从理论力学教学中找到创新思维的“生长点”_王欣.pdf

23 技术创新5高等教育对创新力提出的培养要求，实际上是对本科生学借助思维导图（图1所示）来实现。以致用基本要求的高级体现。因为创新从本质上讲就是解决问题，只不过不是常规思路的解决问题，而是具有创新意义的、超乎寻常的解决问题。笔者认为，问题解决方法的从无到有是创新，推陈出新是创新，由繁到简同样也是创新。而提升创新能力则需要创新思维的培养。创新思维是指以新颖独创的方法解决问题的思维过程，借助这种思维能突破常规思维的界限，2提出独到的解决方案。创新思维渗透于人的各种思维活动中，是逻辑思维、直觉思维的综合应用，体现了人的主观意识与潜图1 描述运动学部分计算方法的思维导图意识的协同作用。约瑟夫沃拉斯提出的“四阶段模型”指出，该思维导图将刚体的运动设为关键词，说明运动学的主要3研究对象是刚体，它存在三种运动形式：平行移动、定轴转动创新思维包括准备、沉思、启迪和求证阶段。其中，第一、第和平面运动，不同分支下列出的方法用于求解该种运动形式的四阶段主要涉及逻辑思维（显意识思维），第二、第三阶段则刚体上点的速度、加速度。三种运动形式中，平行移动的刚体涉及直觉及顿悟思维（潜意识思维）。因此，对于教育者来等效于一个质点的运动，通过思维导图非常直观地实现了刚体说，我们需要尽力培养学习者的逻辑思维能力，以期待当学习运动的新内容与质点运动的旧知识的联系。者的大脑受到某种“情景”的激发，能产生潜意识思考问题的2 通过问题导向培养逆向思维 瞬间“顿悟”。逆向思维也称反向思维、求异思维，是从问题的相反面深1 借助思维导图培养发散思维入地进行探索，敢于“反其道而思之”，树立新思想，创立新发散思维，是指大脑在思维时呈现的一种发散状态的思维形象。遇到问题时，学习者习惯于按照常规的正向思维去思模式，它表现为个人的思维沿许多不同的方向扩展，使观念发考，一旦正向思维受阻，就会觉得问题无法解决。这种情况散到各个有关方面，最终产生多种可能的答案，因而较易产生下，如果及时以问题为导向进行逆向思维，常常会取得意想不独到的新颖观念。很多心理学家认为，发散思维是创新思维最到的功效。主要的特点，是测定创造力的主要标志之一。而将发散思维显4应用如下：性化的方法，是由英国人东尼博赞 提出的思维导图。该法借理论力学静力学部分最基础的问题是求解静定结构中的约助图解形式来表达概念、思想、理论等，通过从中央关键词发束力，重点考查学习者合适研究散出去的分支，更好地显示了各层次之间的关系。同层次的节对象的选取能力及平衡方程的应点数代表思维的广度，某分支的长度代表思维的深度。用能力。现以哈工大版理论力应用如下：6学 的习题为例说明如何以问题在学习理论力学的运动学时，许多学习者反映该部分给出为导向利用逆向思维求解问题。的运动参数的求解方法较多，解题时不知道该用哪个？出现这例：不计图2所示结构中各构种困惑主要在于运动学部分的研究对象发生了改变，学习者已件的自重，A处为固定端约束，有的知识体系中只有单个质点运动的概念（包括运动轨迹、速C处为光滑接触，D处为铰链连度、加速度），而作为由无数质点组成的系统，刚体的运动分接，F=F=400N，M=300Nm，析方法需要重新构建。如何从质点发散到刚体，这种联系可以12从理论力学教学中找到创新思维的“生长点”青岛农业大学 王 欣 王方艳任课教师想要打造“金 1课”，课程内容的创新性是其必备特点；本科生想要顺利毕业，创新创业学分是其必备要求。可见，当今的高等教育已将创新力方面的目标纳入教育体系中。如何在所授课程中挖掘创新性，找 到 创 新 思 维 的“生 长点”，是任课教师亟待解决的问题。本文以理论力学课程为例，就课程内容如何与创新思维相联系进行了分析。图2242023 年 第 3 期例：图3所示四连杆机构中，连杆AB上固结一块三角板AB=BC=400mm，CD=DE=300mm，=45。求固定端A处与ABD。机构由曲柄O A带动。已知：曲柄的角速度=2rad/s；铰链D处的约束力。1O1A分析：根据各支座的约束性质，A，D共受五个约束力作O A=0.1m，O O =0.05 m，AD=0.05 m；当O A铅直时，AB平1121用。因为平面任意力系具有三个独立的平衡方程，该题至少需行于O O，且AD与AO 在同一直线上；角 =30。求三角板121要选两次研究对象。若利用正向思维：ABD的角速度和点D的速度。选研究对象列方程求解方程，得到约束力。基点法：以A为基点进行求解（矢量合成关系如图4所示）：很多学习者在第一步就会被困住，这是由两根杆组成的系 v =v +v BABA统，应该首先选哪个物体作为研究对象合适呢？但如果以问题方向：为导向，采用逆向思维：大小：？O A？1O1A.求解约束力列方程选研究对象。可求得 v=v tg 故=v/AB=1.072rad/sBAAABD BA也就是说，为了求解未知的约束力，我们需要列方程，而再以A为基点求D点的速度：方程必须有依托的载体，这就是我们要选的研究对象。因此，v =v +v DADA合适的研究对象须是能求解相关未知数的，而不仅仅是能列方方向：？程就可以，这就意味着合适的研究对象上必须保证未知力的个大小：？O A AD 1O1A.ABD数和方程数是相同的，只有这样才能求解出相关未知数。可得 v=v+v =0.254m/s。DA DA本题中可作为研究对象的物体包括：整体、DE杆、AC杆，瞬心法（如图5所示）：各物体的力系性质、其上未知力的个数、能列平衡方程的个数根据A、B两点的速度方向可得该瞬时ABD的瞬心位于点及相减以后的差值如表1所示。P，从而得到：=v/AP=1.072rad/s 故 v=DP=0.254rad/sABD AD ABD通过比较两种不同方法的求解过程，很明显通过将基点法演绎到特殊的瞬心后，作图过程及计算过程得到明显简化。表1 研究对象的相关参数表由表中看出，只有DE杆满足方程数与未知力个数相同，故应先选DE杆为研究对象以求得D处的约束力。为了下一步求解A处的约束力，继续分析。表2 研究对象的相关参数表很明显，第二次需要以整体为研究对象再列三个平衡方 图4 图5程，即可求得固定端A处的约束力。至此，此题选两次研究对象4 结束语共列四个平衡方程后得以求解。结合理论力学的教学内容，本文找到了发散思维、逆向思3 结合大题“小”做培养演绎思维维及演绎思维的“生长点”，从而达到提高学习者创新能力的演绎思维是由一般到特殊的思维模式。该思维是基于已存目的。但对于任课教师来说，培养学习者的创新思维是个漫长在的一般性客观事实，将属于该事实的特殊子范畴代入，从而的过程，因其不同于知识、技能的传授与培养，无法按照确定得到相关结论。由于子范畴的特殊性，往往会使得到的结论更的指标来衡量。但是创新并不是孤立存在的，它是以知识和技简洁，易于实现大题“小”做，难事易做。能为基础的，因为顿悟从来只会光顾那些有准备的人。因此，应用如下：创新思维的培养需要植根于知识和技能的教育，也就是仍然离平面运动刚体上点的速度不开教师的课程内容和授课课堂。课堂授课过程中，如何在课求解是理论力学运动学部分的程内容的“主干”中找到创造性思维生长的“点”是需要不断重点，也是难点。基点法是根思索和积累的。据平面运动的运动分解得到的最基础的速度求解方法，但由于需要进行速度合成，故计算1 吴岩.建设中国“金课”J.中国大学教育,2018(12):4-9.过程比较繁琐。但既然基点法2 周喜红,信息技术与大学生创新思维协同互动的研究J.科可以以任意点为基点进行分教导刊,2018(12):41.析，就可将该理论演绎到特殊3 王亚东,赵亮,等.创造性思维与创新方法M.北京:清华大点，即可将速度为零的点选作学出版社,2018:3.基点进行求解，这也就是瞬心法的由来。现以哈工大版理论4 东尼博赞.思维导图大脑使用说明书M.北京:外语教6力学 的习题为例说明如何以演绎思维得到的瞬心法进行求学与研究出版社,2005:9-10.5 王欣,李清清.利用思维导图提高理论力学教（下转68页）解。【参考文献】图3682023 年 第 3 期和储存的质量和效率。对未来的事件或数据进行预测。因此，林业工作人员可以将数2.2 三维可视化技术据挖掘技术应用于海量的林业数据分析中，从中提取出一些有可视化技术是一种将各种非常抽象的符号转化为平面或立用的林业信息，进而认识林业系统的演化和发展规律，为林业体图形的显示方法，主要分为两种：二维；三维。目前，工程的规划、分析以及决策提供一定的技术支持。二维可视化技术已经十分成熟，应用也比较广泛。而三维可视2.6 3S技术化技术则刚刚起步，利用该技术能够对林业资源进行数值模3S技术是指从空中接收到来自地球表面各种物体的电磁波拟，演示各种资源的分布情况。另外，三维可视化技术还可以信息，然后对它们进行多种处理和分析，如扫描、摄影以及传模拟和预测森林火灾、病虫害等情况，有助于林业的生产、经输等，进而对这些物体和相关现象进行远距离或超远距离控测营和管理。近些年以来，随着林业模型以及场景的复杂度持续以及识别的信息技术。3S技术主要有三种：遥感技术；全增加，工作人员对三维可视化技术的实时性、精确性、逼真度球定位系统；地理信息系统。目前，3S技术已经成为了林业等方面的要求越来越高，各种实时图形软件在数字林业中的应数据采集、获取、处理、管理、分析的重要技术之一。长时间5以来，我国林业信息的调查和监测主要都是采用一些传统的测用越来越广泛。量方法，如目测法、航测法、角规法等，这些方法存在一定的2.3 网络技术一般而言，网络平台是数字林业实现资源共享的基础平缺陷：精度差；效率低；信息量少；不能进行数字化台，因此网络技术也是数字林业的关键技术之一。针对数字林成图，导致林业信息的更新十分缓慢，给林业各项工作带来极4-6业数据量巨大、涉及内容多、访问频次高、传输速率快的需大的不便。3S技术可以通过遥感影像图摸清对林业资源的动求，网络技术必须满足以下三点要求：遵循行业标准的各种态分布情况，从而为林业资源的管理、监测和规划等工作提供6规范以及接口；具有开放性、扩充性以及兼容性等特点；非常重要的科学依据。5-6仪器设备的性能好，技术先进，安全可靠。其次，在网络结3 结论与认识构设计过程中，应该根据分布式数据储存的特点，将网络结构林业在国民经济和社会发展中具有十分重要的作用，不但分成三个层次：局域网；广域网；国际互联网。数字林关系到我国生态环境的安全，而且还关系到国民经济的发展。业的各个数据中心和信息系统主要是以广域网为基础，该网络林业发展必须依靠科技进步，改变传统的生产、经营以及管理是将全国各个地方林业企事业单位联系起来，实现林业信息共的方式方法，运用各种高新技术，促进林业的可持续发展。数享。字林业的建设和发展可以有效提高我国林业的信息化水平，提2.4 数据共享技术高林业产业生产、经营、管理的质量和效率。其次，数字林业为了提高数字林业应用的实用性和广泛性，必须引入数据可以帮助林业工作人员深入了解各个地区生态环境建设的基本共享技术，该技术是指利用计算机和相应的软件读取他人数状况，为国家生态环境的规划和建设提供良好的数据依据。据，并且能够进行各种处理和分析的方法。构建比较成熟和完善的数字林业系统，必要条件之一就是需要大量的数据积累和1 刘懋辉.浅谈新时代我国林业的发展J.内江科技,2019,40分析处理经验。目前，现有的林业数据因技术上存在一定的缺(09):78陷，给数据共享带来了比较大的困难。为了解决数据共享的难2 张涵雨,陶建军.中国木材供需分析J.赤峰学院学报(自然题，主要有以下三种措施：制定统一的行业标准，并且对数科学版),2021,37(09):86-89据的获取和交换方式进行统一规范，不但可以提高数据管理的3 周众灵.运用数字林业技术加强林业管理探析J.智慧农业效率，而且又有利于信息检索；研发开放式地理信息系统，导刊,2021,1(18):4-6该系统可以支持不同数据的动态调用，从而让林业数据的数据4 陈凯,刘辉.我国“数字林业”现阶段主要建设内容的研共享成为可能；制定统一的技术