物理专业理论力学课程的改革与探索

高海峡+付喜+朱湘萍

摘 要：理论力学是物理专业必修的一门专业基础课，它的理论性强，对数学知识要求较高，因此教学难度大。为了更好地适应现代教学要求，很有必要对原有的教学内容、教学方法、教学手段、考核方法等进行改革。本文结合自己的教学经验从四方面进行了试探性改革，为以后理论力学教学提供建议和经验。

关键词：理论力学；课程；改革；探索

一、 引言

理论力学是物理学本科专业的一门基础理论课，也是用高等数学方法处理物理问题的一门理论物理课程。同时，理论力学和其他科学技术的关系十分密切，它的发展为物理学其他分支提供了许多必备的知识和处理问题的方法，也是学习一系列后续课程和将来从事有关的科学技术的重要基础。但原有的一些教学内容、教学方法、教学手段、考核方法等越来越不适应现代教学需要，改革势在必行。我们以高校物理学专业特点，结合自己的教学经验，在以下四个方面进行改革。

二、 教学内容的改革

（一） 整合原有的教学内容

随着社会不断进步和发展，高等教育也在不断深化和改革，许多院校都转向培养应用型人才方向发展。这样不可避免地造成理论课时有很大的压缩。另外，现在理论力学教材在编写时为了保证其结构上的完整性和连续性，有相当一部分的内容与大学物理中的力学部分相同。因此我们对理论力学教学内容作了如下调整：

大家都知道，理论力学主要是由矢量力学（包括质点力学、质点组力学、刚体力学和转动参考系）与分析力学两部分组成。在矢量力学中，内容上从点—组—体，有很强的层次感，它们很多公式和定理公式以矢量运算贯穿始终，有很多运算的处理方法相同，所以讲解时要注意采取从空间到平面、从一般到特殊、从矢量到标量的顺序，同时注意类比和对比，培养学生用矢量处理问题的方法。在分析力学中应以虚功原理和拉格朗日方程为主线讲解。

把握难易程度，实行自习和重点讲解相结合的方法。比如，一些知识点比较简单的部分或已经在大学物理课程中学过的知识，可以让学生自学，而一些难点、重点知识就要集中有限的课时进行侧重讲解。这样我们既可以节省课堂上的时间，又可以培养学生的自学能力，还可以有时间对重难点进行突破。如，质点力学在力学课程中基本上都已经学习过了，上课时只需做适当的复习，重点学习大家不熟悉的极坐标情况和有心力即可。

（二） 重视数学基础教学

理论力学基于数学，依靠数学。像理论力学中的力、速度、加速度、动量、动量矩等都是矢量，其运算遵守数学中矢量的运算法则；速度與加速度关系其实就是高数中微分和积分的运算。所以学好数学是学好理论力学的先决条件。虽然理论力学中所用的数学知识在数学层面有所涉及，但还有相当一部分学生学得不是很扎实或者不能很好地与物理知识结合起来。因此，很有必要在理论力学中占用两、三个课时重点学习与理论力学相关的高数内容，可以减少理论力学教学中许多理论推导，正所谓是“工欲善其事，必先利其器”。

（三） 加强教学内容的更新，理论联系实际

现在科学技术的发展十分迅速，大量新知识和技术不断出现，如果我们上课还是停留在拿十几年前，甚至几十年前编写的教材来教学，已经不适应科学技术的发展。因此，我们在上课中应适当引入一些和理论力学相关的最新研究，让学生认识到理论力学在现在科学技术中的重要性及其生命力。此外，理论力学理论性极强，学生学起来是很枯燥的，如果在教学过程中结合具体的力学模型，增加介绍一些定理、公式在生产、生活中运用的实例，这样不仅有利于学生对知识的进一步理解，激发学习兴趣，而且会让他们感受到科学研究其实离自己并不遥远。

三、 教学方法的更新

（一） 启发式教学

在启发式教学中，常用的一种方法是问题式教学法，即先提出一定的问题，引导学生积极思考和讨论，使他们有解决问题的愿望，再通过教师的讲解分析，将实际结构转化为力学模型，并从力学的角度加以分析，最后将所得到的结果引入课堂教学的理论部分。这样可以提高学生的兴趣，培养学生力学建模、分析问题和解决问题的能力。尤其是在绪论部分和每一章引入的部分，我们都可以通过一两个事例引出问题，例如在讲动量矩定理时，首先直接播放直升机图片，然后提出直升机的尾翼是起什么作用的？如果没有尾翼将发生什么现象？然后介绍动量矩定理，最后让学生回答开始提出的问题。这样在课堂上营造出了引导学生积极参与的学习环境，实现师生互动，达到很好的教学效果。

（二） 开放式教学

开放式教学法是指在教学活动过程中对教学内容实行开放式教学的一种设计形式，这种教学活动更加强调学生的个性化发展，注重培养学生的学习主动参与能力，注重学生学习过程中思维的开放性和创造性培养。在课堂教学中，教师根据教学要求和学生现有的知识水平设计出适当的开放式教学情景，比如在教学中，采用常提问，小组讨论等方式，促进学生主动学习，鼓励学生自己主动去认知和发现问题；鼓励学生在课堂上主动提问，积极思考，使学生从知识的被动接受者变为主动参与者，同时还有利于师生、学生之间的合作与交流。

四、 教学手段的创新

（一） 网络课程教学

建立理论力学网络课程，是学生更好地学习理论力学的一个新途径，是课后与学生交流的好平台，能有效缓解上课课时的缩减的压力。所谓的网络课程，就是把教学大纲、教案和讲义、电子课件和录像、各章节习题及答案等部分教学内容在校园网进行公布，通过在线测试、疑问解答等形式在网上进行交流。通过网络课程，学生学习资料可以更多，更全面，有利于学生对知识的复习和补习，进一步加强了学习与任课教师及时的交流，教学效果显著。

（二） 软件教学

21世纪大学生面对的是迅速发展的高新技术，尤其是以计算技术为背景的工程数学发展迅速，大量的数值计算软件，像MATLAB、Mathematics、MathCAD等已经在生产和生活方面应用广泛，因此让学生学会一门简单的数值软件是非常必要的。在理论力学教学中如果加入了一定的计算软件教学，一些繁杂的计算我们也可以用数值软件替代，使复杂问题简单化，可以省掉很多的推导和画图时间，对运动过程进行分析也可以变得具体化，非常有利于学生的理解和接受。

五、 考核方式的变革

传统的理论力学考核方式主要是以期末闭卷考试成绩为主，占总成绩的85%，而平时考勤和作业只占到15%。这样的考核方式不仅导致一部分学生平时不认真，考前死记硬背，应付考试，更不能满足高层次应用型人才的考核要求。学好理科应该体现在平时的努力和积累，所以理论力学考核应该加重平时成绩和平时考核的比例，总成绩不仅要包括期末考试成绩、考勤和作业，还要加上平时测试成绩。平时测试应采用比较灵活的形式，如课堂提问、章节考试、小论文等。新观点和看法的方式，对于做得好的同学还可以适当加分。这样既可以提高学生平时运用所学知识分析问题和解决问题的能力，又能激发学生学习的积极性。考勤实行负分制，作业每次批改给出合理的分数，抄袭作业的也作扣分处理。这些规定使得学生更注重平时学习，提高了期末考试成绩，达到了良好的教学效果。

六、 结论

总之，本文通过以上方面的改革，提高学生学习理论力学的兴趣，也取得了较好的教学效果。同时，理论力学课程的教学改革是一项长期而艰巨的工作，需要不断实践和探索。

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