结构力学教学中的答疑解惑新思维
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摘要：答疑解惑是教学过程中教师的必修课，如何创新巧妙地解决学生学习过程中的疑点问题是保证教学质量的关键所在。本文梳理了结构力学教学过程中学生普遍存在的共性疑点问题，采用类比加图示、计算证明、正反问题对比等方法进行了创新性解答，教学效果良好，培养了学生的发散思维能力，对学生掌握好课程的全部内容起到了积极地促进作用。
关键词：类比；图示；证明；对比
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）06-0253-03
结构力学是工科土建类专业的专业基础课，在整个专业培养中起着承上启下的桥梁作用。学生在学习过程中出现的任何疑点都会影响后续章节的学习，以至于影响整个课程的掌握，所以在整个教学过程中，要随时关注学生的学习动态，对一些不好理解的关键点要讲清讲透，采取的方式方法要灵活多样，以便于学生理解掌握，提高教学效果，为后续课程打下坚实的结构力学基础。
一、类比加图示使抽象问题一目了然
结构力学中有些问题很抽象，学生不好理解，形象类比能使理论难点简单化。如平面体系的几何组成分析中“自由度”的概念是本章内容的理论难点。体系的自由度可以理解为“体系运动时的自由程度”，类比“水深”用深度、“身高”用高度表示一样，“体系运动时的自由程度”就是用自由度来衡量，所以自由度就是“确定体系位置所需的独立坐标的个数”。如平面内移动的一点要确定其位置需要两个坐标，所以具有两个自由度。自由度又分为实际自由度和计算自由度，实际自由度是杆系结构自身所具有的自由度，恒为非负数，而计算自由度是杆系体系自身所具有的自由度，可正可负可零。理论上因计算自由度比实际自由度更容易计算，用计算自由度更容易进行杆系性质的判别，计算自由度大于零说明杆系是几何可变体系，缺少约束；而计算自由度小于等于零是保证杆系为几何不变的必要条件，也就是说杆系的计算自由度小于等于零不能保证杆系即为杆系结构，只有杆系为杆系结构时计算自由度才一定小于等于零，这个“必要条件”用图1说明，即可一目了然。
从图1就可以很明显的看出计算自由度W和实际自由度S的实质含义及两者之间的关系，即S≥W，W≤0是保证杆系为杆系结构的必要条件。
再如对称性利用是简化结构计算的有效方法，半刚架法是利用结构的对称性选取半结构进行计算。半结构的选取原则是根据对称结构在对称荷载、反对称荷载作用下对称轴处的受力和变形特点进行选取的。对于奇数跨因对称轴截面可以切开，根据此截面的受力和变形特点很容易取出半结构，但对于偶数跨因对称轴处有竖柱，所以半刚架的取出历届都是难点问题。图2（a）所示的偶数跨在对称荷载作用下因变形对称，故K点没有水平位移和角位移，又因弹性小变形下忽略轴向变形，所以K点也没有竖向位移；从受力角度对称结构对称荷载轴力、弯矩正对称，剪力反对称，且K左、K右处存在有轴力、剪力和彎矩，把K点取出其受力如图2（b）所示，根据结点K的平衡可知竖柱只受轴力，在忽略轴向变形的前提下结点K没有任何位移，从变形和受力两方面都符合固定端的性质，所以所取半结构如图2（c）所示。
三、正反对比使难点问题的掌握简单化
结构力学中的力法和位移法是求解简单超静定结构的基本方法，是学生必须掌握的结构力学重点内容，力法因是把多余力作为基本未知量，和前边的知识联系密切，比较好理解，但位移法是以独立位移作为基本未知量，是力法求解的逆运算，从思维模式上和力法相反，是结构力学的难点之一，把这两章内容在详细讲解基本原理的基础上对应起来，加以比较总结提炼，抽取出力法和位移法的理论精髓，形成六字口诀，即力法为解、代、调、四基本，位移法为加、代、平、四基本，详细解释如表2所示。
根据六字口诀，学生既能掌握好每一种方法，又能看到两种方法的区别，掌握起来得心应手。
结构力学的学习过程是一个循序渐进的过程，只有在学习过程中脚踏实地，不断解决所遇到的各种疑难问题，才能掌握好结构力学的基本内容，真正为后续课程打下坚实的结构力学基础。
参考文献：
[1]严心池，盖京波.结构力学教学核心概念的精细研究[J].力学与实践，2016，38（4）：453-455.
[2]吴艾辉.同伴教学法在基础力学教学的应用[J].力学与实践，2016，38（6）：673-675.
[3]邱秀梅，戴景军.平面体系几何组成分析的方法技巧[J].力学与实践，2009，31（2）：80-82.
[4]鲁彩凤.对结构力学中“剪切变形对位移的影响”的进一步探讨[J].力学与实践，2016，38（2）：199-202.
[5]邱秀梅，王素华，等.工科土建类专业力学课程的教法研究[J].高等农业教育，2013，269（11）：80-82.
[6]龙驭球，包世华，等.结构力学I—基本教程[M].第2版.北京：高等教育出版社，2006.
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