案例啟發(fā)法在職業(yè)院校力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

劉建軍 肖 毅 王中有 賈瑞晨 夏 彪 蔣 為

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421001)

高職院校學(xué)生的文化成績(jī)、學(xué)習(xí)能力普遍較差，對(duì)于力學(xué)課程的學(xué)習(xí)普遍反映很難，對(duì)于一些基本力學(xué)概念都不理解，這對(duì)以后的學(xué)習(xí)、工作埋下了隱患，往往很多工程事故就是由于設(shè)計(jì)人員或者施工人員對(duì)結(jié)構(gòu)的基本力學(xué)概念學(xué)習(xí)不足所致。2009年6月上海某13層在建居民樓發(fā)生整體傾覆倒塌，事故主要原因是由于施工方在大樓一側(cè)開挖基坑，另一側(cè)堆土9 m高，地基土產(chǎn)生不平衡的水平推力，剪斷PHC管樁造成樓房整體失穩(wěn)倒塌；負(fù)責(zé)調(diào)查事故的江歡成院士指出，近年來的施工事故，往往是在一些常識(shí)性力學(xué)問題上出錯(cuò)，犯的錯(cuò)誤也越來越低級(jí)[1,2]。本文以生活中的力學(xué)現(xiàn)象為出發(fā)點(diǎn)，利用通俗易懂的案例來分析力學(xué)概念，給高職院校學(xué)生在學(xué)習(xí)力學(xué)課程時(shí)進(jìn)行感性認(rèn)知和啟發(fā)。

1 案例1:屋頂桁架梁為什么設(shè)計(jì)成變截面的“魚腹式”形狀

其實(shí)就是等強(qiáng)度設(shè)計(jì)的原理，截面上每處的荷載彎矩M不同，通過變截面設(shè)計(jì)使截面正應(yīng)力處處相等，這樣可以充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能；屋頂桁架梁的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)其實(shí)就是變截面設(shè)計(jì)，按截面抗彎抵抗矩w來確定，彎曲應(yīng)力強(qiáng)度σ=M/w；該例可以對(duì)截面內(nèi)力計(jì)算、截面設(shè)計(jì)的概念進(jìn)行啟發(fā)[3]。

2 案例2:低碳鋼、鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)，為什么兩者截面破壞不同

3 案例3：跨江大橋的矩形梁中間為什么做成空心的

橋中的梁主要是以彎曲變形為主，矩形梁受彎時(shí)，梁的跨中上部受壓，下部受拉，顯然橫截面上有一個(gè)既不受拉又不受壓的分界線，分界線的應(yīng)力為零，該分界線稱作中性軸。中性軸附近受的應(yīng)力較小，為減輕自重可挖掉部分材料，使梁的截面受力更合理。預(yù)制板中間挖成空心的圓孔，同樣可用中性軸的概念解釋。

另外，為什么一些梁又可做成T形的。除了以上中性軸的原理之外，另一方面在T形梁正截面受彎計(jì)算中，由于混凝土的抗拉強(qiáng)度低，幾乎不能承受拉力，可以把下部受拉區(qū)兩側(cè)混凝土挖去；上部混凝土T形翼緣承受部分壓力，可以使得相對(duì)受壓高度減小，從而下部受拉鋼筋的面積可適當(dāng)減少，梁的截面受力更合理[6]。該例可以對(duì)材料力學(xué)、梁的受力、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算進(jìn)行啟發(fā)。

4 結(jié)語

力學(xué)的學(xué)習(xí)是一個(gè)從直觀感知、逐步認(rèn)知、綜合理解的過程，現(xiàn)實(shí)生活中的力學(xué)概念是具體的，看得見、摸得著，既不枯燥又不抽象。實(shí)踐表明，案例啟發(fā)法能激發(fā)高職院校學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣，同時(shí)可以啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究、深入思考。