力学物理思维方法的培养策略研究

■ 宿迁学院 张 凯 李 琳 高 立

物理学是一门关于物质最普遍的运动法则和物质的基本构造的科学，因此可以将物理作为建筑的一部分来研究，只有地基打牢，房屋才能稳固、可靠，所以基础知识是建造一座“大厦”所必需的。不同的试验和研究策略与构造法相似，只要运用得当，就可以事半功倍。物理思维如同整个建筑的设计思想与创造之源，因此在建设过程中，要不断地掌握思想的脉络。大部分物理专业的学生都有较好的学习基础，对不同的实验方法有一定了解，并能正确运用。然而，有一小部分学生会花费大量时间去整理、归纳所学知识，没有形成物理思维，从而造成困惑，他们难以把握要点，无法灵活地应用所学知识解决实际问题。比如，当学生步入大学后，所要学习的知识难度加大，从一维到三维，从特殊到普遍，再到微积分的转换，这就要求学生要有较强的归纳和整理能力，既要熟悉数学的基本方法和基本规律，又能将抽象的物理知识转换成具体的图形，这样才能培养物理思考能力。

力学是物理学中最重要的理论基础之一，也是物理学研究的起点和基石。力学的思维方式在物理学习过程中会产生很大的影响，因此，对大学生而言，学好力学是十分必要的。高校力学课程的研究不仅能促进学生思维方式的革新，同时也是大学生在物理学习中的一个重要转折点。

1 国内研究现状

针对物理思想或物理思维贯穿于大学力学的整个过程，陕西能源职业技术学院教师贾君茹在《如何实现学生从中学物理学习到大学物理学习的转变》中提出，建立一种从宏观到微观、从近似到精确贯彻于物理始终的辩证唯物主义物理观。渝西学院教师赵红在《力学教学中物理思维的培养》中指出，物理思维的培养目标，不仅要把知识传授给学生，还要让他们在这一环节中，掌握分析、解决和发现问题的思考方式，从而使他们能更好地进行后续的学习。兰州城市学院教授岳桂杰在《思维方法在力学教学中的运用与作用》中指出，力学是一门难度较大的学科，学生能否掌握教学内容，教师在讲授中的思维方式起着至关重要的作用。牡丹江师范学院副教授张梅恒在《加强高师物理系学生科学思维方法教育》一文中指出，运用科学的思考方式来解决问题，是素质教育的精髓。中国人民解放军装甲兵工程学院教师李转等人在《大学物理和中学物理的衔接及对策》指出，目前高校物理教学的重点是“知识”，而非“方法”。他们提出，在每个章节和每个阶段，教师都要归纳出一些特别的物理思考方式，虽然它们有其特殊性，但在中学物理的思考方式中，某些思考方式依然是最基本的。

2 高校力学教学中存在的问题

2.1 教学方式落后

当前，力学专业的教学以课堂讲解为主，大多数都是“满堂灌”，教师也是“黑板+粉笔”的板书教学，这就造成课堂教学内容缺乏新意、一成不变。师生之间的互动较少，学生的主体性被忽视，导致课堂气氛变得索然无味。同时，由于力学内容较难掌握，教师一般都会安排很多作业，造成学生的学习任务量加大，难以提高学习效率。这会导致学生不能充分发挥物理学习的积极性，容易产生厌倦心理，学习质量下降。

2.2 教学学时的减少与教学内容的增多相矛盾

近几年，随着高校课程改革，力学课程的课时从100多学时下降到80学时，个别专业的学时更是缩减到40多学时。而力学内容较多，理论力学分为静力学、运动学和动力学，材料力学有四大基本变形、强度理论、组合变形和压杆稳定。因此，在系统学习新知识时，学生也需要时刻牢记所学知识。但有部分学生会因各种原因错过一节或两节课，导致他们的知识学习不能有效衔接，使得他们难以掌握相关知识。

2.3 个别学生基础差，有抵触心理

部分学生的物理基础知识薄弱，并且认为力学难度较大，给他们产生了很大的压力，甚至会对力学学习产生排斥情绪。

2.4 考核方法单一

当前的课程测试仅限于教材中的基础理论知识，而且采用单一的闭卷考试模式，许多题目与教科书中的范例有异曲同工之处，导致学生在解决这些问题时，只采用了简单的公式，很少有学生能把题目和工程问题联系起来，这样的考试方法背离了大学教育对学生的培养目标，也难以适应社会对大学生的需求。

3 改善物理力学思维的方式

3.1 激发力学学习兴趣

“兴趣是最好的老师”，作为教师，更应该深刻体会其中的内涵和意义。为了让学生能较好地掌握力学这一课程，并符合教学单位的教学要求，教师可以材料力学为例，说明材料力学在不同的教学情境中的应用情况。

3.2 课堂讲授技巧的选择

现阶段，高等院校力学的教学方式主要采用“黑板+粉笔”的板书教学模式及大教室授课模式，更有部分学校将多个班级安排在一起上课，学生人数较多，容易导致学生学习效率下降。教师可以从以下几个方面进行改进：首先，教师在教学中应紧紧围绕材料力学课程需要解决的问题，即强度、刚度、稳定性；其次，教师可采用理论与实践相结合的研究方法，让学生投身于实践，将课上所学转化为实践；再次，针对材料力学研究对象——构件（构件变形的种类有拉、压、弯曲和扭转）进行授课教学；最后，从外力、内力、应力变形到强度、刚度、稳定性校核等层面进行讲解，进而达到深入浅出的授课目标。

3.3 有效教学方式协同使用

在《材料力学》课程标准中，提出要采用多种教学媒介，以提高材料力学的教学质量，教学媒介包括课堂上的粉笔、教师的肢体语言、教师课堂上的模型道具、计算机等。运用多媒体进行教学，可以使学生对构件的强度、变形等问题有基本的认识，既能拓宽学生的眼界，又能提高学生的学习兴趣。灵活的教学方式不仅能改变以往单调的课堂教学方式，还能增加许多实用的模型以及分析问题的过程，有助于提高教学的有效性。

3.4 课外拓展及知识强化

通过试验可以使学生对材料强度、刚度、稳定性等重要概念有更深刻的认识。这既要求学生具备基本的实验基础知识，又要求他们具备一定的实践能力，从而为之后的机械设计、岩土工程等课程的学习奠定坚实的基础。目前，高校已将材料力学实验列为工程专业的必修课程，在材料力学教科书中，每个基础的变形都包含了一两个试验。在材料力学的实验中，还包括了电测法、应力状态和组合变形等。教师采用理论与实验相结合的教学方式，可以使学生对材料力学这一工程专业的高实用特性有更全面的认识。在教室里完成简单的实验，不仅能使学生了解一些基本的理论知识，还能加强其思维发散，使学生能运用科学的方法解决实际问题。通过本课程的教学，学生能了解到本学科的重要性及必要性，通过材料力学实验或现场破坏试验—构建受力模型—从试验现象进行大胆假设—建立物理数学模型—最终求解答案这一科学的分析过程，可以为学生今后的学习打下坚实的基础。

3.5 针对性试题及考研真题的补充

通过教师的全面教学和学生的全面学习，学生已经对假设、理论推导、模型简化、材料破坏的过程有了清晰的认识和了解，并能将材料的各个部分推导出来，学生不再是死记硬背，而是熟练地将公式运用于实际。为了达到良好的教学效果，教师可在课堂上针对各个知识点，找出有代表性的试题，让学生在课堂上进行巩固，并大量积累题目，形成一本习题集。由于在研究生招生考试中所涉及的材料力学问题是比较难的，不同学校对材料力学的考查重难点也各不相同，因此教材中的每个知识点，教师都可设置两个相应的题目，以便学生能更好地掌握材料力学。

综上所述，本文针对力学物理思维方法的培养策略进行研究，提出了高校力学教学中存在的思维问题以及改善物理力学思维的方式（如图1），以培养学生的物理思考能力，促进学生思维方式的革新。

图1