处理好工科物理与理论力学的衔接和支撑问题

李策 丛红璐 王宝丽 崔素娟 刘雪华 吕金钟

(北京交通大学海滨学院 河北 沧州 061100)

大学物理和理论力学分别是工科院校开设的两门重要的公共基础课和专业基础课.大学物理课起到了承上启下的作用，“承上”作用即大学物理与高中物理、高等数学的衔接问题，“启下”作用即大学物理为后续专业基础课及专业课的开设做铺垫.

文章只讨论“启下”作用.大学物理中力学部分与理论力学中的内容有很多相同之处，但两者并不是简单的重复.如何将大学物理与理论力学有机地衔接，使大学物理更好地为后续专业基础课及专业课服务，是当前教学改革的一个重要内容.

1 两课教学内容存在衔接问题

以本校采用的《大学物理简明教程》[1]和《理论力学》[2]两本教材为标准，在分析教材内容和教学大纲之后，发现以下两点问题.

(1)一些基本概念和基本定律重复，详见表1.

(2)有些内容在两教材中都有研究，但侧重点，所用的方法，分析的深度、广度及应用的范围均不同[3]，详见表2.

1)力系的分析.大学物理中受力分析重点是重力、弹性力和摩擦力[1],理论力学静力学侧重于主动力、固定铰支座、可动铰支座等约束及其约束力，体现了侧重点不同.大学物理分析物体受力时,主要研究的是较为简单的平面汇交力系；理论力学分析物体受力时，除了要研究平面汇交力系外，还需要着重讨论平面任意力系、空间力系等更为复杂的问题[2]，平面汇交力系只是其中的一种，由此体现了广度不同.

2)受力图.大学物理课中在受力分析时，将各个力的作用点都画在同一点上，理论力学则画在实际的作用点上，体现了方法不同.

3)速度合成定理.大学物理中，只讨论两个惯性系间的速度合成定理，理论力学讨论任意两个参考系间的速度合成定理，体现了广度不同.

4)刚体定轴转动.大学物理中，只研究了刚体定轴转动，理论力学中，除了研究刚体定轴转动，更进一步研究了刚体的平面运动，即转动加平动，体现了深度不同.

5)过阻尼、临近阻尼状态.大学物理中简谐振动部分只给出了过阻尼、临界阻尼状态的概念，理论力学中分别给出这两个状态所满足的振动微分方程的通解形式，体现了深度不同.

6)自由度概念.大学物理第三章热力学物理基础中的自由度和理论力学中的自由度虽然名称相同，但是大学物理中的自由度是能量自由度，侧重于能量，为分子能量中独立的速度和坐标的二次方项的数目.理论力学中的自由度是力学自由度，侧重于空间位置，为确定物体位置的独立坐标数,这体现了侧重点不同.

另外，从两课程的教学目的看，大学物理强调对物理本质的探讨和分析，强调对基本的物理概念和方法的理解及应用，培养学生的科学思维能力和创新能力.理论力学更侧重于工程应用，以解决实际工程力学问题为主要目的，体现了侧重点不同.

表1 两课基本重复的内容

表2 两课相互涉及的内容

2 如何做好衔接教学

为了提高教学效率，须改革教学方法，对大学物理和理论力学进行定位分析，优化课程教学内容.

2.1 理论力学课要重视绪论课的教学

由于大学物理与理论力学存在一些内容的重复，学生刚开始接触理论力学课容易产生厌学、轻视的情绪，认为理论力学和大学物理力学部分讲的内容完全一样.所以,上理论力学的绪论课时要明确两门课的关系，把理论力学的教学目的、教学方法,学习理论力学的重要性以及与大学物理的区别和联系等告知学生，引起他们对课程的重视.

2.2 课程开设先后顺序

理论力学是以大学物理为基础的，在开设课程先后顺序时，将理论力学安排在大学物理开设一学期后，这样,上理论力学时可以节省课时，与国家高校教学改革要求保持一致.

2.3 大学物理与理论力学讲课时要相互照应 详略得当

为了保证理论体系的完整性和完备性，理论力学课仍然需要简单复习一遍大学物理课中的基本概念、基本公式，如角动量、势能、动量定理等，即表1两课基本重复的概念和定律.

另外，大学物理课程中的一些简单内容，如表1 中描述点运动的矢量法及描述点运动的直角坐标法、动量、动量矩、力的功等在理论力学中可以略去不讲，这样既避免了内容的简单重复，又突出了重点.

在教学上，大学物理与理论力学应具有内容的连贯性.例如，理论力学的受力分析中，力偶属于基本力系，大学物理中没有严格地提出力偶的概念，但是在受力分析时却经常遇到力偶问题，为了与理论力学衔接应当在大学物理课程中受力分析时适当举例引出力偶的概念.又如，理论力学与大学物理课程都涉及速度合成定理，理论力学更侧重于工程应用，而大学物理研究的速度合成问题更具有普遍性，虽然分析的具体内容有所差异，但分析方法基本不变.

表2中，理论力学与大学物理相互涉及的内容，理论力学中要详细讲解，并与大学物理的学习进行对比，突出两课程的差异性，提高学生学习理论力学的兴趣.另外，大学物理中没有涉及到的重点内容要详讲，比如，第6章刚体的平面运动分析，第11章达朗贝尔原理及其应用，第12章虚位移原理及其应用等.

2.4 大学物理讲课中适当增加工程应用实例

在大学物理教学过程中，要明确哪些内容后续专业基础课、专业课可能会用到，对这些内容要进行有意识地强调与训练.另外，为了提高学生学习大学物理的兴趣，可以从理论力学中选几道工程应用的例题，引导学生运用大学物理的知识及思维、方法进行解题，使学生了解大学物理与后续专业课的衔接，认识到学习大学物理的重要性，并且为后续专业基础课及专业课的开设做好铺垫.

2.5 思维方法的衔接

大学物理的力学，主要是建立起力学的基本概念与基本定律，强调对力学基本概念与定律的正确理解.在思维方法、科学方法上，应多引导学生认识如何从实验中归纳、提炼出物理概念，对归纳法、类比法、直觉思维的应用，强调实验是检验理论的唯一标准.而理论力学则是在大学物理已学过基本概念与基本定律的基础上，对物理问题进行数学计算及其在工程中的应用，从思维方法、科学方法上来说，则更多关注数学演绎.在理论力学的教学中，要把两门课程的思维方法、科学方法的不同及衔接做适当的交代，培养一种更全面的思维方法与科学方法.

参考文献

1 吕金钟.大学物理简明教程.北京：清华大学出版社，2006

2 范钦珊，刘燕，王琪.理论力学.北京：清华大学出版社，2004

3 潘学琴.处理好工程力学与大学物理内容衔接的问题.装甲兵工程学院学报,2003,17(4):26～27