单位文秘网 2021-07-26 08:08:13 点击: 次
【摘要】本文阐述了力学与理论力学课程教学的“大学科”理念,并在此基础上讨论了合理构建新教材体系。
【关键词】力学 理论力学 大学科 教学改革
【中图分类号】G64【文献标识码】A【文章编号】1673-8209(2010)07-0-01
本科物理学专业课程设置中,四大力学一直是教学的重点,也是难点。针对四大力学改革也是物理教学改革的重点。尽管经过了多年的研究,教学理念和教学工具也都有了很大的进步,但对学生来说理论力学[1][2]还是一样的困难。根据自己在讲授力学[3]与理论力学的经验,本文提出了在教学理念和教学内容上重视两课程的关联教学,以充分体现两课程的本质联系。
树立大学科思想,明确课程内容的全面性、系统性
力学是学生最早接触的物理专业课程。但由于力学开始与高等数学密切结合;而教学中,高等数学与力学又有一定程度上的脱节。因此,需要适当补充学生的高数知识,提高学生利用数学知识解决物理问题的能力。不仅为后续学习物理知识做准备,更重要的是让学生掌握新的处理方法,为学生学习理论力学打下坚实的基础。
理论力学是物理学专业学生的第一门理论物理课程,也是学习后继理论物理课程的基础。要求学生在力学的基础上,能够运用高等数学工具,通过严密的逻辑推理,全面系统的阐述宏观机械运动的基本概念和基本规律,使学生对力学的基本内容有较完整和较系统的认识,并能掌握处理力学问题的一般方法,提高学生的理论分析能力和抽象思维能力,并了解理论力学在近代物理学和现代科学技术中的广泛应用。其任务不仅是为了后继课程的需要,更深层的意义在于科学素质的培养。
现在我校学生周学时30左右,但由于开设课程也较多,实际上很多传统课程课时相对以前有一定的压缩。这实际上对教师提出了更高要求。首先,要提高课堂教学效率;由于现在学生自习时间相对较少,很难抽出时间来查缺补漏,因此必须提高课堂要效率,向课堂要效果。其次,要精炼教学内容。在现有学时下,分清轻重、主次,使学生掌握好重点及关键。因此针对我校具体情况,结合自身讲授力学和理论力学的经验,本文主要对二者关联教学下理论力学教学内容的改革做一定的讨论。
2建立两课“一盘棋”关联教学
在保持原有物理内容的全面性、系统性的基础上,在“大学科”思想的前提下,对教学结构和内容进行了合理的调整。
理论力学主要包括牛顿力学和分析力学两大部分。现有部分教材在牛顿力学上花了太大的精力,讲的很多很详细,但由于研究问题与力学类似,未能引起学生的重视,学生总感到没有学到新的知识,所以有时花了不少时间,但教学效果并不好。牛顿力学几乎都以力F为中心,应用也局限于纯力学的范畴,运算较为繁琐。分析力学以能量为中心,而能量对任何物理体系都有意义,因此应用范围更广,并且其运算也简化了很多。分析力学处理问题的方法与牛顿力学有极大的不同,学生刚开始接触时是较难适应的,但其内容和方法与后续学习的三大力学有直接的关系,因此学生必须熟练掌握。
3 教学内容
第一部分牛顿力学基础。包括运动学和动力学的基本概念,质点运动定理、质点系运动定理和质心运动定等基本定理和守恒定律,同时引入了质点和质点系的角动量定理及守恒定理。这部分内容学生都非常熟悉,但处理方法有了很大的不同。另外,所研究问题的深度和广度也有很大的不同。如对同学最熟悉的牛顿第二运动定律,在力学中主要涉及在直角坐标系下的表达方法;而在理论力学中,则要掌握牛顿第二运动定律在极坐标系、球坐标系和柱坐标系中的形式。在开始时要强调理论力学与力学有联系但也有很大的不同,让学生以学习一门新课程的态度来学。鉴于在力学中对这部分内容也有详细的讨论,在此将重点放在处理问题的方法上,并先让学生利用新的方法处理已知结果的一些问题,检验学生的学习效果;然后逐步提高,给一些创新性的问题,提高学生的学习兴趣。
第二部分分析力学,包括虚功原理、达朗贝尔原理、哈密顿原理及拉格朗日方程。分析力学研究运动的立足点和牛顿力学是完全不同的,在这里,质点仅是力学系统的一部分而不是孤立的单元。力学系统是质点的集合,我们的研究对象是力学系统而不是单个质点。首先引入约束。在牛顿力学中我们研究维持约束的约束力,而这些力一般是未知的,要确定质点的运动情况是很困难的。而在分析力学中,可以直接由约束条件得出动力学方程。虚功原理是力学系统处于静平衡的基本原理,利用虚功原理可以使牛顿力学方便地转换到分析力学。利用达朗贝尔原理可以成功地将虚功原理由静力学应用于动力学,但由此原理推导运动方程并不方便,因为它不是完全由广义坐标表示的。由哈密顿原理推得的拉格朗日方程是一组用广义坐标表示的运动方程,对写出力学系统的运动方程提供了一种普遍适用的方法。
第三部分刚体。引入约束和广义坐标来研究刚体问题,主要包括处理定点转动、欧拉陀螺和拉格朗日陀螺等的一般方法。讨论一些在力学中不易深入一些问题,如惯量椭球及部分固定的活动坐标系等。并要引导学生根据研究问题的不同,选用牛顿力学或分析力学来讨论。这样首先可以让学生练习使用分析力学方法来处理问题,其次可以让学生体会到分析力学相对牛顿力学的优势。
第四部分非惯性系质点力学。从力学到理论力学,所研究的大部分问题均基于惯性参考系,但在处理有些实际问题时,如在地球表面发生的一些现象,选择合适的非惯性坐标系要比惯性坐标系简单很多。正如直角坐标系是最直观也最简单的一种坐标系,但根据问题的不同我们选择极坐标系或球坐标系会更简洁。在此首先应学习相对运动,然后再研究非惯性参考系中质点的动力学问题。
另外,我们对课本配套的习题进行精心调整,选择典型问题和典型习题。并根据时代的发展,选择一些新的具有时代特征的问题,如在影视里面常见的汽车的漂移、摩托车在弯道的压弯、神州6号在太空的调姿等一些新更有实际意义和新义的问题,激发学生的学习兴趣和热情,从而起到了事半功倍的效果。
4 结束语
为社会培养具有坚实基础知识并具有科学创新思维的毕业生是我国高校的主要任务。理论力学教学内容也应随时代进步。几年的教学实践证明,在理论力学中适度调整与力学中重复的内容,突出理论力学与力学的不同,尽早引入分析力学,或以使学生学会利用两种方法处理问题。更重要的是,为后续的电动力学、量子力学等课程打下了坚实的基础,几届学生普遍反应经过理论力学的学习,对后续三大力学的学习产生了极大的帮助。
参考文献
[1] 周衍柏.理论力学教程[M].北京:高等教育出版社,1986.
[2] 金尚年,马永利.理论力学[M].北京:高等教育出版社,2002.
[1] 漆安慎,杜婵英.力学[M].北京:高等教育出版社,2005
(责任编辑:单位文秘网) )地址:https://www.kgf8887.com/show-113-72617-1.html
上一篇:怀疑是科学进步的动力
版权声明:
本站由单位文秘网原创策划制作,欢迎订阅或转载,但请注明出处。违者必究。单位文秘网独家运营 版权所有 未经许可不得转载使用