《鋼結(jié)構(gòu)》教學中的易錯之處及對策分析

【摘要】《鋼結(jié)構(gòu)》是土木工程專業(yè)的一門主干課程，焊縫連接計算是本門課程的主要教學內(nèi)容及難點，在教學中過程中發(fā)現(xiàn)學生對各種焊縫的計算類型區(qū)分困難，解題出錯率高，基于多年教學經(jīng)驗，本文列舉了一些典型例題，并給出對策及解決辦法，供同仁參考。

【關鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)焊縫連接 慣性思維 空間能力

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）28-0237-02

《鋼結(jié)構(gòu)》作為土木工程專業(yè)的專業(yè)技術課，為本科教學必修課。鋼結(jié)構(gòu)的焊縫連接計算是本門課程的重要內(nèi)容，在教學中發(fā)現(xiàn)以下幾點問題：習題類型較多，區(qū)分困難；學生反映題目較難，作業(yè)中出錯率較高。根據(jù)大量批閱作業(yè)和歷年試卷分析，從中找到了以下幾點共性的問題，并提出解決方法。

一、慣性思維約束造成的錯誤及應對措施

（一）慣性思維

慣性定律表明，物體在平衡狀態(tài)下會保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)。從這一定律，可知物體都有保持其原有運動狀態(tài)的特性，稱為“慣性”；如果要改變物體的運動狀態(tài)，必須有外部其他因素的“作用”，對一般物體來說，“作用”即外部所加的荷載。

其實不僅自然界中的物體會有慣性，人類的思維一樣有慣性，即人們運用一種習慣的思路和固定的思維模式思考、解決相同或相似的問題。慣性思維既有其優(yōu)勢所在，也有不利的一面。

（二）慣性思維的優(yōu)勢

慣性思維的優(yōu)勢之一，“習慣成自然”。要形成一般的解題思路，可以借助這一點。首先課上講解典型例題，然后布置相應習題作為作業(yè)，再在下一堂課中重申解題思路，“習慣成自然”，學生的解題思路水到渠成。如在鋼結(jié)構(gòu)焊縫連接這一章中，主要有兩大類習題：對接焊縫和角焊縫，總的解題思路也按此兩類劃分：

對接焊縫連接計算基本思路：焊縫形狀與母材截面形狀一致，應用材料力學中的基本公式，再考慮鋼材在復雜應力作用下的折算應力。

角焊縫連接計算基本思路：分清正面與側(cè)面角焊縫，應用《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》給定的強度計算表達式進行計算。

只要建立了兩類題目的解題思路，學生就不會出現(xiàn)大的錯誤。慣性思維的優(yōu)勢之二，“溫故而知新”。學生在學習與舊知識類似的新知識時，可憑借這一點優(yōu)勢。如工字型或T型牛腿與柱的連接焊縫，可設計成對接焊縫或角焊縫。在講解對接焊縫作為牛腿連接焊縫中，詳細的分析了焊縫形狀、所受內(nèi)力、強度驗算等，而到角焊縫中，重點放在與對接焊縫不同的焊縫形狀上，而對內(nèi)力分析僅一句“與對接焊縫相同”帶過，這不僅節(jié)約了課堂時間，也有助于學生形成知識鏈，前后貫通。

（三）慣性思維的劣勢

一般的解題思路形成之后，會導致學生的思維惰性，反而不利于透徹的分析問題，防礙思路的拓展和創(chuàng)新。

例一：工字型對接焊縫，受彎矩、剪力共同作用，需計算以下內(nèi)容：

？滓max=■≤f■■（1） ？子max=■≤f■■ （2）■≤1.1f■■（3）

而其中σ1的計算，可根據(jù)正應力線性分布，由σ1=？滓max·■求得。

例二：工字型對接焊縫，受彎矩、剪力和軸力的共同作用，需計算以下內(nèi)容：

？滓max=■±■≤f■■（4） ？子max=■≤f■■ （5）

■≤1.1f■■（6） ■≤1.1f■■（7）

在這兩類相似問題中，絕大部分學生會錯在同一個地方，即（3）式和（7）式的差別。例一中σ1的計算，根據(jù)正應力線性分布，由σ1=？滓max·■求得，在求解例二時，學生依據(jù)慣性思維，也同樣應用σ1=？滓max·■求出，但應注意例二中的σmax是由彎矩引起的最大正應力？滓■■=■和軸力引起的正應力？滓■■=■兩部分組成，所以正確解答為σ1=？滓■·■。

針對這種錯誤，可以采取重“異”輕“同”，抽絲撥繭的細化方法。要求學生不要去機械的記憶公式，而是解題時畫上對應的應力圖。只要能正確的畫出應力圖，以上易錯之處就迎刃而解了。

二、低級錯誤的出現(xiàn)及應對措施

（一）化繁為簡

曾經(jīng)在考試中多次出現(xiàn)這樣的錯誤：題目要求的是對接焊縫連接計算，而有的學生卻按角焊縫進行計算，反之，也有。此類純屬低級錯誤，要消除此類錯誤，應找到簡便易行、一目了然的方法，而不是去一味地強調(diào)兩類計算在力學特征、焊縫截面形式等細節(jié)方面的問題，那只會增加學生的畏難情緒。

（二）尋根溯源，消除由緊張造成的低級錯誤

有些低級錯誤，如計算錯誤、量綱錯誤、看錯題、筆誤，多數(shù)由于考試緊張情緒造成。

由于本門課程自身特點，公式較多，且容易混淆，學生考試前忙于記憶大量公式，疏于整理解題思路，導致考試時情緒緊張，思路一片混亂。但學生畢業(yè)后用到這些公式時，可以翻查手邊的規(guī)范，記不記得住公式并不重要。鑒于此類情況，我采用了這樣的方法：考前把較復雜的公式作為附頁放在試卷最后，重點要求學生會用公式，有自己的解題思路。在實際應用中，不僅成績提高較顯著，學生學習這門課程的興趣也提高了很多。

三、空間能力差所造成的錯誤及應對措施

（一）激發(fā)學生的興趣

課堂上，當語言難以表達時，盡可能找到簡單的道具，為學生現(xiàn)場“表演”，并引導學生自己進行演示，增加感官認識。如彎矩和扭矩的區(qū)分問題，經(jīng)過《材料力學》和《結(jié)構(gòu)力學》的學習，學生已掌握彎矩圖和扭矩圖的畫法，但一碰到實際工程還是辨認不清，導致做題出錯。課堂上，師生一起用紙板演示兩者的不同，學生們興趣盎然。

（二）加強實踐

工科屬應用性學科，帶有很強的實踐性，而學生們空間能力較差，更喜歡“紙上談兵”，平面思維。我校新校區(qū)基建工程較多，而一般工地上很多臨時建筑多屬于輕鋼結(jié)構(gòu)，另外，校區(qū)車庫為鋼屋架結(jié)構(gòu)，這些生活中活生生的“例題”，被不斷的引入課堂教學，或?qū)嵉貐⒂^在建和已建工程，或收集實際施工圖紙，學生的空間能力明顯加強。

四、幾點建議

（一）加強識圖能力

本專業(yè)的識圖課程應增加“金屬結(jié)構(gòu)”的識圖，這將有利于減少學生因看不懂或看錯圖而做錯題目。

（二）加強力學課程與結(jié)構(gòu)課程的貫通性

慣性矩的計算一直是學生出錯較多的地方，建議《材料力學》加強有關章節(jié)的訓練，并提醒學生在結(jié)構(gòu)類課程中，慣性矩的計算是基礎，一定要把基礎打好。

（三）針對不同專業(yè)，設立相關的課程設計

現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)設計工作有很多是由施工單位自行設計，自己施工，所以國際工程營造方向（即施工方向）的本科生，可設立廠房，鋼屋架，輕鋼結(jié)構(gòu)等設計，并結(jié)合工地實習，重點培養(yǎng)識圖及現(xiàn)場施工參與能力。而對于以后有可能進入設計單位工作的土木工程專業(yè)，開設單層廠房，鋼骨結(jié)構(gòu)，鋼屋架等設計，重點掌握鋼結(jié)構(gòu)設計基本程序。

參考文獻：

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[2]金建偉.慣性定律和慣性思維[J].技術物理教學，2002（3）：17-18.

[3]董事爾，張鵬.鋼結(jié)構(gòu)的應用前景及教學思考[J] .高等建筑教育，2003（9）：34-37.

作者簡介：

陳春霞（1973-），女，山東德州市人，講師，碩士。