思維能力在建筑力學教學中的培養(yǎng)

林升

摘 要：思維是對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，人的認識能夠從個別透視一般。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。而建筑力學是研究建筑物的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載能力的一門學科，具有理論性強、抽象的特點，正是由于力系本身思維能力的提高，所以對建筑力學教學效果至關(guān)重要。加強建筑力學教學中思維能力的培養(yǎng)有助于提高思維能力。這兩個方面相輔相成，相互促進。

關(guān)鍵詞：思維能力；建筑力學；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)合多年在建筑力學教學中的經(jīng)驗談?wù)剬λ季S能力培養(yǎng)的體會。

一、分析和綜合

化整為零，冊繁就簡，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。計算簡單桁架按照幾何組成相反的順序，每次截取一個結(jié)點，把整個桁架的計算問題依次分解為單個結(jié)點的計算問題。

在作靜定剛架M圖時采用“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）明確研究對象。（2）畫出脫離體。（3）在脫離體畫出主動力。（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。抓住每一個環(huán)節(jié)，問題就不難解決。

在組合變形的強度計算中，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）計算每一種基本變形下應(yīng)力。（3）將同一點的應(yīng)力疊加就改到組合變形下的應(yīng)力。

二、比較與分類

比較要確定對象之間的差異點和共同點。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)對象的共同點和差異點，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，拉壓桿強度計算與梁應(yīng)力強度計算，桿件變形的四種內(nèi)力圖（彎矩、剪力、軸力、扭圖）相對比，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)不同的標準有不同的分類。比如，按選取的研究對象不同，可分為單個物體的平衡和物體系統(tǒng)的平衡。按結(jié)構(gòu)的特點分可分為梁、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中特別突出。比如，結(jié)構(gòu)計算簡單的選取，支座的簡化，就是對實際力學問題加以分析，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，都是分析生活實驗現(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，在桁架計算中，雖然桁架結(jié)點的實際構(gòu)造接近于剛結(jié)點，但在計算中將其抽象為鉸結(jié)點。

概括（歸納）思維在力學中應(yīng)用很廣泛，在講授每一種基本變形內(nèi)力計算時，都不概括為截面法來求解，而事實上截面法也就是平面一般力學平衡方程問題，再比如，建筑力學的內(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）桿件強度計算。（5）靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析和位移計算。通過概括使學生一目了然，便于理解和記憶。

四、推理

所謂推理，就是人們在頭腦中根據(jù)已有的判斷，經(jīng)過第二信號系統(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，學生對二矩式、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？實際上要說明這個問題就是一個推理的過程，因為平面一般力系通過簡化，最終只有三種結(jié)果。即一個合力、一個合力偶或平衡。如果能將其中的兩個結(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)力計算中，首先必須了解正應(yīng)力分布規(guī)律，然后導(dǎo)出計算方式。而正應(yīng)力是一個抽象的概念，看不見、摸不著。這時，應(yīng)用推理思維方式，根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，通過對應(yīng)變的了解，推知正應(yīng)力分布規(guī)律，進而改正應(yīng)力的計算方式。

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、對立統(tǒng)一的關(guān)系，逆向思維的運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，如將問題改為已知反力求荷載，就會使問題有新穎，更有靈活性。

如，我們在學簡捷法繪制梁的內(nèi)力圖時，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)是一項循序漸進的過程，而且個體在思維的品質(zhì)方面存在一定的差異性，固然在建筑力學具體的教學中，要避免未發(fā)而助發(fā)的現(xiàn)象。采用唯證物觀點。具體問題具體分析，在平常的教學中，有目的、有意識加以引導(dǎo)，使力學的教學與思維能力共同發(fā)展。

參考文獻：

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

[2]沈養(yǎng)中.工程力學.高等教育出版社，2008.