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         《高师物理专业力学课程改革的尝试》
                            —普通物理力学和理论力学打通教学的实践与思考
                    王其申  程绪和  徐英勋  吴磊  章礼华  夏建华  江燕燕
摘要：本文讨论了高师物理专业力学课程实施教学改革，打通普通物理力学和理论力学教学的必要性和可行性，介绍了我们实施改革教学的实践和思考。
关键词：力学，理论力学，打通教学
    长期以来，从事普通物理力学和理论力学教学的同事都处在两难之中。由于高考带来的高中物理教学的题海战术，原本属于基础力学的许多内容日益被高中所侵占。不得已，基础力学也就越来越多的引入原本属于理论力学的教学内容，以至教材越编越厚，相互重叠越来越多。但是，限于各种原因，基础力学终究未能代替理论力学。而与这种教学内容上的重叠相对立，随着近年来高等教育改革发展的深入，所有高校物理专业的教学课时都在大幅度的下调，作为专业基础课的基础力学和理论力学当然也不例外。如何解决这一矛盾？几年前我们就有这种冲动，打通基础力学和理论力学的教学^[1]！2001年，我们抱着这一理想申报了安徽省重点课程建设项目，得到了评审专家的支持，从2002年起，我们力学课程组投入了省级重点课程建设，同时开始了实施打通教学的尝试。本文的目的，旨在介绍我们打通基础力学和理论力学的教学实践和思考，抛砖引玉，以期把这一教学改革引向深入。
1  打通基础力学和理论力学教学的必要性
　　对于基础力学和理论力学的异同，文^[2]作了精辟的分析。事实上，除了分析力学部分外，二者在理论体系和基本原理上没有差异，所不同的只是讨论问题的风格和理论探讨的深度不同，所用的数学深度不同。基础力学和其他普通物理课程一样，着眼于从物理现象出发，采用分析归纳的方法，导出物质运动的经验规律。重在培养学生的从感性到理性的认识过程。因此，基础力学的教学风格强调物理图像的建立，强调对物理过程和物理本质的探讨和分析，强调学生对基本的物理概念的理解和讨论。理论力学则不同，它侧重于从已知的经验规律出发，采用逻辑演绎的方法，推理出力学世界应有的各种性质，重在培养学生的理性逻辑思维能力。从认识论和方法论的角度，原来将同一研究对象区分为基础力学和理论力学也是有着一定道理的。那么，实施改革的理由何在呢？
　　我们认为，打通教学的基本理由或曰改革的动因至少有这样三点：其一，基础力学和理论力学的研究对象完全相同，而除分析力学部分外，理论体系和基本原理上也没有差异。原来的区别仅在于教学风格的侧重点和理论深度。显然，这不是必须区分为两门课程教学的不可跨越的理由。在教学时间允许的情况下，这样做，从认识论的角度，固然有其合理性。但在上个世纪物理学飞跃发展，物理学知识大爆炸的形势下，学生需要学习的物理学的新知识越来越多，需要掌握的知识范畴越来越广，知识结构必须现代化。在这样的情况下，依然固守分课教学显然并不符合本科教育的基本要求。其二，大幅度压缩课时的需要。诚如上文已经指出的，上个世纪80年代初的力学课程（包括基础力学和理论力学）教学大纲规定这两门课程的教学总时数在200课时左右，随着近年来教育理念的更新和教学改革的深入，所有高等院校教学计划一再修订，力学课程的教学时数普遍压缩到140课时左右，而力学课程教学大纲普遍增加了相对论的教学内容。要用这么少的时间继续实施原来的分课教学，困难越来越大。其三，来自基础教育课程改革的压力。事实上，正在实施的基础教育物理课程新课标强调的正是培养学生从感性到理性的认识过程，这给高校基础力学的教学增加了压力。基于以上理由，我们认为打通基础力学和理论力学的教学势在必行。
2  打通基础力学和理论力学教学的可行性
　　打通基础力学和理论力学的教学也是可行的。
　　首先，正因为它们的研究对象完全相同，理论框架完全一致，这恰恰是实施打通教学最重要的理由。至于它们原来的区别，则是实施打通教学所需解决的问题。而实施打通教学的最大优点，恰恰在于统一后的课程更加具有理论方面的系统性和完整性。
　　其次，关于教学风格。我们认为，除了教材以外，教学风格是靠教师在实际教学中去体现的。只要教师充分认识到原先两门课程的差异，在打通后的教学中有意识的展示不同的教学风格，那么，原先两门课程所要达到的教学目标完全可以在统一后的课程中得以实现。
　　第三，关于理论深度。鉴于理论深度有赖于数学基础，仔细分析可以看到，力学课程中所涉及的数学基础知识包括微分、积分、矢量代数和微分、场论初步和二阶常微分方程等。微分和矢量代数的内容现在已经下放到高中教学，并且已经进入高考的范畴，所以不再是问题。至于积分和矢量的微分，这在原先的普通物理力学部分的教学中同样存在，打通教学所增加的对数学基础的要求只有场论初步和二阶常微分方程这两个部分。其解决办法也有两种方案：其一，和以往一样，在教材中将所需要的数学基础作为附录列入，在课程教学开始阶段先行补课或在用到相关知识时适当补课。鉴于所需要的场论初步和二阶常微分方程这两部分知识都只是最基本的，在学生已经学过微分知识的前提下，学生还是可以接受的。其二，就是将力学课程的教学推迟到第二学期开始，第一学期把更多的教学时间让给数学课程。这样，缺乏数学基础的问题基本上可以解决。　
3  实施打通教学的实践与思考
　　在解决了以上认识问题以后，实施打通普物力学和理论力学教学的下一个难题，就是教材问题。到2003年，国内这种类型的教材还比较缺乏，我们所见到的已经出版的教材，不仅数量有限，而且基本上是重点大学乃至名牌大学的教材^[3]，在象我们这样的地方院校，这类教材使用起来有其难度。针对这一现状，我们课程组从2002年开始，着手自编教材。我们首先认真研讨了原有教材，在汲取精华的基础上制定了新课程的教学大纲，然后分工完成了打通后的力学讲义的初稿，在请校内外同行专家审读后，于2004年上半年开始试教学。经过一轮的试教学，在听取各方尤其是学生意见的基础上，对试用的力学讲义作了反复修改，以此为基础形成书稿后交给出版社，近期即将出版。
　　自编教材汇集了基础力学和理论力学的全部内容，是一本真正打通的力学教材。全书11章，分上下两册出版。上册包括质点运动学、动量和牛顿定律、功和能、角动量、有心力、刚体力学，下册包括连续介质力学、振动、波动、相对论基础和分析力学。详见下文的附录。在教材的选材问题上，我们注意了这样几个问题：　
——教学内容的现代化。除了把狭义相对论切实列入教学范畴外，在一些传统内容的教学过程中也注意了引入现代化的因素；
——加强了教材的师范性。因为我们是一所地方师范院校，学生毕业后主要从事中学物理教学，所以重点加强了与此有关的内容。例如，关于受力分析、关于静力学的有关知识，都是中学教学的重点和难点；
——文字叙述力求简洁和准确。本书的编者都是在高校从事专业基础课教学多年的教师，我们认为，教材应该有给主讲教师发挥自己特色的余地，不是嚼得越烂越好。
　　在编写教材的基础上，我们开展的试验教学已经进行了两轮。我们是从大一下学期开始实施教学的，上册一个学期完成，下册则分两段在二年级完成。我们做过调查，学生对这项教学改革是支持的，教学效果也属正常。从专家评语、考试和学生反馈的意见来看，我们在基本概念的教学上还应加强。
4  结束语
　　综上所述，高师物理专业力学课程打通教学不仅是必要的，也是可行的。实施改革教学中所遇到的问题，尤其是教材问题，我们相信将会在改革的进程中得到解决。以上就是我们对高师物理专业力学课程教学改革的实践与思考。

参考文献
[1] 程绪和，高师物理专业力学课程设置及教材改革的设想，安庆师范学院学报，3(2000)
[2] 李复、安宇，普通物理力学与理论力学的整合，大学物理[J]，12(2004)
[3] 强元棨，经典力学[M]，科学出版社，2003