創(chuàng)新思維在求解簡(jiǎn)單多剛體系統(tǒng)平衡問題中的應(yīng)用

摘要?jiǎng)?chuàng)新是世界發(fā)展的動(dòng)力，創(chuàng)新思維在新的方向上能獲取創(chuàng)造性成果。發(fā)散性思維是創(chuàng)新思維的核心，創(chuàng)新思維運(yùn)用到工程力學(xué)中，通過詳細(xì)舉例說明發(fā)散性創(chuàng)新思維在求解簡(jiǎn)單多剛體系統(tǒng)平衡問題的應(yīng)用，可以做到解一題就能理解一類題(觸類旁通)，學(xué)習(xí)效率必然會(huì)大大提高。但創(chuàng)新思維不是一成不變的，教師要在平時(shí)教學(xué)中根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)際，創(chuàng)造出更靈活而有效的創(chuàng)新思維教學(xué)。

關(guān)鍵詞創(chuàng)新思維 工程力學(xué) 多剛體系統(tǒng) 平衡

中圖分類號(hào):G420文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

創(chuàng)新是人類不斷推陳出新的過程。在力學(xué)發(fā)展史上，正是憑著創(chuàng)新精神，許多科學(xué)家深入鉆研力學(xué)，成就了大事業(yè)。在教育理念發(fā)生著深刻變革的今天，我們應(yīng)積極探索開放式、研究式、交互式、多樣化、多維度的教學(xué)方法，將創(chuàng)新能力的教育和培養(yǎng)貫穿于教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)，使學(xué)生具有強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)，積極的創(chuàng)新思維和優(yōu)良的創(chuàng)新能力。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們應(yīng)在教學(xué)活動(dòng)中不斷培養(yǎng)、完善學(xué)生的創(chuàng)造性智能結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)包括四大部分:基本知識(shí)、創(chuàng)新素質(zhì)、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新方法。

創(chuàng)新思維就是不受現(xiàn)成的常規(guī)的思路的約束，尋求對(duì)問題的全新的獨(dú)特性的解答和方法的思維過程。發(fā)散性思維是創(chuàng)新思維的核心，它是一種開發(fā)性思維，其過程是從某一點(diǎn)出發(fā)，既無一定方向，也無一定范圍，發(fā)散思維的多方向性，是人們從習(xí)慣的單方向觀察事物轉(zhuǎn)向多角度觀察事物，能使人們?cè)谒伎紗栴}、科學(xué)研究中適時(shí)轉(zhuǎn)變研究方向，引發(fā)創(chuàng)造性成果。這種思維的產(chǎn)生并獲得成功，主要依賴以下幾點(diǎn):(1)在一個(gè)問題面前盡量提出多種設(shè)想、多種方案，以擴(kuò)大選擇的余地。(2)“換元機(jī)智”，即靈活地變換影響事物質(zhì)和量的諸多因素中的某一個(gè)，從而產(chǎn)生新的思路。(3)“轉(zhuǎn)向機(jī)智”，即思維在一個(gè)方向受阻時(shí)，便馬上轉(zhuǎn)向另一個(gè)方向，在新的方向上獲取創(chuàng)造性成果。

在解題中追求一題多解、觸類旁通，是鍛煉發(fā)散性思維的極好形式。工程力學(xué)題型眾多，若深入題海不能自拔，常常會(huì)迷失方向。如果認(rèn)真剖析習(xí)題，會(huì)發(fā)現(xiàn)工程力學(xué)習(xí)題即來自于工程實(shí)際，又是力學(xué)工作者應(yīng)用發(fā)散性思維的創(chuàng)新性成果。他們?yōu)榱耸箤W(xué)習(xí)者通過解題掌握基本理論、基本概念和基本內(nèi)容，創(chuàng)造了很多題型。例如設(shè)計(jì)同一種力系作用在三角形、矩形、圓形等各種形狀的物體上，實(shí)際上就是力系作用的物體形狀、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生發(fā)散，這樣就創(chuàng)造了許多不同的題目。學(xué)習(xí)者就是要從題海中將考核同一知識(shí)結(jié)構(gòu)或同一知識(shí)點(diǎn)的題型歸類，做到解一題就能理解一類題(觸類旁通)，學(xué)習(xí)效率必然會(huì)大大提高。

多剛體系統(tǒng)是多個(gè)剛體通過約束連接而構(gòu)成的系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)平衡時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的每一個(gè)物體都處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)就談?wù)劙l(fā)散性創(chuàng)新思維在求解簡(jiǎn)單多剛體系統(tǒng)平衡問題的應(yīng)用。

1用靜力分析方法求解簡(jiǎn)單多剛體系統(tǒng)平衡問題的原則

系統(tǒng)(整體)平衡，子系統(tǒng)(局部)亦平衡的原則揭示了系統(tǒng)中每個(gè)物體平衡則物系必然平衡的規(guī)律，它可以指導(dǎo)學(xué)生解決以下問題:

(1) 指導(dǎo)物系受力分析的正確性。

(2) 判斷n個(gè)物體組成的物系可以列出多少個(gè)獨(dú)立方程。理解這個(gè)原則，可以避免無原則、無止境地列平衡方程，造成一些“偽平衡方程”。如有的系統(tǒng)平衡時(shí)，總的獨(dú)立方程數(shù)為6個(gè)，但初學(xué)者會(huì)列出9個(gè)方程，即整體列3個(gè)方程，每個(gè)物體各列3個(gè)方程。殊不知每個(gè)物體平衡時(shí)，整體系統(tǒng)自然平衡的道理。

(3) 理解n個(gè)物體組成的多剛體系統(tǒng)，總的獨(dú)立平衡方程數(shù)和解決具體問題所需要的獨(dú)立平衡方程數(shù)的區(qū)別。初學(xué)者常常不能把握一個(gè)題目究竟要列多少個(gè)方程才能順利解題。其原因是:①不能靈活選擇分離體;②不能正確理解“總獨(dú)立平衡方程數(shù)”(總儲(chǔ)備量)和“所需的平衡方程數(shù)”(所需量)的區(qū)別與聯(lián)系。

(4) 盡可能做到一個(gè)方程求解一個(gè)未知數(shù)的原則。表現(xiàn)在取未知力的交點(diǎn)為矩心;靈活選取分離體等方面。

(5) 主動(dòng)力系等效簡(jiǎn)化的原則。當(dāng)分布載荷作用于系統(tǒng)的兩個(gè)相鄰物體上時(shí)，無論研究整體還是研究局部平衡，都按等效力系對(duì)分布載荷進(jìn)行正確的簡(jiǎn)化。

(6) 舉例:已知如圖1.1，L、M、q均已知，求固定端A處和活動(dòng)鉸鏈C處的約束力。

在此基礎(chǔ)上重新考慮整體平衡，三個(gè)獨(dú)立方程，三個(gè)未知數(shù)，問題可以順利解決(本題知識(shí)點(diǎn):物體受力分析方法，固定端約束力的畫法，矩心的選擇，主動(dòng)力系的等效簡(jiǎn)化)。

解:1. 取BC為分離體，其受力如圖1.2(b)所示，均布力由qL等效代換，建立坐標(biāo)系如圖所示，列方程求解

∑MB = 0FRC€?L - M -= 0

解得 FRC =+

2. 取整體為研究對(duì)象，其受力圖如圖a)所示，均布力由2qL等效代換，坐標(biāo)系如圖所示，列方程求解

解得

2 發(fā)散性思維在求解簡(jiǎn)單多剛體系統(tǒng)平衡問題中的應(yīng)用

如圖1.1，用以如下思路去分析求解。

這類工程問題在建造時(shí)是先建基本部分(如AC剛體)，再建附屬部分(如CE剛體)，而拆系統(tǒng)時(shí)，是先拆附屬部分，后拆基本部分，就如搭積木一樣，先搭的后拆，后搭的先拆，解次類題和拆工程、拆積木一樣，是結(jié)構(gòu)發(fā)散性思維的問題，其基本步驟是先取附屬部分為研究對(duì)象，最后取整體或基本部分為研究對(duì)象，這樣可以滿足一個(gè)方程解一個(gè)未知數(shù)的原則。

分析此題的思維流程圖如下:

結(jié)構(gòu)和主動(dòng)力系作用形式上同時(shí)發(fā)散，還可以得到很多的題型。

又如:已知圖示多跨靜定梁的支承及載荷情況，求支座A、B和D的反力。

分析此題的思維流程圖如下:

3結(jié)束語(yǔ)

通過創(chuàng)新思維的訓(xùn)練，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新的欲望，克服了學(xué)生的厭學(xué)情緒，提高學(xué)生解決問題的能力，培育了學(xué)生自主學(xué)習(xí)精神。但是學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，是一項(xiàng)艱辛而長(zhǎng)期工作。而且創(chuàng)新思維不是一成不變的，教師要在平時(shí)教學(xué)中根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)際，創(chuàng)造出更靈活而有效的創(chuàng)新思維教學(xué)。

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