规律的推演过程不重视,解题过程总是习惯采用高中思维模式,不愿意尝试采用以微积分为基础的更一般化的思维来处理力学问题。这样很容易导致力学课程仅成为高中物理力学知识的简单补充或扩充,达不到建立以微积分为基础的更具系统性、普遍性和逻辑性的经典力学理论体系的要求,也难以达到通过力学课程的学习培养、锻炼学生物理思维的目的,更直接的后果往往是到了力学课程中后期,对一些较为复杂且必须以微积分为基础的力学问题,很多学生就感觉力不从心,严重影响一些核心知识点的学习和掌握。
.注重知识的积累,忽视了知识的消化和内化力学课程包含质点运动学、质点动力学、动量及动量守恒定律、动能及机械能守恒定律、角动量及角动量守恒定律、刚体力学、流体力学、振动、波动以及相对论力学等内容。虽然课程知识点多、定理多、公式多,但是这些知识之间有内在关联,其中质点运动学和动力学是基础和核心,通过质点系可以引申到其他大部分知识点。此外,微分和积分的思想与力学基本物理量、基本定理和定律的建立密切相关,利用微积分思想可以将很多物理知识点关联在一起理解。然而,学生在力学课程学习过程中往往只注重这些具体知识点的理解和掌握,忽视了它们之间的内在关联,致使学生往往学完力学课程后感觉所学知识太零碎,不成体系,印象不深刻,理解不透彻,更达不到举一反三、触类旁通的效果。
力学教学改革的探索
.合理规划教学内容和方法,突出重点和特色
笔者所
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