思维能力在建筑力学教学中的培养

林升

摘 要：思维是对一类事物的特性和事物之间有规律性联系的反映，借助思维，人的认识能够从个别透视一般。从现象到本质，从偶然洞察必然，从现有事物推测其过去，预见其未来，思维能力有几个重要的特征思维的概括性；思维的间接性；思维的逻辑性；思维的层次性。而建筑力学是研究建筑物的结构和构件承载能力的一门学科，具有理论性强、抽象的特点，正是由于力系本身思维能力的提高，所以对建筑力学教学效果至关重要。加强建筑力学教学中思维能力的培养有助于提高思维能力。这两个方面相辅相成，相互促进。

关键词：思维能力；建筑力学；分析综合；比较分类；抽象概括；推理；逆向思维

思维能力的培养，实际地讲就是提高人的：分析和综合、比较和分类、抽象和概括、推理、逆向思维等这几方面的能力。以下我结合多年在建筑力学教学中的经验谈谈对思维能力培养的体会。

一、分析和综合

化整为零，册繁就简，善于分析和综合。

分析是整体分解为部分，把复杂的事物分解为简单的要素，一个问题，以整体来看，常常是比较复杂的。

如果掌握分析结合的方法，将整体分成若干单元或环节化整为零，就容易处理了。下列列举分析的综合运用形式。

（一）整体单元

在靜定结构受力分析中，采用“静定结构计算单元”的方法。将多跨静定梁分解为附属部分和基本部分。计算简单桁架按照几何组成相反的顺序，每次截取一个结点，把整个桁架的计算问题依次分解为单个结点的计算问题。

在作静定刚架M图时采用“刚架杆件”的方法。先用截面法求出各杆的杆端M之后，剩下的问题就是分别作单个杆件的M图（采用分段叠加法作M图）。

（二）过程环节

在解题的过程中，抓住基本环节，突破各个环节，逐步提出问题的解答。

在物体的受力分析中，抓住受力分析的基本环节。（1）明确研究对象。（2）画出脱离体。（3）在脱离体画出主动力。（4）在解除约束处画出相应的约束反力。只要各基本环节解决了物体的受力分析问题就解决了。还可以举出一些其他例子。

在简捷法绘制课的内力图中，其中基本环节有：（1）求支座反力。（2）明确控制截面的位置。（3）运用反正法或面积法求各控制截面内力。（4）根据内力图规律指出图形。抓住每一个环节，问题就不难解决。

在组合变形的强度计算中，其中基本环节有：（1）将组合变形分解成简单基本变形。（2）计算每一种基本变形下应力。（3）将同一点的应力叠加就改到组合变形下的应力。

二、比较与分类

比较要确定对象之间的差异点和共同点。特别重要的是要能看出“同中之异”或“异中之同”，从而可以找到原因及理由，已知领域过渡到未知领域的途径，而分类是根据对象的共同点和差异点，把它们区分为不同种类。

二力平衡公理与作用力和反作用力公理、力矩与力偶，平面力系与空间力系，拉压杆强度计算与梁应力强度计算，杆件变形的四种内力图（弯矩、剪力、轴力、扭图）相对比，其理论推导方法和公式的形式都是一样，但意义不同，通过对比加深理解。

在平面一般力系平衡方程应用中，根据不同的标准有不同的分类。比如，按选取的研究对象不同，可分为单个物体的平衡和物体系统的平衡。按结构的特点分可分为梁、刚架、拱、桁架，组合结构问题等。按应用范围可分为静定问题和超静定问题。通过分类，使解决问题有一个比较清晰的思路，便于问题解决。

三、抽象和概括（归纳）

抽象是在思想上把各种对象或现象之间的共同属性抽取出来的思维方式，而概括是在思想上把抽象出来的各种对象或观念之间的共同属性结合起来。

抽象思维能力在力学中特别突出。比如，结构计算简单的选取，支座的简化，就是对实际力学问题加以分析，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个反映问题主要特性，再比如，力、应力的概念，都是分析生活实验现象，抽象总结出力、应力的概念。

还可以举出其他一些例子。

如，在桁架计算中，虽然桁架结点的实际构造接近于刚结点，但在计算中将其抽象为铰结点。

概括（归纳）思维在力学中应用很广泛，在讲授每一种基本变形内力计算时，都不概括为截面法来求解，而事实上截面法也就是平面一般力学平衡方程问题，再比如，建筑力学的内容可以概括为：（1）物体受力分析。（2）平面任意力系。（3）杆件内力图。（4）杆件强度计算。（5）静定结构的内力分析和位移计算。通过概括使学生一目了然，便于理解和记忆。

四、推理

所谓推理，就是人们在头脑中根据已有的判断，经过第二信号系统的分析与综合的作用，引出新的判断的过程。

如，在讲授平面一般力系平衡方程形式时，学生对二矩式、三矩式很不理解，百思不得其解，为什么说平面一般力系满足二矩式、三矩式，平面一般力系就为平衡力系？实际上要说明这个问题就是一个推理的过程，因为平面一般力系通过简化，最终只有三种结果。即一个合力、一个合力偶或平衡。如果能将其中的两个结果排除掉则其结果是唯一的。

又如，在讲授梁弯曲的正应力计算中，首先必须了解正应力分布规律，然后导出计算方式。而正应力是一个抽象的概念，看不见、摸不着。这时，应用推理思维方式，根据应力与应变的关系，通过对应变的了解，推知正应力分布规律，进而改正应力的计算方式。

再如，在叠加法绘制课的内力图中，关键在于掌握叠加原理。即先简支梁在均布荷载和集中力共同作用下梁的支座反力，然后分别计算相同梁在均布荷载和集中力作用下，支座反力，分析支座反力之间的关系，由此得到叠加原理。

五、逆向思维

逆向思维是与正向思维相对而言的。所谓逆向思维是与一般的正向思维相反。逆向思维与正向思维之间存在着互为前提、相互转化、对立统一的关系，逆向思维的运用常常也建立在一定的正向思维的基础上，没有定向思维为基础是很难产生逆向思维。

在平面一般力系平衡方程应用中，一般遇到的问题是已知荷载求支座反力，许多问题千篇一律。这时，如将问题改为已知反力求荷载，就会使问题有新颖，更有灵活性。

如，我们在学简捷法绘制梁的内力图时，一般的作图顺序是由Q图作出V图与M图，但从逆向思维的角度出发，也可以由V图导出Q图、M图，或由M图导出V图Q图。

总之，思维能力的培养是一项循序渐进的过程，而且个体在思维的品质方面存在一定的差异性，固然在建筑力学具体的教学中，要避免未发而助发的现象。采用唯证物观点。具体问题具体分析，在平常的教学中，有目的、有意识加以引导，使力学的教学与思维能力共同发展。

参考文献：

[1]龙驭球，包世华.结构力学.高等教育出版社，2006.

[2]沈养中.工程力学.高等教育出版社，2008.