類比法在飛機結(jié)構(gòu)強度教學(xué)中的運用

李艷 曹俊彬 郭振凱

摘要：本文通過幾個實例初步探討了類比法在飛機結(jié)構(gòu)強度教學(xué)中的應(yīng)用情況。從實際的應(yīng)用情況可知，合理運用類比法，不僅降低學(xué)員學(xué)習(xí)飛機結(jié)構(gòu)強度課程的難度，還可提高學(xué)員的分析能力并激發(fā)他們的創(chuàng)新思維。總之，類比法是飛機結(jié)構(gòu)強度課程中一種非常有效的學(xué)習(xí)方法。

關(guān)鍵詞：專業(yè)基礎(chǔ)課；類比法；飛機結(jié)構(gòu)強度

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）05-0188-02

類比法是根據(jù)兩類事物之間在某些方面的類似或相同，推斷出它們在其他方面也可能類似或相同的邏輯思維方法。它是以比較為基礎(chǔ)，通過對兩類不同事物進(jìn)行比較，找出它們的相同點或相似點，然后以此為根據(jù)，將關(guān)于某一事物的知識或結(jié)論推移到另一事物中去。它是一種科學(xué)有效的學(xué)習(xí)方法，在教學(xué)中運用類比法，對學(xué)員知識的遷移能力、理解能力和分析能力的提高和發(fā)展有很大好處。飛機結(jié)構(gòu)強度是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)員學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)，對學(xué)員今后從事相關(guān)專業(yè)工作起到理論支撐的作用。但該課程理論較深、內(nèi)容抽象，不易學(xué)員掌握。針對這種現(xiàn)象，筆者結(jié)合幾年來的教學(xué)實踐，通過合理應(yīng)用類比法，不僅使學(xué)員掌握了知識，而且還提高了他們分析問題的能力，激發(fā)了他們的創(chuàng)新意識。

一、飛機結(jié)構(gòu)強度教學(xué)中運用類比法的意義

1.運用類比法符合飛機結(jié)構(gòu)強度的課程特點。飛機結(jié)構(gòu)強度教材，不僅是傳播知識的工具，更是訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)員思維能力的最好素材。筆者認(rèn)為，作為一名飛機結(jié)構(gòu)強度教員，在深入鉆研教材的同時，還要注重教材中蘊涵的豐富科學(xué)思維方法，并在教學(xué)中給予充分利用。盡管飛機結(jié)構(gòu)強度理論深、內(nèi)容多，但若仔細(xì)研究教材的前后內(nèi)容，我們會發(fā)現(xiàn)教材中的一部分內(nèi)容與生活常識有密切關(guān)聯(lián)、一部分內(nèi)容與工程力學(xué)知識分析方法相似、還有一部分章節(jié)的內(nèi)容在分析方法和研究思路上極為相似，所以很多教學(xué)內(nèi)容適合運用類比法來講解。

2.運用類比法有助于提高學(xué)員的分析能力。飛機結(jié)構(gòu)強度課程的主要內(nèi)容之一是分析飛機機翼、機身和起落架等部件的受力情況。在學(xué)習(xí)這些內(nèi)容時，我們不僅可以運用類比法分析它們在結(jié)構(gòu)型式、外載荷和受力分析中的相似處，還可以揭示這些知識體系的變化、發(fā)展過程及其帶來的影響，引導(dǎo)學(xué)員去感受知識的來龍去脈，形成觀察、對比和思考的良好習(xí)慣，增強學(xué)員分析問題的能力，為他們以后學(xué)習(xí)專業(yè)課和從事專業(yè)工作奠定堅實的基礎(chǔ)。在飛機結(jié)構(gòu)強度教學(xué)中運用類比法，不僅讓學(xué)生更容易接受新的知識，而且還可提高他們的分析問題能力。

3.運用類比法有助于培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新意識。與其他方法相比，類比法的或然性最大，但它卻是最富有創(chuàng)造性的推理方法，可以為人們的思維過程提供更廣闊的“自由創(chuàng)造”天地。在飛機結(jié)構(gòu)強度教學(xué)中，根據(jù)教材的特點，恰如其分地運用類比法，不僅把抽象且復(fù)雜的問題簡單化、形象化，還可引導(dǎo)學(xué)員去發(fā)現(xiàn)新問題、揭示新規(guī)律和探索新方法，使學(xué)員獲得“再發(fā)現(xiàn)”的體驗。所以，在教學(xué)中，類比法是培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新意識的一種有效途徑。

二、類比法在飛機結(jié)構(gòu)強度教學(xué)中的具體應(yīng)用

1.公式推導(dǎo)時應(yīng)用類比法。在公式推導(dǎo)過程中，可以通過類比法，加深公式的理解，便于公式的記憶。如在推導(dǎo)出“水平突風(fēng)載荷”的飛機升力表達(dá)式時，得出“水平突風(fēng)載荷的方向與飛機航向相反時，飛機的升力增加，飛機上升；反之則飛機下降”的結(jié)論。當(dāng)時，一些學(xué)員對這個結(jié)論十分驚訝，怎么可能飛機順風(fēng)飛行時，反而飛機的升力減少，飛機下降呢？為了便于對這個抽象結(jié)論的理解，筆者把學(xué)員引導(dǎo)到生活中放風(fēng)箏的情形。通過放風(fēng)箏需在逆風(fēng)條件下進(jìn)行的例子，讓學(xué)員在已具備的感知條件下去理解“水平突風(fēng)載荷”的飛機升力表達(dá)式就變得相對容易很多。這樣不僅達(dá)到事半功倍的效果，而且還擴(kuò)大了學(xué)員的知識面、激發(fā)了學(xué)員學(xué)習(xí)這門課的興趣。

2.理解概念時應(yīng)用類比法。在學(xué)習(xí)一些重要概念時，學(xué)員們往往只注意這些概念的表面文字，而忽略了這些概念中所含有的一些本質(zhì)特征。例如飛機過載是飛機結(jié)構(gòu)強度課程中的一個重要概念。它的大小反映飛機結(jié)構(gòu)受載的嚴(yán)重程度。如果理解這個概念的本質(zhì)，可以和體育比賽項目中的舉重項目進(jìn)行比較。大家知道，舉重項目是按公斤級分類的，在同一級比賽中，如果兩個運動員舉出相同的重量，體重較輕者獲勝。這說明僅僅從運動員舉多少重量來判斷運動員的舉重能力是不夠的，還應(yīng)考慮他自身的重量。相同的道理，判斷飛機結(jié)構(gòu)受載是否嚴(yán)重，也不是簡簡單單根據(jù)它受力的大小直接判斷，而需要結(jié)合飛機的重量綜合考慮。所以，選用能正確反映飛機結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受載程度的指標(biāo)不是某個力，而應(yīng)是一個相對值，即飛機過載。這樣不僅加深了對概念的理解，還利用生活常識活躍了課堂氣氛，讓學(xué)員在輕松的環(huán)境中去學(xué)習(xí)理論知識。

3.受力分析時應(yīng)用類比法。飛機結(jié)構(gòu)各部件的受力分析是飛機結(jié)構(gòu)強度課程的核心內(nèi)容，同時也是該課程的難點之一。在學(xué)習(xí)飛機結(jié)構(gòu)各部件的受力分析時，學(xué)員普遍感到內(nèi)容抽象、不易理解。例如分析機身結(jié)構(gòu)受力時，可以把機身類比為機翼翼梁。當(dāng)機身承受垂直載荷時，剪力主要由兩側(cè)蒙皮承受，相當(dāng)于翼梁腹板；彎矩主要由上下大梁（壁板）承受，相當(dāng)于翼梁緣條。這時機身可以看作是工字翼梁。當(dāng)機身承受側(cè)向水平載荷時，剪力主要由上下蒙皮承受，相當(dāng)于翼梁腹板；彎矩主要由兩側(cè)大梁（壁板）承受，相當(dāng)于翼梁緣條。這時機身可以看作是H字翼梁。把機身類比為機翼翼梁，一則機身的受力特點與翼梁相似，二則翼梁的受力特點大家很清楚。這樣，把機身看作翼梁進(jìn)行受力分析時，不僅將新舊知識類比分析，加深學(xué)員知識的理解，還突破難點，降低教學(xué)難度。

4.評定準(zhǔn)則時應(yīng)用類比法。飛機結(jié)構(gòu)強度課程的內(nèi)容從大的方面可以分為四大模塊，即靜強度、剛度、疲勞強度和斷裂力學(xué)。在學(xué)這門課程之前，學(xué)員主要接觸過這四大模塊中的靜強度知識，對靜強度理論中的評定準(zhǔn)則及其應(yīng)用非常熟悉。在后續(xù)的學(xué)習(xí)中，我們仔細(xì)觀察會發(fā)現(xiàn)這四大模塊的評定準(zhǔn)則在形式是驚人相似，都是某項數(shù)值小于某允許值。所以可以通過和靜強度評定準(zhǔn)則進(jìn)行類比來學(xué)習(xí)其他評定準(zhǔn)則。例如，線彈性斷裂力學(xué)的斷裂準(zhǔn)則為KI

5.解釋現(xiàn)象時應(yīng)用類比法。戰(zhàn)斗機在空戰(zhàn)飛行中，需要完成各種機動飛行，飛機過載的大小和方向?qū)⒉粩喟l(fā)生變化，變化的過載會影響飛行員的生理。當(dāng)飛行員承受大的正過載時，由于慣性力作用，飛行員的血液從頭部流上下肢，可能造成腦部缺血等現(xiàn)象；反則，承受大的負(fù)過載時，血液會涌上頭部，出現(xiàn)腦充血。直接給學(xué)員分析飛機過載對飛行員生理的影響，一些學(xué)員理解較為困難。若把這種影響與日常生活中的一些體驗聯(lián)系起來，既可加深學(xué)員的理解，還可增加課堂的趣味性。通過日常生活例子的類比，可啟發(fā)學(xué)員去聯(lián)想，由此及彼，尋找答案，從而培養(yǎng)和提高學(xué)員的創(chuàng)新思維能力。

6.章節(jié)總結(jié)時應(yīng)用類比法。在階段復(fù)習(xí)和課程總結(jié)時，若將各知識點分散復(fù)習(xí)，學(xué)員不易掌握且層次不清，若能將有關(guān)知識進(jìn)行類比，把一些有內(nèi)在聯(lián)系的知識串聯(lián)起來，建構(gòu)一定的知識網(wǎng)絡(luò)，就可以加深學(xué)員對知識的理解和掌握。如對于機翼、機身和起落架受力分析的這三章來說，它們在內(nèi)容安排上均是按“結(jié)構(gòu)—載荷—受力分析—強度結(jié)論”的一條主線展開的。因此在復(fù)習(xí)機翼、機身和起落架的受力分析時可將這三大部件的結(jié)構(gòu)特點、外載荷和受力分析方法分別加以比較。這樣不僅增強了知識的系統(tǒng)化，而且揭示了解決強度問題的共同思路，且可啟發(fā)學(xué)員自己去探索新型飛機結(jié)構(gòu)受力分析問題的解題思路。

三、應(yīng)注意的問題

1.要具備牢固的基礎(chǔ)知識。牢固的基礎(chǔ)知識是合理應(yīng)用類比法的前提。類比法要求教員在運用時不僅要熟悉所授課程的內(nèi)容，而且對其余課程如基礎(chǔ)課、專業(yè)課，甚至對日常生活的相關(guān)內(nèi)容也要有所了解，同時還要掌握教育學(xué)的基本理論。也就是說，教員不僅要精通專業(yè)，還要博覽群書，有豐富的知識儲備。只有這樣才有可能巧妙而準(zhǔn)確地選擇類比對象，講好飛機結(jié)構(gòu)強度課程。

2.要講究科學(xué)的理論依據(jù)。運用舊知識采用類比法推理出新知識時，一般僅是根據(jù)簡單比較而進(jìn)行的推理，并不具體分析事物間聯(lián)系的性質(zhì)，因此得到的結(jié)論也并不具有邏輯的必然性，其結(jié)論不一定完全正確，因此在類比時必須用經(jīng)過論證的理論作依據(jù)，不能盲目類推，否則將謬論百出。

3.要抓住事物的本質(zhì)屬性。類比法就其本質(zhì)來講是一種發(fā)現(xiàn)的方法，而非嚴(yán)格的推理。所以要提高類比的可靠性，不能以表面相似為根據(jù)作膚淺的類比，而應(yīng)以事物本質(zhì)聯(lián)系為根據(jù)進(jìn)行類比。只有這樣，得出的結(jié)論才較為可靠。

通過上述問題的分析，不難發(fā)現(xiàn)，類比方法在飛機結(jié)構(gòu)強度課程教學(xué)中的應(yīng)用，能使抽象、復(fù)雜的問題形象、生動起來，從而激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。當(dāng)然，在類比的過程中也需要注意各種不同事物之間的差異和區(qū)別，在概念、原理的講解中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步把它們的本質(zhì)講清楚。只有這樣，才能使學(xué)生更好地理解所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生的思維，加深理解，觸類旁通。

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