类比法在飞机结构强度教学中的运用

2019-10-08 版权声明 举报文章

类比法在飞机结构强度教学中的运用

摘要:本文通过几个实例初步探讨了类比法在飞机结构强度教学中的应用情况。从实际的应用情况可知,合理运用类比法,不仅降低学员学习飞机结构强度课程的难度,还可提高学员的分析能力并激发他们的创新思维。总之,类比法是飞机结构强度课程中一种非常有效的学习方法。

关键词:专业基础课;类比法;飞机结构强度

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)05-0188-02

类比法是根据两类事物之间在某些方面的类似或相同,推断出它们在其他方面也可能类似或相同的逻辑思维方法。它是以比较为基础,通过对两类不同事物进行比较,找出它们的相同点或相似点,然后以此为根据,将关于某一事物的知识或结论推移到另一事物中去。它是一种科学有效的学习方法,在教学中运用类比法,对学员知识的迁移能力、理解能力和分析能力的提高和发展有很大好处。飞机结构强度是一门专业基础课,是学员学习后续专业课的基础,对学员今后从事相关专业工作起到理论支撑的作用。但该课程理论较深、内容抽象,不易学员掌握。针对这种现象,笔者结合几年来的教学实践,通过合理应用类比法,不仅使学员掌握了知识,而且还提高了他们分析问题的能力,激发了他们的创新意识。

一、飞机结构强度教学中运用类比法的意义

1.运用类比法符合飞机结构强度的课程特点。飞机结构强度教材,不仅是传播知识的工具,更是训练和培养学员思维能力的最好素材。笔者认为,作为一名飞机结构强度教员,在深入钻研教材的同时,还要注重教材中蕴涵的丰富科学思维方法,并在教学中给予充分利用。尽管飞机结构强度理论深、内容多,但若仔细研究教材的前后内容,我们会发现教材中的一部分内容与生活常识有密切关联、一部分内容与工程力学知识分析方法相似、还有一部分章节的内容在分析方法和研究思路上极为相似,所以很多教学内容适合运用类比法来讲解。

2.运用类比法有助于提高学员的分析能力。飞机结构强度课程的主要内容之一是分析飞机机翼、机身和起落架等部件的受力情况。在学习这些内容时,我们不仅可以运用类比法分析它们在结构型式、外载荷和受力分析中的相似处,还可以揭示这些知识体系的变化、发展过程及其带来的影响,引导学员去感受知识的来龙去脉,形成观察、对比和思考的良好习惯,增强学员分析问题的能力,为他们以后学习专业课和从事专业工作奠定坚实的基础。在飞机结构强度教学中运用类比法,不仅让学生更容易接受新的知识,而且还可提高他们的分析问题能力。

3.运用类比法有助于培养学员的创新意识。与其他方法相比,类比法的或然性最大,但它却是最富有创造性的推理方法,可以为人们的思维过程提供更广阔的“自由创造”天地。在飞机结构强度教学中,根据教材的特点,恰如其分地运用类比法,不仅把抽象且复杂的问题简单化、形象化,还可引导学员去发现新问题、揭示新规律和探索新方法,使学员获得“再发现”的体验。所以,在教学中,类比法是培养学员创新意识的一种有效途径。

二、类比法在飞机结构强度教学中的具体应用

1.公式推导时应用类比法。在公式推导过程中,可以通过类比法,加深公式的理解,便于公式的记忆。如在推导出“水平突风载荷”的飞机升力表达式时,得出“水平突风载荷的方向与飞机航向相反时,飞机的升力增加,飞机上升;反之则飞机下降”的结论。当时,一些学员对这个结论十分惊讶,怎么可能飞机顺风飞行时,反而飞机的升力减少,飞机下降呢?为了便于对这个抽象结论的理解,笔者把学员引导到生活中放风筝的情形。通过放风筝需在逆风条件下进行的例子,让学员在已具备的感知条件下去理解“水平突风载荷”的飞机升力表达式就变得相对容易很多。这样不仅达到事半功倍的效果,而且还扩大了学员的知识面、激发了学员学习这门课的兴趣。

2.理解概念时应用类比法。在学习一些重要概念时,学员们往往只注意这些概念的表面文字,而忽略了这些概念中所含有的一些本质特征。例如飞机过载是飞机结构强度课程中的一个重要概念。它的大小反映飞机结构受载的严重程度。如果理解这个概念的本质,可以和体育比赛项目中的举重项目进行比较。大家知道,举重项目是按公斤级分类的,在同一级比赛中,如果两个运动员举出相同的重量,体重较轻者获胜。这说明仅仅从运动员举多少重量来判断运动员的举重能力是不够的,还应考虑他自身的重量。相同的道理,判断飞机结构受载是否严重,也不是简简单单根据它受力的大小直接判断,而需要结合飞机的重量综合考虑。所以,选用能正确反映飞机结构严重受载程度的指标不是某个力,而应是一个相对值,即飞机过载。这样不仅加深了对概念的理解,还利用生活常识活跃了课堂气氛,让学员在轻松的环境中去学习理论知识。

3.受力分析时应用类比法。飞机结构各部件的受力分析是飞机结构强度课程的核心内容,同时也是该课程的难点之一。在学习飞机结构各部件的受力分析时,学员普遍感到内容抽象、不易理解。例如分析机身结构受力时,可以把机身类比为机翼翼梁。当机身承受垂直载荷时,剪力主要由两侧蒙皮承受,相当于翼梁腹板;弯矩主要由上下大梁(壁板)承受,相当于翼梁缘条。这时机身可以看作是工字翼梁。当机身承受侧向水平载荷时,剪力主要由上下蒙皮承受,相当于翼梁腹板;弯矩主要由两侧大梁(壁板)承受,相当于翼梁缘条。这时机身可以看作是H字翼梁。把机身类比为机翼翼梁,一则机身的受力特点与翼梁相似,二则翼梁的受力特点大家很清楚。这样,把机身看作翼梁进行受力分析时,不仅将新旧知识类比分析,加深学员知识的理解,还突破难点,降低教学难度。

4.评定准则时应用类比法。飞机结构强度课程的内容从大的方面可以分为四大模块,即静强度、刚度、疲劳强度和断裂力学。在学这门课程之前,学员主要接触过这四大模块中的静强度知识,对静强度理论中的评定准则及其应用非常熟悉。在后续的学习中,我们仔细观察会发现这四大模块的评定准则在形式是惊人相似,都是某项数值小于某允许值。所以可以通过和静强度评定准则进行类比来学习其他评定准则。例如,线弹性断裂力学的断裂准则为KI

5.解释现象时应用类比法。战斗机在空战飞行中,需要完成各种机动飞行,飞机过载的大小和方向将不断发生变化,变化的过载会影响飞行员的生理。当飞行员承受大的正过载时,由于惯性力作用,飞行员的血液从头部流上下肢,可能造成脑部缺血等现象;反则,承受大的负过载时,血液会涌上头部,出现脑充血。直接给学员分析飞机过载对飞行员生理的影响,一些学员理解较为困难。若把这种影响与日常生活中的一些体验联系起来,既可加深学员的理解,还可增加课堂的趣味性。通过日常生活例子的类比,可启发学员去联想,由此及彼,寻找答案,从而培养和提高学员的创新思维能力。

6.章节总结时应用类比法。在阶段复习和课程总结时,若将各知识点分散复习,学员不易掌握且层次不清,若能将有关知识进行类比,把一些有内在联系的知识串联起来,建构一定的知识网络,就可以加深学员对知识的理解和掌握。如对于机翼、机身和起落架受力分析的这三章来说,它们在内容安排上均是按“结构―载荷―受力分析―强度结论”的一条主线展开的。因此在复习机翼、机身和起落架的受力分析时可将这三大部件的结构特点、外载荷和受力分析方法分别加以比较。这样不仅增强了知识的系统化,而且揭示了解决强度问题的共同思路,且可启发学员自己去探索新型飞机结构受力分析问题的解题思路。

三、应注意的问题

1.要具备牢固的基础知识。牢固的基础知识是合理应用类比法的前提。类比法要求教员在运用时不仅要熟悉所授课程的内容,而且对其余课程如基础课、专业课,甚至对日常生活的相关内容也要有所了解,同时还要掌握教育学的基本理论。也就是说,教员不仅要精通专业,还要博览群书,有丰富的知识储备。只有这样才有可能巧妙而准确地选择类比对象,讲好飞机结构强度课程。

2.要讲究科学的理论依据。运用旧知识采用类比法推理出新知识时,一般仅是根据简单比较而进行的推理,并不具体分析事物间联系的性质,因此得到的结论也并不具有逻辑的必然性,其结论不一定完全正确,因此在类比时必须用经过论证的理论作依据,不能盲目类推,否则将谬论百出。

3.要抓住事物的本质属性。类比法就其本质来讲是一种发现的方法,而非严格的推理。所以要提高类比的可靠性,不能以表面相似为根据作肤浅的类比,而应以事物本质联系为根据进行类比。只有这样,得出的结论才较为可靠。

通过上述问题的分析,不难发现,类比方法在飞机结构强度课程教学中的应用,能使抽象、复杂的问题形象、生动起来,从而激发出学生的学习兴趣,提高教学效果。当然,在类比的过程中也需要注意各种不同事物之间的差异和区别,在概念、原理的讲解中,应当进一步把它们的本质讲清楚。只有这样,才能使学生更好地理解所学习的内容,启发学生的思维,加深理解,触类旁通。

参考文献:

[1]刘卫.类比法在材料力学教学中的运用[J].华北航天工业学院学报,2001,3(1).

[2]徐杏华.类比法在力学教学中的运用[J].高等建筑教育,2004,13(2).

[3]朱曼丽.浅谈类比法在刚体力学教学中的应用[J].中国科技博览,2014,(8).

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