力学课程的知识结构特点及教学对策

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1、力学课程的知识结构特点及教学对策-----力学精品课程建设材料之一梁彦天力学是物理学最古老的一门分支学科，自从其建立发展到如今已有三百多年的历史，已经形成了自己的完整的理论和知识结构体系，这不仅表现在一些重要的古典著作中，而且也体现在各种传统的教材中。特别是本世纪以来近代物理学的创立，对古典的力学理论体系和知识结构产生了重要和深远的影响。使得人们必须对古典而传统的力学知识结构进行新的认识和观念上的修正，也就是说，只有将之建立在新的物理学的大背景中才能使之更系统、更全面、更深刻。另一方面，就教学而言，正确认识和把握力学

2、的理论体系和知识结构特点，是进行力学教学的基本前提。近几年来，我们根据物理学的最新发展对力学的理论体系和知识结构特点进行了大量的研究和探讨，依据认识形成了自己的教学处理方案，并在教学中反复实践，取得了较大的成效。本文将就我们对力学的理论体系和知识结构特点的认识进行讨论，并提出了力学教学中所应采取的对策。一力学的知识结构分析力学知识结构的基本框架如下图所示：--直线运动--运动学----曲线运动---质点力学----牛顿定律--功、能、机械能守恒--动力学---冲量、动量、动量守恒--角动量、角动量守恒--刚体力学--

3、固体力学力学-------连续体力学----流体力学--波动--狭义相对论----相对论------广义相对论从上例力学的教学结构特点可以看出，从所研究的对象的特点来看，可将整个力学分为三个主要的领域，即质点力学、连续体力学和相对论。历经了从简单到复杂、由低级到高级、由低速向高速、由弱场向强场的过程。（一）质点力学的知识结构特点1.运动学是只对物质运动的现象进行描述，而不涉及产生运动的原因，运动又分为直线运动和曲线运动。对曲线运动的描述上又形成多种不同的方法，例如：自然坐标、极坐标、直角坐标等。2.物质间的基本相互作

4、用规律是物理学研究的基本内容之一，这是因为物质间的基本相互作用是支配物质运动及运动状态发生改变的内在根本的原因。牛顿第二定律是力学的核心，也是力学课程的重点，它系统地描述了质点在外力的作用下的运动规律，是物理学中第一个最成功的理论。（二）连续体力学的知识结构特点1.刚体力学实质上是将牛顿定律及守恒定律运用到连续的不产生形变的物体，在这个过程中，形成了自己的理论体系。如转动定理、质心运动定理、动能定理、角动量定理等概念和定理。2.作为普通物理中的固体力学，只讨论其弹性理论的基本概念和简单规律。3.作为普通物理的流体力学

5、中最简单和最普遍的规律，如阿基米德定律、伯努力方程等。4.波动是力学讨论的重点，这不仅仅是从力学理论体系的完整性上来考虑这一问题，这是因为波动问题构成了后续课程的基础。（三）相对论的知识结构特点相对论在整个教学中，只是进行简单的介绍。二教学对策力学是研究物质在时间、空间中机械运动的基本规律的一门学科。因此，首先应解决的问题是针对时间空间的认识和运动的描述。在物理学的发展过程中，人们对时间、空间的观念也经历了重大的变化。对时空的认识应把握两个方面的内容，一方面，人们从对时空的测量的历史沿革，以及对各种不同尺度的时空测量

6、方法。在传统的教材中都未对之给予足够的重视。例如，我们古代人是如何来对一天进行测量的，如何来对一天以下的量进行标度的；对一年以及一年以上的时间是如何测量的，如何对古生物进行时间的确定。地球演化的历史如何确定，如何确定宇宙的年龄等。对各种尺度空间的测量方法的认识也是人们认识空间性质的最有效的方法之一，例如对人体空间尺度的测量，对高山的测量，对日月距离的测量，以银河系半径、恒星距我们的距离、类星体与我们的距离。分子、原子半径、原子核、质子、中子等基本粒子的大小尺度的确定等等。人们认识时空的范围不仅在不断扩大，而且认识的水

7、平也在不断的提高。例如从牛顿的绝对的时空观发展到爱因斯坦相对的时空观，从平直的欧几里德空间发展到弯曲的时空。当然，人们对时空认识的水平应具备一定的物理学基础，在力学体系中不可能一下子全部接受，不过我们认为在一开始对时空知识的总体介绍对教材的组织和教学的合理安排都是完全可以做到的，而且可以起到很好的效果。在传统的一些教材中，往往采用公理方法进行教材的处理和安排，使得人们好象应该相信物理学的发展过程就是这样，教学上的优美和严格性似乎也让人们相信这一点。实际这是不符合人们认识事物过程的规律的。物理学教材的特点应以最大的可能

8、性去再现当时物理学的历史发展背景、体现所遇到的特有困难及当时能够提供的实验条件、展示当时物理学家研究问题的基本思路和基本方法。历史上并非一开始就出现了各种比较系统的诸如位移、速度、加速度等基本概念。而是首先从观察和实验出发，逐步探索、研究、总结，从而提出这些概念的。因此，在安排描述直线运动中的诸如运动方程、位移、速度、加速度等这些基本物理概念的