理论力学教学内容与教学方法的改革

引言 理论力学是一门应用广泛的基础课程,但是目前在理论力学的课程内容设置和教学中存在很多弊端,教学内容与力学重复较多,并且缺乏时代气息,缺乏与当前的科技成果紧密的联系。另外理论力学的理论性较强、概念抽象、逻辑思维要求高,传统的教学模式大都是讲授式教学
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  引言

  理论力学是一门应用广泛的基础课程,但是目前在理论力学的课程内容设置和教学中存在很多弊端,教学内容与力学重复较多,并且缺乏时代气息,缺乏与当前的科技成果紧密的联系。另外理论力学的理论性较强、概念抽象、逻辑思维要求高,传统的教学模式大都是讲授式教学,但这不能很好的培养学生的抽象思维能力和创新能力。其次考核方式的单一化,也不能对学生的整体水平做一个良好的评价。因此,理论力学的教学改革很有必要。我们从理论力学的教学内容,教学方法和手段,考核形式等方面做了相应的改革探索。

  一、教学内容的改革

  理论力学中很大一部分的基本概念和教学内容与力学有重复,在课时较少的情况下,牛顿力学部分建议适当删减,如质点力学,质点组力学等等。增加分析力学部分的内容,突出作为理论物理基础的变分原理[1].

  同时随着科学技术的迅猛发展,知识更新的速度不断加快。新知识大量涌现,如果单纯拿十几年前编写的教材来教学,已经跟不上科学的发展。当代理论力学的新进展主要体现在非线性力学的发展。非线性物理是一门以非线性系统的普遍规律和客观世界的复杂性本身为研究对象的学科,它已成为物理学研究的前沿学科,科技工作者的必备基础知识。时至今日,非线性物理已发展成为一门独特的新学科,其基本概念和理论也成为了物理理论的重要组成部分,由此课堂教学应适当介绍一些重要的非线性理论,如混沌,分岔等等[2].

  此外,应适当加入理论力学研究的最新进展,让同学们认识到这一传统的学科是有其生命力的。如在讲解第六章分析力学中的哈密顿量时,可考虑以加入耦合哈密顿系统动力学的科研新进展,如测度同步问题的研究等等。这样学生在学习的过程中可以提高学习兴趣。并且会认为科学研究其实离自己并不遥远。

  二、教学手段与教学方法的改革

  教学手段与教学方法偏落后。理论力学作为基础力学的更深层次的物理理论,大多数学生在学习时感到枯燥难学。单纯的理论推导很难提高学生的学习积极性。当今科学技术的发展已经进入了计算机时代,我们可以借助 Matlab,Maple,Mthematica 等数学软件作为学习工具[3],辅助课堂教学和实验,让学生通过自主探讨式学习。利用数值软件的丰富性、直观性、和灵活性,不仅使课堂教学灵活生动,更增加了课堂的信息量,调动了学生的积极性。使课堂教学由静态变为动态,许多传统教学方法讲授起来枯燥的内容,可以通过多媒体技术直观地表现出来,更好的掌握理论力学中比较抽象的内容。

  例如 Logistic 映射的分岔[4],方程: xn + 1= λxn( 1 - xn) ,其中xn∈ [0,1],λ∈ [0,4].

  利用 Matlab 软件,得出的分岔图如图 1:从图 1 中我们可以很直观的看出系统经历了周期倍分岔过程,直到出现混沌[5].通过 Matlab 在教学中的实例分析,我们看到将Matlab 引入教学,不仅增加了理论力学教学的多样性,而且可以激发学生的学习兴趣。

  三、考核方式的改革

  目前,大多数高校对理论力学的考核形式比较单一,基本上都是采用闭卷考核形式,考核内容也离不开书本,离不开已有的习题,可能考试时临时突击,就可以取得很好的成绩,但这并不是我们最终的教学目标。单一的理论考试形式不利于学生的创造性培养。改革的目的就是提高学生运用知识、实际工作、创新能力的培养。使得教学重点能真正落实到学生能力的培养和自身素质的提高,而不是死记硬背书上的公式,概念。我们可以通过提交小论文、研究综述、编写相关 matlab 程序等方式进行同步考核。

  参考文献

  [1] 何平,廖安生等。 理论物理课程教改初探 [J]. 广西师范大学学报 ( 物理专辑) ,2000,2: 79 -82.
  [2] 单晓云,戴占海。 在大学物理教学中引入非线性物理的探索与实践 [J]. 大学物理,2001,20 ( 20) : 33 -36.
  [3] 李丰果,林木欣。 用计算机演示混沌运动 [J]. 大学物理,1999,18 ( 2) .

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