工科与理科专业理论力学课程设置比较

1.问题的提出

理论力学课程是理工科学生进入大学后都将学习的必修课程。在教学实践中，我们发现不少学生简单认为理论力学仅是物理学的一部分，其课程内容就是高中物理课程的加深和拓展；还有一些学生认为理科和工科学生所学的理论力学课程内容相同，因此在学习理论力学过程中思维方法容易停留在高中阶段，而导致学习理论性较强的部分知识时理解力较差，学习困难较大。本文针对现阶段对理论力学存在的一些认识误区进行分析，对工科和理科专业的理论力学课程性质、教学要求、内容设置等方面进行比较。

2.理科和工科专业理论力学课程性质及课程特点的比较

工科专业的学生所学习的理论力学是三大力学课程（理论力学、材料力学、结构力学）中的一门基础课程，它是A类（航空、航天、机械、土建类）工科学生必修的技术基础课程，是一门具有完整体系并持续发展着的独立的学科。它不仅是材料力学、结构力学的理论基础，也是许多工科专业课程，如机械原理、飞行力学等课程的基础，而且在机械、土木建筑、航空航天等许多工程技术领域中有着广泛的应用。

理科专业的学生所学习的理论力学属于物理学的分支，它是应用物理类专业学生的专业基础必修课程，是在普通物理力学课程的基础上运用高等数学工具，全面系统阐述宏观机械运动的基本概念和规律的一门课程。它比普通物理学中力学课程理论性更强，内容更抽象，要求学生具有较强的抽象思维和逻辑推理能力。

理科和工科专业理论力学课程都具有课程体系严密，逻辑性强的特点，都强调概念的确切性和数学证明的严格性。课程中许多问题的研究和分析都需要高等数学等先修课程的知识，都力图用数学的基本概念和严格的逻辑推理研究力学中带共性的问题。

3.课程目的和任务

工科中理论力学是一门理论性很强的技术基础课，它是各门力学的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。因此本课程的任务是使学生掌握质点、质点系和刚体机械运动（包括平衡）的基本规律和研究方法，使学生初步学会应用理论力学的理论和方法分析解决一些简单的工程实际问题。该课程着重培养学生应用基本理论，通过简化建立实际工程问题力学模型并进行分析与计算的能力。

理科中的理论力学课程主要研究宏观物体在低速机械运动过程中的物理规律。其主要目的是介绍、推演和总结物理学的基本规律。课程内容中的许多理论性强原理的推导和论证依赖于高等数学方法的应用，因此课程注重培养学生的抽象思维和逻辑推理能力以及运用数学工具解决物理问题的能力。

4.理科和工科专业理论力学课程内容设置的比较

工科专业所学习的理论力学课程分为基础部分和专题部分。一般不同的学校和专业根据需要设置的理论力学课程的内容不同。对于一般中等学时的工科专业，主要学习理论力学的基础部分，其教学内容分为三部分：静力学、运动学和动力学。课时安排一般为64～72课时。以哈工大第七版《理论力学》教材为依据，静力学部分主要包括物体的受力分析、力系的等效替换（或简化）、各种力系的平衡条件及其应用；运动学部分主要包括点的运动学、刚体的简单运动、点的合成运动、刚体的平面运动；动力学部分主要包括质点动力学基本方程、动量定理、动量矩定理、动能定理、达朗贝尔原理、虚位移原理等。专题部分主要内容包括分析力学基础、非惯性系中的质点动力学、碰撞、机械振动、刚体定点运动、自由刚体运动、刚体运动的合成等。

理科专业所学习的理论力学课程一般分为五章内容，第一章为质点力学，即牛顿力学的基本原理，主要内容包括不同的坐标系下对质点运动的描述方法、质点运动定律、质点动力学的基本定理及其对应的守恒定律、有心力场下质点的运动轨迹等。第二章为质点组动力学，该章讨论的内容与第一章类似。第三章为刚体力学，重点为刚体的动力学方程、定轴转动、平面平行运动以及定点运动。第四章为转动参考系，重点讨论非惯性参考系下动力学问题。第五章为分析力学，主要内容包括约束与广义坐标、虚功原理、拉格朗日方程的推导和应用；微小振动问题等。课时安排一般为54课时左右。

从课程内容设置来看，理科和工科专业的理论力学课程存在明显差异，这是由于课程内容的设置是以教学对象、教学目标为依据，同时由于专业不同、课程性质不同，因此学生学习内容存在较大差异。

另一方面，两门理论力学课程内容也存在部分相同的内容，只是教学内容、教学要求以及教学重点不同，尤其是工科专业理论力学基础部分中的运动学和动力学部分与理科专业理论力学中的质点、质点组以及刚体力学部分。以刚体的运动为例，工科在运动学中要求熟悉刚体平动和定轴转动的特征，能熟练求解刚体内各点的速度和加速度有关的问题。在动力学中要求熟悉刚体平动、刚体绕定轴转动的规律描述。理科中对刚体运动的讨论是理论力学的重要部分，一般教材中有六节教学内容，每一节内容都涉及较难的高数知识，如讨论转动惯量时引入了惯量矩阵等。从这方面来看，相对于工科专业的理论力学要求来说，理科专业的理论力学内容虽然较少，但知识难度较大，对学生的思维能力及数学运用能力更高。

【参考文献】

[1]哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学（1）第七版[M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[2]周衍柏主编.理论力学教材第三版[M]. 北京：高等教育出版社，2009（7）.

[3]理工科非力学专业力学基础课程教学基本要求（试行）. 北京：高等教育出版社，2008.

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