思維能力在建筑力學(xué)教學(xué)中的培養(yǎng)

林升

摘 要：思維是對(duì)一類事物的特性和事物之間有規(guī)律性聯(lián)系的反映，借助思維，人的認(rèn)識(shí)能夠從個(gè)別透視一般。從現(xiàn)象到本質(zhì)，從偶然洞察必然，從現(xiàn)有事物推測其過去，預(yù)見其未來，思維能力有幾個(gè)重要的特征思維的概括性；思維的間接性；思維的邏輯性；思維的層次性。而建筑力學(xué)是研究建筑物的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載能力的一門學(xué)科，具有理論性強(qiáng)、抽象的特點(diǎn)，正是由于力系本身思維能力的提高，所以對(duì)建筑力學(xué)教學(xué)效果至關(guān)重要。加強(qiáng)建筑力學(xué)教學(xué)中思維能力的培養(yǎng)有助于提高思維能力。這兩個(gè)方面相輔相成，相互促進(jìn)。

關(guān)鍵詞：思維能力；建筑力學(xué)；分析綜合；比較分類；抽象概括；推理；逆向思維

思維能力的培養(yǎng)，實(shí)際地講就是提高人的：分析和綜合、比較和分類、抽象和概括、推理、逆向思維等這幾方面的能力。以下我結(jié)合多年在建筑力學(xué)教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)談?wù)剬?duì)思維能力培養(yǎng)的體會(huì)。

一、分析和綜合

化整為零，冊(cè)繁就簡，善于分析和綜合。

分析是整體分解為部分，把復(fù)雜的事物分解為簡單的要素，一個(gè)問題，以整體來看，常常是比較復(fù)雜的。

如果掌握分析結(jié)合的方法，將整體分成若干單元或環(huán)節(jié)化整為零，就容易處理了。下列列舉分析的綜合運(yùn)用形式。

（一）整體單元

在靜定結(jié)構(gòu)受力分析中，采用“靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算單元”的方法。將多跨靜定梁分解為附屬部分和基本部分。計(jì)算簡單桁架按照幾何組成相反的順序，每次截取一個(gè)結(jié)點(diǎn)，把整個(gè)桁架的計(jì)算問題依次分解為單個(gè)結(jié)點(diǎn)的計(jì)算問題。

在作靜定剛架M圖時(shí)采用“剛架桿件”的方法。先用截面法求出各桿的桿端M之后，剩下的問題就是分別作單個(gè)桿件的M圖（采用分段疊加法作M圖）。

（二）過程環(huán)節(jié)

在解題的過程中，抓住基本環(huán)節(jié)，突破各個(gè)環(huán)節(jié)，逐步提出問題的解答。

在物體的受力分析中，抓住受力分析的基本環(huán)節(jié)。（1）明確研究對(duì)象。（2）畫出脫離體。（3）在脫離體畫出主動(dòng)力。（4）在解除約束處畫出相應(yīng)的約束反力。只要各基本環(huán)節(jié)解決了物體的受力分析問題就解決了。還可以舉出一些其他例子。

在簡捷法繪制課的內(nèi)力圖中，其中基本環(huán)節(jié)有：（1）求支座反力。（2）明確控制截面的位置。（3）運(yùn)用反正法或面積法求各控制截面內(nèi)力。（4）根據(jù)內(nèi)力圖規(guī)律指出圖形。抓住每一個(gè)環(huán)節(jié)，問題就不難解決。

在組合變形的強(qiáng)度計(jì)算中，其中基本環(huán)節(jié)有：（1）將組合變形分解成簡單基本變形。（2）計(jì)算每一種基本變形下應(yīng)力。（3）將同一點(diǎn)的應(yīng)力疊加就改到組合變形下的應(yīng)力。

二、比較與分類

比較要確定對(duì)象之間的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)。特別重要的是要能看出“同中之異”或“異中之同”，從而可以找到原因及理由，已知領(lǐng)域過渡到未知領(lǐng)域的途徑，而分類是根據(jù)對(duì)象的共同點(diǎn)和差異點(diǎn)，把它們區(qū)分為不同種類。

二力平衡公理與作用力和反作用力公理、力矩與力偶，平面力系與空間力系，拉壓桿強(qiáng)度計(jì)算與梁應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算，桿件變形的四種內(nèi)力圖（彎矩、剪力、軸力、扭圖）相對(duì)比，其理論推導(dǎo)方法和公式的形式都是一樣，但意義不同，通過對(duì)比加深理解。

在平面一般力系平衡方程應(yīng)用中，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類。比如，按選取的研究對(duì)象不同，可分為單個(gè)物體的平衡和物體系統(tǒng)的平衡。按結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分可分為梁、剛架、拱、桁架，組合結(jié)構(gòu)問題等。按應(yīng)用范圍可分為靜定問題和超靜定問題。通過分類，使解決問題有一個(gè)比較清晰的思路，便于問題解決。

三、抽象和概括（歸納）

抽象是在思想上把各種對(duì)象或現(xiàn)象之間的共同屬性抽取出來的思維方式，而概括是在思想上把抽象出來的各種對(duì)象或觀念之間的共同屬性結(jié)合起來。

抽象思維能力在力學(xué)中特別突出。比如，結(jié)構(gòu)計(jì)算簡單的選取，支座的簡化，就是對(duì)實(shí)際力學(xué)問題加以分析，分清楚哪些是主要因素，哪些是次要因素，然后忽略次要因素改到一個(gè)反映問題主要特性，再比如，力、應(yīng)力的概念，都是分析生活實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，抽象總結(jié)出力、應(yīng)力的概念。

還可以舉出其他一些例子。

如，在桁架計(jì)算中，雖然桁架結(jié)點(diǎn)的實(shí)際構(gòu)造接近于剛結(jié)點(diǎn)，但在計(jì)算中將其抽象為鉸結(jié)點(diǎn)。

概括（歸納）思維在力學(xué)中應(yīng)用很廣泛，在講授每一種基本變形內(nèi)力計(jì)算時(shí)，都不概括為截面法來求解，而事實(shí)上截面法也就是平面一般力學(xué)平衡方程問題，再比如，建筑力學(xué)的內(nèi)容可以概括為：（1）物體受力分析。（2）平面任意力系。（3）桿件內(nèi)力圖。（4）桿件強(qiáng)度計(jì)算。（5）靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析和位移計(jì)算。通過概括使學(xué)生一目了然，便于理解和記憶。

四、推理

所謂推理，就是人們?cè)陬^腦中根據(jù)已有的判斷，經(jīng)過第二信號(hào)系統(tǒng)的分析與綜合的作用，引出新的判斷的過程。

如，在講授平面一般力系平衡方程形式時(shí)，學(xué)生對(duì)二矩式、三矩式很不理解，百思不得其解，為什么說平面一般力系滿足二矩式、三矩式，平面一般力系就為平衡力系？實(shí)際上要說明這個(gè)問題就是一個(gè)推理的過程，因?yàn)槠矫嬉话懔ο低ㄟ^簡化，最終只有三種結(jié)果。即一個(gè)合力、一個(gè)合力偶或平衡。如果能將其中的兩個(gè)結(jié)果排除掉則其結(jié)果是唯一的。

又如，在講授梁彎曲的正應(yīng)力計(jì)算中，首先必須了解正應(yīng)力分布規(guī)律，然后導(dǎo)出計(jì)算方式。而正應(yīng)力是一個(gè)抽象的概念，看不見、摸不著。這時(shí)，應(yīng)用推理思維方式，根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，通過對(duì)應(yīng)變的了解，推知正應(yīng)力分布規(guī)律，進(jìn)而改正應(yīng)力的計(jì)算方式。

再如，在疊加法繪制課的內(nèi)力圖中，關(guān)鍵在于掌握疊加原理。即先簡支梁在均布荷載和集中力共同作用下梁的支座反力，然后分別計(jì)算相同梁在均布荷載和集中力作用下，支座反力，分析支座反力之間的關(guān)系，由此得到疊加原理。

五、逆向思維

逆向思維是與正向思維相對(duì)而言的。所謂逆向思維是與一般的正向思維相反。逆向思維與正向思維之間存在著互為前提、相互轉(zhuǎn)化、對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，逆向思維的運(yùn)用常常也建立在一定的正向思維的基礎(chǔ)上，沒有定向思維為基礎(chǔ)是很難產(chǎn)生逆向思維。

在平面一般力系平衡方程應(yīng)用中，一般遇到的問題是已知荷載求支座反力，許多問題千篇一律。這時(shí)，如將問題改為已知反力求荷載，就會(huì)使問題有新穎，更有靈活性。

如，我們?cè)趯W(xué)簡捷法繪制梁的內(nèi)力圖時(shí)，一般的作圖順序是由Q圖作出V圖與M圖，但從逆向思維的角度出發(fā)，也可以由V圖導(dǎo)出Q圖、M圖，或由M圖導(dǎo)出V圖Q圖。

總之，思維能力的培養(yǎng)是一項(xiàng)循序漸進(jìn)的過程，而且個(gè)體在思維的品質(zhì)方面存在一定的差異性，固然在建筑力學(xué)具體的教學(xué)中，要避免未發(fā)而助發(fā)的現(xiàn)象。采用唯證物觀點(diǎn)。具體問題具體分析，在平常的教學(xué)中，有目的、有意識(shí)加以引導(dǎo)，使力學(xué)的教學(xué)與思維能力共同發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍馭球，包世華.結(jié)構(gòu)力學(xué).高等教育出版社，2006.

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