《钢结构》教学中的易错之处及对策分析

【摘要】《钢结构》是土木工程专业的一门主干课程，焊缝连接计算是本门课程的主要教学内容及难点，在教学中过程中发现学生对各种焊缝的计算类型区分困难，解题出错率高，基于多年教学经验，本文列举了一些典型例题，并给出对策及解决办法，供同仁参考。

【关键词】钢结构焊缝连接 惯性思维 空间能力

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）28-0237-02

《钢结构》作为土木工程专业的专业技术课，为本科教学必修课。钢结构的焊缝连接计算是本门课程的重要内容，在教学中发现以下几点问题：习题类型较多，区分困难；学生反映题目较难，作业中出错率较高。根据大量批阅作业和历年试卷分析，从中找到了以下几点共性的问题，并提出解决方法。

一、惯性思维约束造成的错误及应对措施

（一）惯性思维

惯性定律表明，物体在平衡状态下会保持静止或匀速直线运动状态。从这一定律，可知物体都有保持其原有运动状态的特性，称为“惯性”；如果要改变物体的运动状态，必须有外部其他因素的“作用”，对一般物体来说，“作用”即外部所加的荷载。

其实不仅自然界中的物体会有惯性，人类的思维一样有惯性，即人们运用一种习惯的思路和固定的思维模式思考、解决相同或相似的问题。惯性思维既有其优势所在，也有不利的一面。

（二）惯性思维的优势

惯性思维的优势之一，“习惯成自然”。要形成一般的解题思路，可以借助这一点。首先课上讲解典型例题，然后布置相应习题作为作业，再在下一堂课中重申解题思路，“习惯成自然”，学生的解题思路水到渠成。如在钢结构焊缝连接这一章中，主要有两大类习题：对接焊縫和角焊缝，总的解题思路也按此两类划分：

对接焊缝连接计算基本思路：焊缝形状与母材截面形状一致，应用材料力学中的基本公式，再考虑钢材在复杂应力作用下的折算应力。

角焊缝连接计算基本思路：分清正面与侧面角焊缝，应用《钢结构设计规范》给定的强度计算表达式进行计算。

只要建立了两类题目的解题思路，学生就不会出现大的错误。惯性思维的优势之二，“温故而知新”。学生在学习与旧知识类似的新知识时，可凭借这一点优势。如工字型或T型牛腿与柱的连接焊缝，可设计成对接焊缝或角焊缝。在讲解对接焊缝作为牛腿连接焊缝中，详细的分析了焊缝形状、所受内力、强度验算等，而到角焊缝中，重点放在与对接焊缝不同的焊缝形状上，而对内力分析仅一句“与对接焊缝相同”带过，这不仅节约了课堂时间，也有助于学生形成知识链，前后贯通。

（三）惯性思维的劣势

一般的解题思路形成之后，会导致学生的思维惰性，反而不利于透彻的分析问题，防碍思路的拓展和创新。

例一：工字型对接焊缝，受弯矩、剪力共同作用，需计算以下内容：

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

而其中σ1的计算，可根据正应力线性分布，由σ1=？滓max·■求得。

例二：工字型对接焊缝，受弯矩、剪力和轴力的共同作用，需计算以下内容：

？滓max=■±■≤f■■（4） ？子max=■≤f■■ （5）

■≤1.1f■■（6） ■≤1.1f■■（7）

在这两类相似问题中，绝大部分学生会错在同一个地方，即（3）式和（7）式的差别。例一中σ1的计算，根据正应力线性分布，由σ1=？滓max·■求得，在求解例二时，学生依据惯性思维，也同样应用σ1=？滓max·■求出，但应注意例二中的σmax是由弯矩引起的最大正应力？滓■■=■和轴力引起的正应力？滓■■=■两部分组成，所以正确解答为σ1=？滓■·■。

针对这种错误，可以采取重“异”轻“同”，抽丝拨茧的细化方法。要求学生不要去机械的记忆公式，而是解题时画上对应的应力图。只要能正确的画出应力图，以上易错之处就迎刃而解了。

二、低级错误的出现及应对措施

（一）化繁为简

曾经在考试中多次出现这样的错误：题目要求的是对接焊缝连接计算，而有的学生却按角焊缝进行计算，反之，也有。此类纯属低级错误，要消除此类错误，应找到简便易行、一目了然的方法，而不是去一味地强调两类计算在力学特征、焊缝截面形式等细节方面的问题，那只会增加学生的畏难情绪。

（二）寻根溯源，消除由紧张造成的低级错误

有些低级错误，如计算错误、量纲错误、看错题、笔误，多数由于考试紧张情绪造成。

由于本门课程自身特点，公式较多，且容易混淆，学生考试前忙于记忆大量公式，疏于整理解题思路，导致考试时情绪紧张，思路一片混乱。但学生毕业后用到这些公式时，可以翻查手边的规范，记不记得住公式并不重要。鉴于此类情况，我采用了这样的方法：考前把较复杂的公式作为附页放在试卷最后，重点要求学生会用公式，有自己的解题思路。在实际应用中，不仅成绩提高较显著，学生学习这门课程的兴趣也提高了很多。

三、空间能力差所造成的错误及应对措施

（一）激发学生的兴趣

课堂上，当语言难以表达时，尽可能找到简单的道具，为学生现场“表演”，并引导学生自己进行演示，增加感官认识。如弯矩和扭矩的区分问题，经过《材料力学》和《结构力学》的学习，学生已掌握弯矩图和扭矩图的画法，但一碰到实际工程还是辨认不清，导致做题出错。课堂上，师生一起用纸板演示两者的不同，学生们兴趣盎然。

（二）加强实践

工科属应用性学科，带有很强的实践性，而学生们空间能力较差，更喜欢“纸上谈兵”，平面思维。我校新校区基建工程较多，而一般工地上很多临时建筑多属于轻钢结构，另外，校区车库为钢屋架结构，这些生活中活生生的“例题”，被不断的引入课堂教学，或实地参观在建和已建工程，或收集实际施工图纸，学生的空间能力明显加强。

四、几点建议

（一）加强识图能力

本专业的识图课程应增加“金属结构”的识图，这将有利于减少学生因看不懂或看错图而做错题目。

（二）加强力学课程与结构课程的贯通性

惯性矩的计算一直是学生出错较多的地方，建议《材料力学》加强有关章节的训练，并提醒学生在结构类课程中，惯性矩的计算是基础，一定要把基础打好。

（三）针对不同专业，设立相关的课程设计

现在钢结构设计工作有很多是由施工单位自行设计，自己施工，所以国际工程营造方向（即施工方向）的本科生，可设立厂房，钢屋架，轻钢结构等设计，并结合工地实习，重点培养识图及现场施工参与能力。而对于以后有可能进入设计单位工作的土木工程专业，开设单层厂房，钢骨结构，钢屋架等设计，重点掌握钢结构设计基本程序。

参考文献：

[1]王新芳.论数学教学中的习惯性思维[J].河北师范大学学报，1998（10）：308-309.

[2]金建伟.惯性定律和惯性思维[J].技术物理教学，2002（3）：17-18.

[3]董事尔，张鹏.钢结构的应用前景及教学思考[J] .高等建筑教育，2003（9）：34-37.

作者简介：

陈春霞（1973-），女，山东德州市人，讲师，硕士。