力學(xué)中物理邏輯關(guān)系的教學(xué)總結(jié)與實踐

高延利 董玉靜

【摘要】針對當(dāng)代大學(xué)生對大學(xué)物理的學(xué)習(xí)中存在的問題，結(jié)合學(xué)生和課程本身的特點，采用知識構(gòu)圖法描繪質(zhì)點力學(xué)中各個物理量的內(nèi)在邏輯關(guān)系。此教學(xué)方法有助于促進學(xué)生對基本概念和物理規(guī)律的認識，擴展本身的知識結(jié)構(gòu)，加深了對公式的記憶，培養(yǎng)邏輯思維能力。最后在實際教學(xué)中對此教學(xué)方法進行了測試，取得了良好的效果。

【關(guān)鍵詞】物理概念 物理規(guī)律 物理量 邏輯聯(lián)系

【基金項目】信陽師范學(xué)院華銳學(xué)院青年項目（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

【中圖分類號】TU 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）09-0034-02

1、引言

質(zhì)點力學(xué)是大學(xué)物理學(xué)中的基礎(chǔ)部分內(nèi)容，也是學(xué)生從中學(xué)就開始接觸的。在國內(nèi)現(xiàn)在流行的大部分物理學(xué)教材中都是從力學(xué)開始，并且以質(zhì)點力學(xué)作為開篇內(nèi)容，所以質(zhì)點力學(xué)的重要性就顯而易見了[1]。只有講好力學(xué)，教師取得了開門紅，后面的知識才更容易深入下去。而學(xué)生在開學(xué)開始之際，滿懷激動興奮的心情接受一門課程。對一門新的課程懷有更多期待，只有在新學(xué)期開始之際學(xué)好了質(zhì)點力學(xué)，才能對以后的課程充滿信心。所以學(xué)好質(zhì)點力學(xué)是整個大學(xué)物理課程的重中之重。

長期以來，不斷有教師對質(zhì)點力學(xué)的教學(xué)方法進行探究[2-4]，原因主要有部分學(xué)生中學(xué)物理基礎(chǔ)較差，對大學(xué)物理有種畏懼心理，其次對物理學(xué)中的基本概念，公式和基本原理并沒有真正的理解和掌握，加上教材習(xí)題設(shè)置問題，造成了大部分學(xué)生在解決實際問題中卻表現(xiàn)出他們對基本概念，公式和規(guī)律的理解不深 ，對所研究問題的物理過程分析不透，解決問題的思路不夠清晰，更不善于舉一反三和靈活運用；當(dāng)后繼課程中涉及到力學(xué)內(nèi)容時，往往比較生疏，甚至對一些基本概念都模糊不清。

根據(jù)以上分析，改善教學(xué)方法，提高教學(xué)效率是當(dāng)前物理教學(xué)中的關(guān)鍵，重在從物理概念，物理規(guī)律的內(nèi)在邏輯關(guān)系出發(fā)，采用構(gòu)圖法加以總結(jié)聯(lián)系幫助學(xué)生對知識的掌握和理解，并取得了一定的效果。

2、基本概念和規(guī)律的邏輯關(guān)系

本學(xué)期擔(dān)任了三個數(shù)學(xué)本科班的大學(xué)物理學(xué)課程，在大學(xué)物理課程的第一章就開始講

圖1質(zhì)點力學(xué)知識公式邏輯關(guān)系圖

Fig1 The relationship of knowledge of particle mechanics

質(zhì)點力學(xué)[5]，主要介紹了質(zhì)點力學(xué)的基本概念，基本公式。比如：線量相關(guān)的位矢，位移，速度，加速度，較量相關(guān)的角位移 ，角速度，角加速度等；還介紹了質(zhì)點力學(xué)中的三個守恒定律，分別是動量守恒，機械能守恒，角動量守恒。下面通過圖1的形式將這些物理量之間的邏輯關(guān)系表示出。

在上圖中已經(jīng)將質(zhì)點力學(xué)所有相關(guān)的概念，公式和規(guī)律都用圖表表示出來了，此圖可以清晰的展現(xiàn)物理量之間的邏輯關(guān)系，能夠幫助學(xué)生對知識的理解和記憶。現(xiàn)在對這個圖進行幾點說明：

（1）對順著箭頭的是對時間微分，逆著箭頭的是對時間積分。圖中展現(xiàn)的微分形式的有，， ，，，，積分公式在這里不再列舉。

（2）某些基本物理概念之間彼此只差一個物理量，比如有圓周運動中角量（，，）分別乘以半徑R就得到線量（，，）；速度和加速度前面分別乘以質(zhì)量m就可以得到動量和力；位矢叉乘力和動量得到的是力矩和角動量。

（3）對圖表中三個對時間的微分形式在數(shù)學(xué)上其實是三個守恒定律，這三個式子不但形式上近似，本質(zhì)上其實是一樣的。它們分別是：，當(dāng)加速度為零時是則速度大小和方向都不變，此則為牛頓第一定律：當(dāng)質(zhì)點不受力或所受合外力為零時，質(zhì)點保持靜止或勻速運動狀態(tài)。，當(dāng)所受合外力為零時，動量守恒。當(dāng)物體所受合外力矩為零時，物體的角動量守恒。

（4）圖中虛線涉及的是能量，和位置相關(guān)的是勢能，與速度相關(guān)的是動能，動能和勢能之和為機械能，只有保守力做功時機械能守恒。

4.質(zhì)點力學(xué)和剛體力學(xué)的關(guān)系

剛體的運動包括質(zhì)心的平動和其他質(zhì)點繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動。平動運動規(guī)律可以應(yīng)用質(zhì)點力學(xué)運動規(guī)律來解決。轉(zhuǎn)動運動規(guī)律中有很多規(guī)律也是和質(zhì)點運動規(guī)律一一對應(yīng)的。其中的對應(yīng)關(guān)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），質(zhì)量（m）和轉(zhuǎn)動慣量（I），動量（p）和角動量（L）。在已知質(zhì)點力學(xué)規(guī)律的情況下，想要寫出剛體轉(zhuǎn)動規(guī)律，只需把相對應(yīng)的物理量套進去就可以了。比如：質(zhì)點力學(xué)中的：，，；在剛體中相對應(yīng)的公式是：，，.他們不僅僅是公式上的對應(yīng)，物理意義也是對應(yīng)的，因為物理規(guī)律和物理意義都是從同一現(xiàn)象總結(jié)出來的。找到這些關(guān)系學(xué)生在學(xué)習(xí)得時候能夠真正的提高學(xué)習(xí)效率。

5.教學(xué)效果和實踐

在實際教學(xué)中將物理知識的構(gòu)圖法應(yīng)用在數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)的三個平行班的大學(xué)物理課程中。首先在開學(xué)初期對三個班入學(xué)時高中物理基礎(chǔ)組織測試，通過觀察發(fā)現(xiàn)成績?nèi)缦拢?/p>

表1：高中物理基礎(chǔ)知識測試成績對比分析

進入大學(xué)物理的質(zhì)點力學(xué)部分，有意在教學(xué)中對3班強調(diào)知識之間的邏輯關(guān)系，并隨著課程的展開逐步完善圖1，并且在所有知識點講授完之后還重點強調(diào)了公式間的關(guān)系和記憶方法。而其他兩個班并未講授和復(fù)習(xí)，組織測驗，最后成績?nèi)缦拢?/p>

表2：質(zhì)點力學(xué)知識測試成績對比分析

表1發(fā)現(xiàn)在這三個班中剛?cè)雽W(xué)時的成績差不多，基本上持平，但是從表二就可以發(fā)現(xiàn)通過質(zhì)點力學(xué)知識點構(gòu)圖法的講授，學(xué)生對公式的掌握，記憶和理解的差距就很明顯了。

6、總結(jié)

在對非物理專業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)中，除了質(zhì)點力學(xué)的公式和概念有這樣的邏輯關(guān)系外，像剛體力學(xué)，電磁學(xué)的公式，概念和規(guī)律都有很強的邏輯關(guān)系，都可以采用構(gòu)圖法教學(xué)來提高教學(xué)質(zhì)量。只有把握了物理知識之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，才能真正掌握其內(nèi)在物理意義，對物理知識才能學(xué)的能深，更扎實。此教學(xué)方法對提高教學(xué)成績，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識都有很好的作用。

參考文獻：

[1]姜黎霞，王雪梅.質(zhì)點力學(xué)在大學(xué)物理中的作用[J].青年與社會：中外教育研究，2010（6），47-49

[2]趙艷萍.微積分在質(zhì)點力學(xué)中的應(yīng)用[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報，2012.28（8），151-152

[3]吳志穎，張代豐.力學(xué)教學(xué)中啟發(fā)式單元結(jié)構(gòu)教學(xué)法的探索和實踐[J]渤海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2008.29（3），258-263

[4]馮碩，黃燕妮. 比較法在力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J] 渤海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2005.26（3），274-276

[5]陳信義.大學(xué)物理學(xué)[M]北京：清華大學(xué)出版社，2013

作者簡介：

高延利（1983-），男，本科，助教，主要研究方向：物理教學(xué)研究