对物理学课程教学改革的探索

Exporation of Physics Teaching Reform

YIN Haifeng

（Schoo of Physics and Eectronic Engineering， Kaii University， Kaii， Guizhou 556011）

理论力学是物理学（师范类）本科专业的一门主干课程，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。通过学习该课程，学生应掌握宏观低速机械运动的规律，以及解决力学问题的一般方法。培养学生的抽象思维与逻辑推理能力;在深入掌握力学理论的基础上，可以深入浅出地对中学物理力学部分进行分析，并且可以分析生活中和现代工程技术领域中的一些力学问题，提高中学物理课程教师的专业素养。升本以来，凯里学院在物理学专业核心课程理论力学的建设中，对该课程的教学内容和方法进行了卓有成效的改革。实践表明，这些改革可以有效地提高学生学习的积极性，进而提高教学质量。

1 教学内容改革

理论力学是经典力学，国内外都有比较经典的相关教材。国内影响比较大的是周衍柏先生编著的经典教材《理论力学教程》。该教材目前仍被许多高校采用。然而，即使对于这些经典教材，教材中还是存在一些地方，讲解得不清楚或者存在问题。这些地方通常会使学生和部分教师感到非常困惑。近年来，我们教研组在理论力学课程教学的过程中，鼓励学生敢于质疑教材中知识的讲授方式以及所讲授知识的正确性;培养学生通过独立的思考去获取知识的能力。现就我们教研组在理论力学课程的教学内容改革方面所做的工作，举例如下。

1.1 自然坐标系单位矢量的新认识

在讲授自然坐标系中，如何运用内禀方程求解质点的曲线运动问题时，首先请学生通过预习讲解教材中是以什么方式引入自然坐标系单位矢量以及内禀方程的。按教材中的方式引入自然坐标系以及自然坐标系单位矢量时，是否存在着不妥之处。接着来考察下如图1所示的质点运动情况。设曲线C上某一点为弧长坐标的原点0，规定的正向;然后引入单位矢量和，沿轨道法向并指向曲线凹侧，沿轨道切线方向并指向增加的方向;为坐标轴和轨道切线方向之间的夹角。请同学们推导、和之间所满足的关系式。结果表明，和教材中给出的关系式不同。这说明教材中引入自然坐标系以及自然坐标系单位矢量时，存在着不完善之处。最后，通过启发式教学，让学生自己通过推导得出，加速度在自然坐标系中的表达形式与单位矢量正向的选取无关。这一结论，是教材中所没有的。通过质疑、探索，同学们得到了新的结论，这大大激发了同学们的学习兴趣。

图1

1.2 刚体定点转动的张量描述

对于刚体的定点转动，现行教材普遍采用角位移来描述。教材通过实例和推导表明，有限大小转动的角位移不是矢量，而无限小转动的角位移是矢量。在讲授该部分内容时，我们通常会提出疑问，一个物理量在大小发生改变时，它的属性怎么发生变化了呢？这些问题，通常可以激发学生的好奇心和刨根问底的钻研精神。然后，通过启发式教学，引导同学探究是否可以用张量来描述刚体的定点转动。最后，教师总结给出可以用转动张量描述刚体的定点转动。

2 教学方式手段改革

近年来，针对理论力学课程，我们教研组改变了传统的教学方式，即教师讲授为主的授课方式;有机地把多种教学方法结合起来。这些教法方法有：（1）启发式教学方法，上课时的提问具有一定的启发性，以此来激发同学们的学习兴趣。我们在教学内容改革过程中，通常采用了启发式教学。（2）讨论式教学方法，引导学生独立思考，培养学生的自学能力。采用讨论式教学方法时，除了选取教材中的部分内容作为讨论的问题之外，任课教师经常查阅与理论力学相关的教改论文，针对文献中提出的问题，引入到课堂，引导同学们讨论。比如，关于“一张错误的插图”问题，不同作者对经典教材《理论力学教程》中描述刚体平面平行运动的公式（3.7.3），理解片面或者理解有误。在上课前，让同学们查阅相关的文献，并进行认真阅读。上课时，针对教材中的公式（3.7.3），请同学们分组讨论，各文献对于公式的理解是否合适。通过引导、启发等教学方式，让同学们认识到教材中公式（3.7.3）是刚体上任一点的速度在动坐标系中的分量形式。由于对坐标系与参考系概念的区分不清楚，各参考文献的作者认为动坐标系是在转动参考系中建立的。通过讨论，同学们对于坐标系和参考系概念的理解更深刻了。此外，我们还经常采用多媒体教学，多媒体技术可以形象直接地展示一些物理现象及过程，这样会引起学生的学习兴趣。比如，用多媒体形象地展示刚体的一些运动。 3 课程教学改革的应用情况

近年来，在理论力学课程的建设中，我们不断地把教学改革取得的成果应用于教学中，取得了一定的效果。通过学习该课程，学生通常对机械运动的规律有一个较系统和全面的认识，可以分析生活中和现代工程技术领域中的一些力学问题。培养了学生的抽象思维与逻辑推理能力。下面以凯里学院2013级物理学专业2班理论力学的教学效果为例，进行说明。该班共有30名学生，课程的考试结果为：27人及格，及格率达到90%，达到了预期的教学目标，较好地完成了该课程的教学任务。学生对基本理论和概念掌握较好，但综合应用知识解决问题的能力还有待于进一步提高。

4 结论

通过对教材内容和教学方法一系列的改革，以及对学生实际情况的深入分析，在理论力学课程的教学中，我们教研组进行了一些有益的探索，取得了一定的教学效果，特别是在培养学生的质疑精神、通过独立的思考去获取知识的能力方面更为显著。但也存在一些问题，有待于进一步的改进，主要是在讲授该课程的分析力学部分内容时，我们仍然采用的是单一的讲授法。对于教学中遇到的问题，我们会在以后的工作中来进一步完善该课程的教学;通过有限时间的教学，让学生取得更大的成绩。

基金项目：贵州省2013年物理学专业综合改革试点项目，凯里学院原子与分子物理重点学科项目（KZD2014002）