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1 理论力学体系中的分析、综合法

第26卷 第3期 高 师 理 科 学 刊 Vol. 26 No.3

2006年 8 月 Journal of Science of Teachers′College and University Aug. 2006 1文章编号:1007-9831(2006)03-0108-03

学习理论力学的几种方法

陈立红

(齐齐哈尔大学 理学院,黑龙江 齐齐哈尔 161006)

摘要:理论力学是物理教育专业的一门理论物理课程.学习过程中,学生们经常会有许多困难.阐

述了学习理论力学的2种方法,以期对理论力学学习者有所帮助.

关键词:分析综合法;比较法;理论力学

中图分类号:O31 文献标识码:A

理论力学是大学物理专业的第一门理论物理课,其特点是理论体系和思维方法严密、系统性强,题目类型各异,解题方法比较灵活,比普通力学抽象、复杂,有很多同学学起来都感到枯燥乏味,并由此产生厌学、惧学情绪.在学习的过程中,首先要掌握理论力学的基本概念.基本概念是理论力学研究的出发点,所有完整的理论结构都是建立在基本概念基础之上的.因此,搞清基本概念是学好理论力学的首要条件.对基本概念要重在理解和掌握,切不可只记住一些结论,背定义记公式,知其然而不知其所以然.对每一个概念和定律要反复思考,搞清楚它的来龙去脉:问题是怎么提出的,为什么要引入这样一个概念,是怎么引入的,根据什么事实或推理,是怎么总结和概括出来的,又是如何表述的,它的物理含义是什么,它的适用范围和条件又是什么等等.掌握了这些基本概念后,再运用恰当的方法,这样才能有较大的收获. 1 理论力学体系中的分析、综合法

1.1 理论力学逻辑结构分析

1 理论力学体系中的分析、综合法

理论力学研究的是物体机械运动一般规律的科学.在理

论体系上分为静力学、运动学、动力学三大章节.静力学是

研究物体在受力后处于平衡状态时力所遵循的规律;运动学

则只讨论物体的运动状态而不考虑力;动力学是在静力学和

运动学的基础上,综合研究物体受力与机械运动改变之间的

关系.因此,在理论层次结构上,静力学和运动学是动力学

的特殊情形.而无论是静力学、运动学或动力学,其逻辑思

维过程也都存在着相通的地方.

图1是理论力学的结构框图,图中概括指出课程理论体

系的逻辑结构和研究程序. 1.2 分析综合法

1 理论力学体系中的分析、综合法

分析综合法是抽象思维的基本方法,它们在理论力学中应用极为广泛.采用分析方法先分别研究物体在受力处于平衡而不运动(或处于匀速直线运动)状态时的规律,物体处于运动状态时的规律而不考虑力的影响,然后再综合考虑物体的运动与作用在物体上的力之间的关系.即先分别研究几种特殊情况的规律,再在此基础上综合得出一般情况的规律.

在运动学中,因要研究的对象即有单一点也有不能简化为一个点的刚体,其运动形式也多种多样,不

收稿日期:2006-04-05

作者简介:陈立红(1985-),女,黑龙江绥化人,物理系2003级学生.

第3期 陈立红:学习理论力学的几种方法 109

易直接探求其规律,这时先分析一个点的运动,找出其规律.再在此基础上研究由无数个点组成的刚体运动,而对于刚体的运动也是先分析研究平动、转动的规律,再把二者综合,便得到刚体平面运动的规律.通过观察发现,相对于某一参考体的运动可由相对于其它参考体的几个简单运动组合而成.故在研究合成运动时,先用分析方法把点的复杂运动分解为几个简单的运动(相对运动、牵连运动),分别研究这些简单运动的规律,然后把它们叠加起来,便可得到复杂的合成运动(绝对运动)的规律.

因为实际物体所受到的机械作用较多及物体所表现出的运动特征量也较多,且关系也比较复杂,不易直接寻找其规律,故在动力学中,分别分析质点系的运动特征量(动量、角动量、动能)与力系对质点系的机械作用量(力的冲量、力矩、功)之间的联系,也分别分析了动量定理、角动量定理、动能定理这3个动力学普遍定理.找出有关的机械作用量与相应的运动特征之间的规律.解决复杂问题时,可综合考虑这些规律,选择相应规律并根据它们之间的联系求解.

2 理论力学中的比较学习法

2.1 概念内涵与外延的比较

采用比较法,比较概念的内涵与外延,找出它们的异同和联系,探讨概念发展趋向,真正理解掌握力学概念.如运动学部分,刚体的平面运动、刚体的平动、刚体的定轴转动,它们都是运动的概念.由它们运动特点可知,平面运动包含着平动和转动这2种基本运动,即是这2种基本运动的合成.这样,通过本质上理解和掌握概念及发展趋势的比较进而提高了学习效率.

2.2 规律内容和形式的比较

学习力学规律时,如果对规律的研究方法、内容Array表述、适用范围、相关知识的联系和应用技巧等进行

及时地比较,就会为学习降低难度.纵观运动学、动

力学内容,能够发现这2部分虽然内容和使用范围不

同,但研究的数学规律是相同的——分别从质点的研

究到平动刚体、定轴转动刚体研究,再到平面运动刚

体研究.表述形式也很相似,如动力学内容,见表1.

通过比较可以看出公式中对应位置的物理量m

与z I,r与φ,v与ω有相似的物理意义,这样不仅提高了认知能力,也强化了记忆,发展了思维,达到提高综合思维能力和学习效率的目的.

2.3 解题方法与步骤的比较

解题是理论力学的基本训练,可以培养学生综合分析问题和解决问题的能力.应用比较法观察图1发现,无论是静力学、运动学或动力学,其解题步骤都是相似的.选取研究对象,受力分析、运动分析,选择定理,求解.在理论力学的学习中可用比较法来学习的内容很多,如运动学中求平面图形上任一点速度可用基点法、速度投影法.每种解法均有各自的特点,相互间也有联系.只要经常分析比较,可找到最为简便的方法.对于刚体定轴转动的研究方法和思路与质点运动的研究方法和思路可采用相似性的方法.同样,利用叠加性的方法可以使一些复杂问题得到一定简化,如刚体的一般运动可看成平动和转动的叠加等.综上所述,虽然理论力学是理论性较强的课程,它的概念多、定理多、公式多,但只要在学习的过程中,运用其正确的学习方法,掌握其特点和其间的相互联系,便可以达到融会贯通的目的.

参考文献:

[1] 张俊臣.谈谈怎样学好理论力学[J].中国轻工教育,2004(4):77.

[2] 田支援.理论力学的学习方法[J].机械职业教育,1995(1):42.

[3] 张铃.大学生学习方法概论[M].北京:中国计量出版社,2001.

[4] 徐敏.浅谈理论力学习兴趣的培养[J].杭州应用工程技术学院学报,1999,11(4):40-42.

[5] 王豪.理工科大学生学习指南[M].北京:化学工业出版社,1994.

[6] 李静.理论力学教学方法的探讨[J].河北农业大学学报(农业教育版),2003,5(4):32-34.

110 高 师 理 科 学 刊 第26卷

Several methods of studying theoretical mechanics

CHEN Li-hong

(School of Science,Qiqihar University,Qiqihar 161006,China)

Abstract:Theoretical mechanics is a physical education specialized theoretical physics curriculum.In the study process,we may frequently meet some difficulties,elaborates two methods of studing theoretical mechanics,in order to help the leaner of theoretical mechanics.

Key words:analytical and synthetic method;comparison method;theoretical mechanics

测试技术课程教学改革与实践

陈光军,潘宇瑶

面向新世纪的高等教育应是加强基础、更新拓宽内容、强化实践性教学、提高综合素质的教育.根据多年的教学经验,我们对机械类测试技术课程的教学进行了改革,培养学生的实践能力,以满足现代教育发展的需要.

1 传统教学模式存在的问题

原有课程体系的教学内容、教学方法已经不能适应现代教育的发展需求,急需解决以下5个问题:① 课程内容跟不上新技术发展的步伐;② 课程所讲授的内容相对来说比较分散、杂乱;③ 总学时越来越少,而新内容越来越多;④ 传统的教学模式过于单一;⑤ 在教学过程中给学生的个性发展空间不够.

为了培养学生的创新意识和创新能力,在教学中必须另辟蹊径,更新教学观念,在理论和实践教学上大力改革. 2 理论教学内容和方法的改革

2.1 增加新技术、新知识、新内容,拓宽学生的视野 在教学内容上有意识地设置了反映学科最新科学发展动态的新型传感器技术,功能更为完善的变换电路与测试仪器,新测试方法与信号处理分析手段的内容,适当地增加新技术综述教学环节,使学生在学习的过程中,始终能够把握测试技术的

1 理论力学体系中的分析、综合法

最新动态,了解测试技术的发展趋向,为培养技术创新型人才打好基础. 2.2 采用“主线贯穿”教学法,帮助学生建立完整课程体系的概念 测试技术具有典型交叉学科的特

点.课程所讲授的内容相对来说也比较分散、杂

乱.为了让学生理清头绪,在教学中,我们以信号流程(如图1)为主线,把信号及信号分析处理的部

分,测试方法的实现,测试系统的应用贯穿到这个主线中来,讲授内容分合相济,变分散为集中,变

模糊为清晰,以利于学生建立完整体系的概念,保证教学内容的基础性和系统性.

2.3 突出重点,兼顾基础理论和专业测试技术应用 本着厚基础重应用的教学改革原则,在不忽视基础理论经典内容的基础上,着重讲授生产实践中比较重要的测试项目,尽可能避开那些学生难以理解且工作中接触较少的理论内容.对所涉及学生已经学过的相关知识,我们采取拿来主义的态度,尽量避免重复说教,以强化主题.

2.4 应用现代化的教学手段和方法 在教学中根据课程自身的特点,运用录像、投影多媒体现代化教学手段进行辅助教学.将教师实际接触过的科研项目编入多媒体课件中,现身说法,使从未接触过工程实际的学生能够建立工业测量与应用的整体概念.并且收集了大量工程案例作为素材,结合生动的图片、动画,用具有工程应用背景的案例来激发学生的学习兴趣、讲解有关理论,丰富了课程内容和表现形式.此外,我们在MATLAB 软件平台上,开发了一些虚拟的动态信号处理仪器,实现信号的叠加、采集、滤波等功能.

3 实验教学中开设设计性实验

为了激发学生的学习兴趣,发挥学生的学习潜能和提高学生的创新能力,真正提高测试技术实验教学质量,我们开出了设计性实验.即突出以学生为中心的教育思想,以自主学习为主线,逐步减少指导教师对实验操作规则的讲解,让学生在解决实际问题的实践中得到锻炼、提高能力.教师在设计性实验教学中,主要起着“导航者”的作用,要把握方向,教师只是指点迷径,留下空白,让学生有更多尝试的欲望,同时不断开阔学生的眼界,启迪学生的创新意识.

经过实践后,学生们感到设计性实验课动脑动手,有利于理解学科知识,使发现问题、分析和解决问题的能力得到提高.有些学生的实验报告的分析结论有一定的深度.

(作者单位:佳木斯大学,黑龙江 佳木斯154007)

图1 测试系统信号流程主线