力學為什麼不好學?

2021-01-15 聲振之家

來源:力學酒吧微信公眾號(ID:Mechanics-Bar),作者:張偉偉 太原科技大學。

很多同學在學習力學中表現出很大的畏難情緒,力學為什麼不那麼好學?這需要從力學的內容所要求在思維培養方面的特點說起。一般來講,力學有兩個基礎:一是工程,二是數學。力學是建立在工程與數學基礎上的,同時力學的責任要肩負起工程與數學之間的溝通橋梁。因此,力學有兩個任務,把純粹的數學變成工程,或者把工程變成純粹的數學,做好工程與數學之間相互翻譯、相互解讀工作。為此,學習力學首先要求對工程有一定的了解;其次,要有紮實的數學推理能力,最後能在工程與數學之間自由穿行、相互解讀。

力學是連接數學與工程的溝通橋梁


在思維方式培養上,工程學科,如土建、水利、橋隧、航空航天、鐵路、材料等,要求學生具有直觀的想像能力,屬於具象思維;而數理推導,則培養學生抽象思維方式,並養成嚴密的邏輯推導能力。這是兩種明顯不同的思維方式,具象思維把抽象的東西變成工程實際,而抽象思維要把工程實際變成抽象的方程;有時具象思維並不需要嚴密的邏輯推理,例如工程師未必需要了解規範中那些參數是怎麼來的,而只是記住規範、應用規範;抽象思維有時並不關心是否滿足實際情況,例如純粹的數學可以不關心方程或函數有沒有實際意義,只管把它當成遊戲,多一項少一項演繹不同的解;而力學要調節這兩種思維方式,要讓工程和數學成為同一事物、反應同一真實世界。這就體現了力學學習在思維培養上的難點。


第一、理解實實在在的東西容易,而建立抽象思維、嚴密的邏輯能力較難。

這很顯然,例如要理解一個工程現象,拉到現場一看,工程是什麼樣學生就學什麼樣,這種直觀的學習比較容易接受。但是如果要把工程抽象成數學,這就很難了,再進行邏輯演繹就更難了!


工程學培養直觀的想像能力;而數學推導則恰好是要求養成抽象能力。我們見到直觀想像能力很強的學生,也見過數學推理很強的學生,但同時具有較強的動手能力和數理推理能力的學生並不多見,這主要在於這兩者培養的思維方式不同,養成一種思維習慣的同時,有可能丟掉另外一些思維習慣。


第三、除了具備具象思維和抽象思維之後,還需要具備工程和數學互相翻譯的能力。

力學學習者則不僅需要能把兩種思維進行調和,還需要能夠利用力學原理能對其互相表述,互相翻譯。力學學習者,要求能見著工程能抽象出它的數學模型,而見到數學也能對應出它在工程中的實際。


這對於我們的啟示是,既然力學在思維方式培養上屬於混合思維,在教學和學習中就有必要針對於知識點進行劃分,將每一知識點劃分為工程、數學、力學三個內容。工程的歸工程,數學的歸數學,對於教師要求能夠掌握工程和數學的教學方法,以便與前期的課程相銜接,力學的講解重點在於能利用力學原理將工程和數學進行相互翻譯、解讀。實際上,在教學中,如果把一個知識點的工程背景和所需的數學工具,都講解清楚了,力學部分的講解就非常輕鬆。對於力學專業的學生而言,要有寬廣的視野,力學不僅僅是專業內的課程,同時還需要有深厚的工程和數學涵養,在有學習工程和數學的相關機會時,不能帶有偏見,如果自己能有很好的工程意識,並有堅實的數學功底,力學的學習就會事半功倍!


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