大学物理质点力学各知识点的能力成分及其支撑强度分析

摘要：文章尽力挖掘大学物理质点力学部分各知识点的能力成分，详细分析了实现这些能力应采用的授课方法。在此基礎之上，以国际工程教育认证的毕业要求和创新能力的内涵为标准，列出其支撑矩阵。

关键词：质点力学;创新能力;工程教育认证;能力成分;支撑强度

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）16-0098-03

一种食物的营养成分决定了它所能增长的身体机能，而食物的烹调方式又决定了这些营养成分能否被人体吸收从而实现相应身体机能的增长。类似地，一门课程对学生能力培养的支撑强度决定于它的能力成分，即它的各知识点包含的潜在的能培养学生某种能力的种类。这些能力成分有的是直接的，有的是间接的，有的是明显的，有的是隐藏在现象背后的。不同的教师讲解同一知识点时，他传授给学生的能力成分可能不一样。因此，我们的目的之一是尽力挖掘各知识点的能力成分。这些能力成分能否被学生接受从而转化为他们的实际能力决定于两个因素。首先，我们讲解知识点时，是否将这些能力成分传授给学生从而实现各知识点支撑强度的最大化。其次，我们采用什么样的方式将这种能力成分传授给学生以实现支撑强度的最优化。例如，讲授“质点”时，如果只给学生讲概念，学生只能学到“质点”这一基础知识。实际上，这一知识点还蕴含一种思维方法，即分析问题时，我们可以先忽略次要因素，考虑主要因素，这是另外一种能力。如果我们讲这个知识点时，将这两种能力都讲授给学生，“质点”知识点对学生能力培养的支撑强度就最大化了。同时，我们可以用不同的方式讲授这两种能力，可以只是几句抽象的描述，也可以结合具体事例讲解。显然，后一种更容易被学生理解并掌握，知识点对能力培养的支撑强度也就进一步优化。

我们尽力挖掘大学物理质点力学部分的各知识点的能力成分，并详细分析了这些能力成分最容易被学生吸收的讲授方式。在此基础之上，我们以国际工程教育认证的毕业要求[1]（以下简称“毕业要求”）以及创新能力[2]的内涵为标准，列出了各知识点对它们的支撑矩阵。为了方便，我们对创新能力的各要素及国际工程教育认证的毕业要求做了简写，见附录。

一、质点运动学的能力成分

质点运动学的知识点很多，每一个知识点所包含的能力成分不尽相同。

1.在质点运动描述中，知识点“质点”包含的能力成分有考虑主要因素而忽略次要因素及质点知识。

2.参考系包含的能力成分有研究物体运动时先确立标准和参考系的量化。

3.位置矢量、运动方程、位移、速度及加速度的能力成分则包含物体运动状态相关知识、由浅入深多层次研究问题的方法以及用分量式研究矢量的方法。

4.加速度为恒矢量的运动的能力成分有类抛体运动的知识和分量式。

5.圆周运动的能力成分有圆周运动的知识和坐标系的选取。

6.相对运动的能力成分有相对运动知识及对于时间和空间的思考。

这些知识点的能力成分及其讲授方法总结如表1。

由各知识点的能力成分，我们得到质点运动学对毕业要求及创新能力培养的支撑矩阵如表2。

根据课程对各项毕业要求的支撑强度分别用“H（高）、M（中）、L（弱）”表示，支撑强度表示课程对该毕业要求与创新能力培养达成的贡献度之大小，以下同。

二、牛顿定律的能力成分

牛顿定律的各知识点的能力成分如下：

1.牛顿第一定律：力与运动之间的定性关系;物理学史;物体的惯性及人的惯性思维。牛顿第二定律：力与运动之间的定量关系;分量式。牛顿第三定律：物体之间的相互作用;作用力和反作用力是矛盾的两方面。

2.物理量的单位和量纲：量纲知识;判别一个等式的正确。

3.几种常见的力：各种力的性质;在生活和科技中的应用。

4.惯性参考系及力学相对性原理：惯性参考系的知识。

5.牛顿定律的应用：牛顿定律的应用;分析问题步骤。

这些知识点的能力成分及其讲授方法总结如表3。

根据上述能力成分分析，牛顿定律对毕业要求及创新能力培养的支撑矩阵如表4。

三、动量守恒定律和能量守恒定律的能力成分

1.质点和质点系动量定理及动量守恒：冲量对动量的影响;分量式处理;力的效果时间积累。

2.动能定理、功能原理及机械能守恒定律：功对动能的影响;力的效果空间积累。

3.保守力、非保守力及势能：基础知识;不同的力做功具有相同的特点。

这些知识点的能力成分及其讲授方法总结如表5。

根据上述能力成分分析，动量守恒定律和能量守恒定律对毕业要求及创新能力培养的支撑矩阵如表6。

为了进一步使大学物理对毕业要求和创新能力培养的支撑强度最大化和最优化，我们还在质点力学结束时要求学生写一篇质点力学在所学专业中的应用的课程论文。同时，在期末考试要求做一个创新报告：大学物理+…，报告成绩直接计入考试成绩。它们对毕业要求及创新能力培养的支撑矩阵如表7。

参考文献：

[1]乐清华.构建产出导向的人才培养体系-本科专业认证标准（第三级）解读[R].暨南大学专业认证报告，2017，10.

[2]翟雪松，束永红.创新能力的内涵、测量与培养——访美国教育传播与技术协会前主席布拉德·霍坎森教授[J].开放教育研究，2018，24（05）：4-10.

附录1：（见表8）

附录2：

国际工程教育专业认证标准对学生的毕业要求：

GR1：具有人文底蕴、科学精神、职业素养和社会责任感，了解国情社情民情，践行社会主义核心价值观;

GR2：具有扎实的基础知识和专业知识，掌握必备的研究方法，了解本專业及相关领域最新动态和发展趋势;

GR3：具有批判性思维和创新能力。能够发现、辨析、质疑、评价本专业及相关领域现象和问题，表达个人见解;

GR4：具有解决复杂问题的能力。能够对本专业领域复杂问题进行综合分析和研究，并提出相应对策或解决方案;

GR5：具有信息技术应用能力。能够恰当应用现代信息技术手段和工具解决实际问题;

GR6：具有较强的沟通表达能力。能够通过口头和书面表达方式与同行、社会公众进行有效沟通;

GR7：具有良好的团队合作能力。能够与团队成员和谐相处，协作共事，并作为成员或领导者在团队活动中发挥积极作用;

GR8：具有国际视野和国际理解能力。了解国际动态，关注全球性问题，理解和尊重世界不同文化的差异性和多样性;

GR9：具有终身学习意识和自我管理、自主学习能力，能够通过不断学习，适应社会和个人可持续发展。

Analysis of the Ability Components and Supporting Strength of the Knowledge Points of Particle Mechanics in University Physics

CHEN Wei

（Department of Physics，College of Science & Engineering，Jinan University，Guangzhou，Guangdong 510632，China）

Abstract：This paper tries to excavate the ability components of each knowledge point of particle mechanics in University Physics，and analyses in detail the teaching methods that should be adopted for these abilities.On this basis，the supporting matrix is listed according to the graduation requirements of international engineering education certification and the connotation of innovation ability.

Key words：particle mechanics;innovation ability;engineering education certification;ability components;support strength

收稿日期：2019-06-25

基金项目：广东省质量工程教学改革项目“基于创新思维培养的大学物理课程改革与实践”（55610306）;暨南大学教学改革项目《“大学物理”课程中港澳台侨学生学与教耦合机制的探索与实践》（55611301）

作者简介：陈伟（1968-），男，四川平昌人，暨南大学理工学院物理系副教授，研究方向：核天体物理。