力学中物理逻辑关系的教学总结与实践

高延利 董玉静

【摘要】针对当代大学生对大学物理的学习中存在的问题，结合学生和课程本身的特点，采用知识构图法描绘质点力学中各个物理量的内在逻辑关系。此教学方法有助于促进学生对基本概念和物理规律的认识，扩展本身的知识结构，加深了对公式的记忆，培养逻辑思维能力。最后在实际教学中对此教学方法进行了测试，取得了良好的效果。

【关键词】物理概念 物理规律 物理量 逻辑联系

【基金项目】信阳师范学院华锐学院青年项目（NO.2014qn34）

The logical relation of mechanics in Summary and teaching practice

GAO Yanli1 DONG Yujing

（1 The technique department of xinyang normal university huarui college， Henan Xinyang，464000）

【Abstract】Aiming at the university physics problems of Contemporary College Students in learning， combining student‘s characteristics with curriculum，this paper describe the internal logical relation of some physical quantity by using knowledge graph teaching method. This teaching methods are helping to promote students's understanding of the basic concepts and physical laws， extending students's knowledge structure， deepening the memory of formulas， training studentS ability in logic thinking. At last， this teaching method is tested in this paper and achieve good results

【Key words】physical concepts； physics laws ；physical quantity；logical relation

【中图分类号】TU 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）09-0034-02

1、引言

质点力学是大学物理学中的基础部分内容，也是学生从中学就开始接触的。在国内现在流行的大部分物理学教材中都是从力学开始，并且以质点力学作为开篇内容，所以质点力学的重要性就显而易见了[1]。只有讲好力学，教师取得了开门红，后面的知识才更容易深入下去。而学生在开学开始之际，满怀激动兴奋的心情接受一门课程。对一门新的课程怀有更多期待，只有在新学期开始之际学好了质点力学，才能对以后的课程充满信心。所以学好质点力学是整个大学物理课程的重中之重。

长期以来，不断有教师对质点力学的教学方法进行探究[2-4]，原因主要有部分学生中学物理基础较差，对大学物理有种畏惧心理，其次对物理学中的基本概念，公式和基本原理并没有真正的理解和掌握，加上教材习题设置问题，造成了大部分学生在解决实际问题中却表现出他们对基本概念，公式和规律的理解不深 ，对所研究问题的物理过程分析不透，解决问题的思路不够清晰，更不善于举一反三和灵活运用；当后继课程中涉及到力学内容时，往往比较生疏，甚至对一些基本概念都模糊不清。

根据以上分析，改善教学方法，提高教学效率是当前物理教学中的关键，重在从物理概念，物理规律的内在逻辑关系出发，采用构图法加以总结联系帮助学生对知识的掌握和理解，并取得了一定的效果。

2、基本概念和规律的逻辑关系

本学期担任了三个数学本科班的大学物理学课程，在大学物理课程的第一章就开始讲

图1质点力学知识公式逻辑关系图

Fig1 The relationship of knowledge of particle mechanics

质点力学[5]，主要介绍了质点力学的基本概念，基本公式。比如：线量相关的位矢，位移，速度，加速度，较量相关的角位移 ，角速度，角加速度等；还介绍了质点力学中的三个守恒定律，分别是动量守恒，机械能守恒，角动量守恒。下面通过图1的形式将这些物理量之间的逻辑关系表示出。

在上图中已经将质点力学所有相关的概念，公式和规律都用图表表示出来了，此图可以清晰的展现物理量之间的逻辑关系，能够帮助学生对知识的理解和记忆。现在对这个图进行几点说明：

（1）对顺着箭头的是对时间微分，逆着箭头的是对时间积分。图中展现的微分形式的有，， ，，，，积分公式在这里不再列举。

（2）某些基本物理概念之间彼此只差一个物理量，比如有圆周运动中角量（，，）分别乘以半径R就得到线量（，，）；速度和加速度前面分别乘以质量m就可以得到动量和力；位矢叉乘力和动量得到的是力矩和角动量。

（3）对图表中三个对时间的微分形式在数学上其实是三个守恒定律，这三个式子不但形式上近似，本质上其实是一样的。它们分别是：，当加速度为零时是则速度大小和方向都不变，此则为牛顿第一定律：当质点不受力或所受合外力为零时，质点保持静止或匀速运动状态。，当所受合外力为零时，动量守恒。当物体所受合外力矩为零时，物体的角动量守恒。

（4）图中虚线涉及的是能量，和位置相关的是势能，与速度相关的是动能，动能和势能之和为机械能，只有保守力做功时机械能守恒。

4.质点力学和刚体力学的关系

刚体的运动包括质心的平动和其他质点绕质心的转动。平动运动规律可以应用质点力学运动规律来解决。转动运动规律中有很多规律也是和质点运动规律一一对应的。其中的对应关系有位矢（r）和角度（），速度（）和角速度（），加速度（a）和角加速度（），力（F）和力矩（M），质量（m）和转动惯量（I），动量（p）和角动量（L）。在已知质点力学规律的情况下，想要写出刚体转动规律，只需把相对应的物理量套进去就可以了。比如：质点力学中的：，，；在刚体中相对应的公式是：，，.他们不仅仅是公式上的对应，物理意义也是对应的，因为物理规律和物理意义都是从同一现象总结出来的。找到这些关系学生在学习得时候能够真正的提高学习效率。

5.教学效果和实践

在实际教学中将物理知识的构图法应用在数学与应用数学专业的三个平行班的大学物理课程中。首先在开学初期对三个班入学时高中物理基础组织测试，通过观察发现成绩如下：

表1：高中物理基础知识测试成绩对比分析

进入大学物理的质点力学部分，有意在教学中对3班强调知识之间的逻辑关系，并随着课程的展开逐步完善图1，并且在所有知识点讲授完之后还重点强调了公式间的关系和记忆方法。而其他两个班并未讲授和复习，组织测验，最后成绩如下：

表2：质点力学知识测试成绩对比分析

表1发现在这三个班中刚入学时的成绩差不多，基本上持平，但是从表二就可以发现通过质点力学知识点构图法的讲授，学生对公式的掌握，记忆和理解的差距就很明显了。

6、总结

在对非物理专业的大学物理教学中，除了质点力学的公式和概念有这样的逻辑关系外，像刚体力学，电磁学的公式，概念和规律都有很强的逻辑关系，都可以采用构图法教学来提高教学质量。只有把握了物理知识之间的内在逻辑关系，才能真正掌握其内在物理意义，对物理知识才能学的能深，更扎实。此教学方法对提高教学成绩，培养学生的综合素质和创新意识都有很好的作用。

参考文献：

[1]姜黎霞，王雪梅.质点力学在大学物理中的作用[J].青年与社会：中外教育研究，2010（6），47-49

[2]赵艳萍.微积分在质点力学中的应用[J].吉林省教育学院学报，2012.28（8），151-152

[3]吴志颖，张代丰.力学教学中启发式单元结构教学法的探索和实践[J]渤海大学学报（自然科学版）2008.29（3），258-263

[4]冯硕，黄燕妮. 比较法在力学教学中的应用[J] 渤海大学学报（自然科学版）2005.26（3），274-276

[5]陈信义.大学物理学[M]北京：清华大学出版社，2013

作者简介：

高延利（1983-），男，本科，助教，主要研究方向：物理教学研究