哲學(xué)觀(guān)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用

周海龍+李平+李昊

摘要：將辯證唯物主義的哲學(xué)觀(guān)點(diǎn)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)課程有關(guān)內(nèi)容的講解，通過(guò)幾個(gè)典型案例的闡述，探討將政治思想理論課知識(shí)應(yīng)用于自然科學(xué)類(lèi)力學(xué)課程的教學(xué)中，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

關(guān)鍵詞：哲學(xué)；辯證唯物主義；結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)研究；創(chuàng)新人才

中圖分類(lèi)號(hào)：G6420；TU311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2017）04-0072-03

進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)家對(duì)創(chuàng)新人才提出了新的更高要求。深化教育改革，推進(jìn)素質(zhì)教育，創(chuàng)新教育方法，這是對(duì)教育工作提出的明確要求，也是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的路徑選擇?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》[1]也提出了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式：注重學(xué)思結(jié)合、知行統(tǒng)一和因材施教。培養(yǎng)創(chuàng)新人才，涉及管理機(jī)制、教學(xué)理念、培養(yǎng)方案、課程體系等方方面面，其中教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的關(guān)鍵。

筆者在多年的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)將唯物辯證法的一些哲學(xué)觀(guān)點(diǎn)恰當(dāng)應(yīng)用在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生利用辯證唯物主義哲學(xué)思維分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)，也能進(jìn)一步引起學(xué)生對(duì)高校政治思想理論課的重視。目前

有關(guān)這方面的研究較少，更多的研究集中在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程本身教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及考核方式等方面的改革上[2-5]。因此，將馬克思主義哲學(xué)觀(guān)點(diǎn)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)，順應(yīng)社會(huì)和時(shí)代發(fā)展的要求，是課程教學(xué)研究與時(shí)俱進(jìn)的結(jié)果，值得關(guān)注和思考。

一、聯(lián)系和發(fā)展的哲學(xué)觀(guān)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容

聯(lián)系和發(fā)展是唯物辯證法的總特征[6]。事物普遍聯(lián)系的原理，要求人們確立整體性、開(kāi)放性的觀(guān)點(diǎn)，要善于分析事物的具體聯(lián)系，從動(dòng)態(tài)中考察事物的普遍聯(lián)系。事物的發(fā)展是一個(gè)過(guò)程，一切事物只有經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程，才能實(shí)現(xiàn)自身的發(fā)展。

就基本原理和方法而言，結(jié)構(gòu)力學(xué)是與理論力學(xué)與材料力學(xué)同時(shí)發(fā)展起來(lái)的，并在發(fā)展初期與上述兩者融合在一起[7]。19世紀(jì)中葉，結(jié)構(gòu)力學(xué)開(kāi)始成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。進(jìn)入20世紀(jì)，結(jié)構(gòu)力學(xué)得以快速發(fā)展，研究領(lǐng)域不斷拓展。相對(duì)于理論力學(xué)而言，結(jié)構(gòu)力學(xué)與材料力學(xué)聯(lián)系得更加緊密。材料力學(xué)課程前期的學(xué)習(xí)，其主要內(nèi)容可以概括為“12345”，即1個(gè)基本原理、2條主線(xiàn)、3個(gè)基本關(guān)系、4個(gè)假設(shè)和5種基本問(wèn)題?！?個(gè)基本原理”指的是圣維南原理；“2條主線(xiàn)”指的是“外力—內(nèi)力—應(yīng)力（正應(yīng)力和切應(yīng)力）—強(qiáng)度”和“位移—變形—應(yīng)變（線(xiàn)應(yīng)變和切應(yīng)變）—?jiǎng)偠取敝骶€(xiàn)；“3個(gè)基本關(guān)系”指的是“幾何關(guān)系、物理關(guān)系和平衡關(guān)系”；“4個(gè)假設(shè)”指的是“均勻、連續(xù)、各向同性和小變形假設(shè)”；“5種基本問(wèn)題”指的是“拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲、剪切和穩(wěn)定”。材料力學(xué)主要研究單根桿件的強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性問(wèn)題，結(jié)構(gòu)力學(xué)則是研究若干根桿件所組成的桿件系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性問(wèn)題。材料力學(xué)對(duì)桿件的研究是基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)力學(xué)是桿件研究的進(jìn)一步深入和發(fā)展。利用聯(lián)系與發(fā)展的哲學(xué)觀(guān)點(diǎn)，將材料力學(xué)的主要內(nèi)容引入到結(jié)構(gòu)力學(xué)中，不僅建立兩者在知識(shí)點(diǎn)上的相互聯(lián)系，而且便于學(xué)生更容易接受一門(mén)新課程，加深對(duì)新開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的整體把握，使課程間的銜接過(guò)渡更加自然。一般意義上，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的主要內(nèi)容也可以概括為“12345”，即1個(gè)原理、2種方法、3種荷載、4種問(wèn)題和5種結(jié)構(gòu)?！?個(gè)原理”指的是“虛功原理”；“2種方法”指的是“經(jīng)典的力法和位移法”；“3種荷載”指的是“常規(guī)荷載，溫度改變和支座移動(dòng)”；“4種問(wèn)題”指的是“反力計(jì)算、內(nèi)力計(jì)算、內(nèi)力圖繪制和位移計(jì)算”問(wèn)題；“5種結(jié)構(gòu)”指的是“梁、剛架、桁架、拱和組合結(jié)構(gòu)”。

二、對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)

對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律是唯物辯證法的實(shí)質(zhì)和核心，為人們認(rèn)識(shí)世界提供了一種根本方法——矛盾分析法。例如，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教材第二章的幾何組成分析，分析規(guī)則有兩剛片規(guī)則、二元體規(guī)則和三剛片規(guī)則。對(duì)于不同的問(wèn)題，要采用不同的分析規(guī)則，但也要看到：三個(gè)規(guī)則可以轉(zhuǎn)化，均可以用來(lái)分析，這就體現(xiàn)了矛盾的同一性和斗爭(zhēng)性原理。同一性和斗爭(zhēng)性相互聯(lián)系，相輔相成，沒(méi)有斗爭(zhēng)性就沒(méi)有同一性，斗爭(zhēng)性寓同一性之中，沒(méi)有同一性就沒(méi)有斗爭(zhēng)性。再比如結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教材第三章靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析，五種類(lèi)型結(jié)構(gòu)（梁、剛架、桁架、拱和組合結(jié)構(gòu)）計(jì)算的基本方法是截面法；但不同類(lèi)型的結(jié)構(gòu)又有各自的特殊性，需要在計(jì)算中加以考慮和遵從，這體現(xiàn)了矛盾的普遍性和特殊性原理，這就要求在解決這種類(lèi)型的題時(shí)，既要掌握一般性的解題思路，又要考慮特殊性，做到具體問(wèn)題具體分析。

同理，第四章的結(jié)構(gòu)位移計(jì)算中的積分法與圖乘法，第五章和第六章的力法與位移法，以及第七章力矩分配法和第九章的矩陣位移法，均體現(xiàn)了上述原理。第十章結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)部分建立自由振動(dòng)微分方程，有兩種方法：剛度法和柔度法，兩種方法殊途同歸。再比如第八章的影響線(xiàn)及其應(yīng)用，對(duì)于移動(dòng)荷載作用下某截面最大內(nèi)力的計(jì)算可以采用影響線(xiàn)去解題，但對(duì)于荷載位置給定、某截面內(nèi)力的計(jì)算同樣可以利用影響線(xiàn)去解題，也可以用第三章的截面法去解題，這就體現(xiàn)了矛盾的共性和個(gè)性原理。共性的問(wèn)題就是截面內(nèi)力的計(jì)算，個(gè)性的問(wèn)題就是不同的荷載作用形式。共性寓于個(gè)性之中，沒(méi)有離開(kāi)個(gè)性的共性，而每個(gè)個(gè)性也都表現(xiàn)共性，也沒(méi)有離開(kāi)共性的個(gè)性。

三、量變與質(zhì)變相互轉(zhuǎn)化規(guī)律與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)

量變與質(zhì)變的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律，推動(dòng)著事物的發(fā)展。量變是事物數(shù)量的增加和次序的變動(dòng)，是保持物質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定性的不顯著變化，體現(xiàn)了事物漸進(jìn)過(guò)程的連續(xù)性；質(zhì)變是事物性質(zhì)的根本性變化，是事物由一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)的飛躍，體現(xiàn)了事物漸進(jìn)過(guò)程的連續(xù)性中斷。在實(shí)際教學(xué)中，既要有合理的教學(xué)計(jì)劃，又要根據(jù)學(xué)生實(shí)際掌握的程度適時(shí)推進(jìn)；既要重視課堂上同類(lèi)型例題的講解，又要注意新的方法與內(nèi)容的引入。

例如，圖1（a）為結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教材第二章幾何組成分析中的一道習(xí)題。通過(guò)對(duì)前面所述體系進(jìn)行幾何組成分析，其為無(wú)多余約束的幾何不變體系；將C結(jié)點(diǎn)向下移動(dòng)一定距離，使得CE桿和CF桿移動(dòng)到與AE桿和BF桿分別在同一條直線(xiàn)上，見(jiàn)圖1（b）所示，再對(duì)該體系進(jìn)行幾何組成分析，其為瞬變體系。由此可以看出，體系中的桿件數(shù)量沒(méi)有發(fā)生變化，但桿件的排列方式發(fā)生了變化。C點(diǎn)逐漸向下移動(dòng)就是一種量的積累，當(dāng)達(dá)到某一個(gè)臨界值時(shí)，即圖1（b）所示的狀態(tài)時(shí)，由幾何不變體系變?yōu)樗沧凅w系，其體系的性質(zhì)也將發(fā)生變化，即發(fā)生了質(zhì)變；當(dāng)繼續(xù)向下移動(dòng)，體系又變?yōu)闊o(wú)多余約束的幾何不變體系，體現(xiàn)了量變與質(zhì)變的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。瞬變體系不可以作為結(jié)構(gòu)使用，但幾何不變體系可以作為結(jié)構(gòu)使用。endprint

又如圖2計(jì)算桿件內(nèi)力。圖2（a）為靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)增加一個(gè)活動(dòng)鉸支座，變?yōu)閳D2（b）時(shí)，結(jié)構(gòu)變?yōu)槌o定結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力發(fā)生了變化，計(jì)算方法也將有所不同。增加了支座個(gè)數(shù)體現(xiàn)的就是量變，靜定結(jié)構(gòu)向超靜定結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變體現(xiàn)的就是質(zhì)變。

再如圖3計(jì)算C點(diǎn)的豎向位移。圖3（a）為直梁，既可以按照?qǐng)D乘法計(jì)算，也可以按照積分法計(jì)算；圖3（b）為曲梁，則只可以按照積分法計(jì)算。由此發(fā)現(xiàn)，當(dāng)梁的曲率發(fā)生變化后（曲率由無(wú)窮大→有限值），其計(jì)算方法也將會(huì)發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化。

四、抓住主要矛盾分析解決問(wèn)題與結(jié)構(gòu)力學(xué)工程特色

結(jié)構(gòu)力學(xué)是力學(xué)理論與工程實(shí)踐聯(lián)系的橋梁與紐帶。在解決實(shí)際工程問(wèn)題時(shí)，由于工程問(wèn)題自身的復(fù)雜性，不可能兼顧所有的問(wèn)題，只能關(guān)注對(duì)其起主要影響的因素，即抓住主要矛盾去分析研究問(wèn)題，有意識(shí)地忽略那些對(duì)問(wèn)題影響不大的次要矛盾。

例如計(jì)算簡(jiǎn)圖的建立，就是抓主要矛盾分析研究問(wèn)題的一個(gè)很好實(shí)例。對(duì)結(jié)構(gòu)體系、結(jié)點(diǎn)、支座、材料性質(zhì)和荷載進(jìn)行一系列簡(jiǎn)化，以形成符合用戶(hù)需求、方便計(jì)算和分析的計(jì)算簡(jiǎn)圖。再比如幾何組成分析中，可以不考慮材料的應(yīng)變?nèi)シ治鲶w系的幾何組成，這些都是抓主要矛盾分析問(wèn)題的結(jié)果。又如桁架桿件內(nèi)力計(jì)算，忽略鉸的摩擦；結(jié)構(gòu)位移計(jì)算，根據(jù)其受力特點(diǎn)，對(duì)不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算公式的簡(jiǎn)化；位移法中假定受彎桿件的軸向變形忽略不計(jì)，以減少基本未知量的數(shù)目；動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中把連續(xù)分布的無(wú)限自由度體系轉(zhuǎn)換為有限自由度體系去分析等。

五、結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是一門(mén)充滿(mǎn)辯證唯物主義思想的課程[8]。筆者將聯(lián)系與發(fā)展、對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律、量質(zhì)互變規(guī)律，以及抓主要矛盾分析解決問(wèn)題等哲學(xué)觀(guān)點(diǎn)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中，旨在采用相關(guān)的哲學(xué)觀(guān)點(diǎn)和方法論，對(duì)課程內(nèi)容和研究方法加以概括總結(jié)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)的同時(shí)， 培養(yǎng)其歸納與演繹、分析與綜合的辯證思維，學(xué)會(huì)用哲學(xué)的觀(guān)點(diǎn)去分析問(wèn)題與解決問(wèn)題，以更好地掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)，推進(jìn)素質(zhì)教育的全面發(fā)展。

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Abstract： The philosophical viewpoints of dialectical materialism were applied to explanation for basic contents and methods of structural mechanics. Typical examples were discussed to explore ideological and political theory course knowledge into natural science type mechanics course teaching， meanwhile， improve students comprehensive quality and culture innovative talents.

Keywords： philosophy； dialectical materialism； structural mechanics； teaching research； innovative talents

（編輯 王 宣）endprint