浅析基础力学教学中的思维方法

2022-11-15

培养学生进行各种思维训练的目的是启发学生积极主动思考，引导学生主动获取知识，培养学生分析问题和解决问题的能力。教师应该通过教学过程的不断实践、探索和改进，建立一套以学生为主体，以培养学生素质和能力、激发创新思维为目标的教学方式和教学方法，形成自己的教学特色。作者仅结合理论力学教学实践，浅析如何有针对性地对学生进行思维训练，以达到培养学生创新能力的目的。

1 重视课程体系的方法论

理论力学研究机械运动一般规律，是最早形成的一门学科，到处都体现着辩证法和方法论的思想。如刚体、理想约束的抽象化模型，研究对象的整体与局部关系，静力学既可以从特殊力系演绎一般力系，也可以从一般力系演绎特殊力系，运动学也如此。经典力学通过演绎法建立课程的理论体系，如牛顿定律经过数学变换，推导出动力学三大定理和达朗贝尔原理。这是很多力学大师艰苦努力的成果结晶，作为一门课程，不必完全抛开这些去重新“归纳”，因此我们在讲理论部分时重视逻辑演绎，以培养学生严谨的科学思维方法。演绎法是针对某一问题，应用一般原理进行推理，获得对于问题的解答与认识。因此，演绎法比较强调理论知识的个性，比较注重数学公式的推演和解题的方法与技巧，是学生多年习惯的方法。

一门学科的理论知识，有时并不是按照这门学科体系的逻辑性和系统性完成的，而是在实践中积累了丰富的感性认识，形成了各种猜想和假设，然后通过实验进行验证，证明这种猜想和假设符合实际，才成为这门学科理论。但这门学科体系的逻辑性不一定符合人们的认知规律。因此，揭示一些典型知识发生过程，提出问题的背景是什么?前人是如何解决这一问题的?让学生从不同的结论中去领悟，怎样做才能发现问题、提出问题?不难看出，这是使他们提高创造素质的极佳途径。

2 注重归纳法

培养大学生的研究型思维，必须注重归纳思维方法。运用归纳法，可以将分割过细、缺乏联系的知识，经过发散思维后转变为整体性的、触类旁通的认识，形成创造性运用知识解决实际问题的能力。对知识系统进行综合、归纳，寻求概念、原理和方法的内在联系。如动力学普遍定理与牛顿定律间存在着数学变换的逻辑关系，因而一道题目的求解有多种方法，再通过集中思维，寻求解题的最佳方案。散的珠子如果能用一根线串起来，那就成了美丽的项链。那么课程知识的主线会是什么?在理论力学中，‘平面运动分解为平动和转动’是一基本概念，由此得出速度和加速度的合成，进而归纳刚体动量、动量矩、动能等都是平动和转动两种运动的叠加。这样，通过‘平面运动’这一主线，不仅使复杂问题转化为已知的简单问题，而且把许多重要概念和方法联系在一起。

教材提供了丰富的知识素材，无论是对已有结论寻求不同的解释，还是通过归纳形成自己的结论，这都是是否能够发现问题、提出问题最值得探索的方面。只有在系统理解知识的基础上，勤于思考，深化认识，才可能提出高质量的问题。如在合成运动中，动点、动系如何选择?选择不同的动点时，在两种坐标系的相对轨迹各是什么样曲线，学生通过分析对比就会自觉地筛选最优的解题方案，自己得出结论。通过类比寻求概念、问题以及方法的共同点，探索事物的普遍规律，认识具体问题的特殊性。例如，描述直线运动与定轴转动的量、公式极为相似，动力学方程同样如此。这样的类比将使理解和记忆变得容易。

3 通过概念教学培养学生思维能力

概念的教学是教学的一个重要目标。力学概念的教学，首先要创设思维情境，认识概念引入的必要性及其内涵。如果教师能结合有关力学史谈其必要性，将是培养学生创造性思维的大好时机。比如，力是如何量度的?动量是力的度量，动能也是力的度量，为什么出现两种不同的度量?讲清楚概念的来龙去脉和历史背景，领悟前人发展知识的创造性过程，有助于启发学生的思维能力和创新意识。概念教学的任务，不仅要解决“是什么”的问题，更重要的是“是怎样想到的”问题，有了这个概念之后，在此基础上又是如何建立和发展理论的问题。

其次，就是对概念的理解和扩展的过程。理论力学的许多概念，经过了中学、大学物理不同层次的学习和认识，在此基础上进一步扩展和延伸。例如，通过讨论使学生认识到角速度是描述刚体整体运动的量，避免有些同学误以为角速度是描述一个点运动的物理量。教师不仅应激发学生的学习动机，还要进一步引导学生对概念的定义的结构进行分析，明确概念的内涵和外延。要从概念的形成过程中，既培养学生创造性的思维能力，又使他们学到科学的研究方法。总之，在教学过程中，从概念的引入、理解、深化、应用等各个阶段，引导学生从各种角度深入理解并寻求其内在联系，各个阶段都伴随着重要的创造性思维活动过程，因此都能达到培养学生思维方法的目的。

4 解决问题的思维方法

理论力学教学的目的是将力学的基本原理应用于工程技术中。结合教学内容，借助工程实例和教材典型例题的扩展对学生进行发散思维训练，启发诱导学生开拓思路，在诱导学生乐于求异、变通、独创中，培养他们的发散思维能力。力学与日常生活和工程实际密切相关，选取典型实例教学，有助于激发学生主动学习的兴趣。教师每讲完一个例题可向学生提出一些如下问题：“想一想，能说明这个问题的例子还有哪些?”。善于提出问题，然后分析这个问题的性质是什么，解决问题的方法是什么。解决问题的过程中，要引导学生逐步学会分解难点，化解难点的过程，也是逐步引导学生思维的过程。

教师有意识借助典型例题的扩展来启发诱导学生开拓思路。通过启发诱导，激发学生的灵感和想象，使学生的思路由例题中提供的一个“点”扩展到与内容有关，或由内容引发出来的思维例子上去。这种发散思维训练还包含了对学生广泛的联想力和举一反三的自学能力的培养。针对例题进行引伸性的讨论可以帮助学生掌握灵活应用基本定理解决问题的方法，同时认识到力学建模在工程应用中的重要性。追求一题多解是培养和训练发散性思维的很好形式，从不同角度、不同方法观察解决问题，其特点是思路开阔，不拘一格，便于活跃思想。可以使学生深入理解诸多定理、定律、原理的内涵，综合比较它们之间的区别与联系，以及各自的适用条件，从而把理论知识学得更扎实，学得更活，用得更活。在对多种解法进行比较，得出最简单、最方便的解法，这一过程就是集中思维。实践证明，经常开展一题多解的分析讨论有助于培养学生的创新性思维。

摘要：浅析理论力学教学过程中, 对学生进行创造性思维训练的方法。分析了课程体系中的演绎与归纳方法;从概念教学、知识应用方面讨论思维训练的做法, 以培养学生分析问题和解决问题的能力。

关键词：理论力学,教学过程,思维方法