鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中焊縫連接計(jì)算的易錯(cuò)之處及對(duì)策分析

陳 春 霞

(上海師范大學(xué)建筑工程學(xué)院，上海 200234)

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鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中焊縫連接計(jì)算的易錯(cuò)之處及對(duì)策分析

陳 春 霞

(上海師范大學(xué)建筑工程學(xué)院，上海 200234)

結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，介紹了鋼結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)，歸納了鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中焊縫連接計(jì)算的易錯(cuò)之處，并探討了具體的應(yīng)對(duì)措施，從加強(qiáng)識(shí)圖能力、強(qiáng)化課程的連貫性、課程設(shè)計(jì)等方面，提出了幾點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)建議。

鋼結(jié)構(gòu)，焊縫，慣性思維，空間能力

《鋼結(jié)構(gòu)》作為土木工程專業(yè)的專業(yè)技術(shù)課，為必修課。鋼結(jié)構(gòu)的焊縫連接計(jì)算是本門課程的重要內(nèi)容，在教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)問(wèn)題：習(xí)題類型較多，學(xué)生反映題目較難，作業(yè)中出錯(cuò)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(diǎn)共性的問(wèn)題，并提出解決方法。

1 慣性思維約束造成的錯(cuò)誤及應(yīng)對(duì)措施

1.1 慣性思維

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

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

1.2 慣性思維的優(yōu)勢(shì)

慣性思維的優(yōu)勢(shì)之一，“習(xí)慣成自然”。要形成一般的解題思路，可以借助這一點(diǎn)。首先課上講解典型例題，然后布置相應(yīng)習(xí)題作為作業(yè)，再在下一堂課中重申解題思路，“習(xí)慣成自然”，學(xué)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(xí)題：對(duì)接焊縫和角焊縫，總的解題思路也按此兩類劃分：

對(duì)接焊縫連接計(jì)算基本思路：焊縫形狀與母材截面形狀一致，應(yīng)用材料力學(xué)中的基本公式，再考慮鋼材在復(fù)雜應(yīng)力作用下的折算應(yīng)力。

角焊縫連接計(jì)算基本思路：分清正面與側(cè)面角焊縫，應(yīng)用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》給定的強(qiáng)度計(jì)算表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。

只要建立了兩類題目的解題思路，學(xué)生就不會(huì)出現(xiàn)大的錯(cuò)誤。

慣性思維的優(yōu)勢(shì)之二，“溫故而知新”。學(xué)生在學(xué)習(xí)與舊知識(shí)類似的新知識(shí)時(shí)，可憑借這一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。如果教師給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，將會(huì)達(dá)到舉一反三，觸類旁通的效果，“溫故而知新”，更快的掌握新知識(shí)。

如工字型或T型牛腿與柱的連接焊縫，可設(shè)計(jì)成對(duì)接焊縫或角焊縫。在講解對(duì)接焊縫作為牛腿連接焊縫中，詳細(xì)的分析了焊縫形狀、所受內(nèi)力、強(qiáng)度驗(yàn)算等，而到角焊縫中，重點(diǎn)放在與對(duì)接焊縫不同的焊縫形狀上，對(duì)內(nèi)力分析僅一句“與對(duì)接焊縫相同”帶過(guò)，這不僅節(jié)約了課堂時(shí)間，也有助于學(xué)生形成知識(shí)鏈，前后貫通。

1.3 慣性思維的劣勢(shì)

一般的解題思路形成之后，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的思維惰性，反而不利于透徹的分析問(wèn)題，防礙思路的拓展和創(chuàng)新。

例1：工字型對(duì)接焊縫，受彎矩、剪力共同作用，需計(jì)算以下內(nèi)容：

(1)

(2)

(3)

例2：工字型對(duì)接焊縫，受彎矩、剪力和軸力的共同作用，需計(jì)算以下內(nèi)容：

(4)

(5)

(6)

(7)

針對(duì)這種錯(cuò)誤，可以采取重“異”輕“同”，抽絲撥繭的細(xì)化方法。要求學(xué)生不要去機(jī)械的記憶公式，而是解題時(shí)畫上對(duì)應(yīng)的應(yīng)力圖。只要能正確的畫出應(yīng)力圖，以上易錯(cuò)之處就迎刃而解了。

應(yīng)力圖見(jiàn)圖1，圖2。

2 低級(jí)錯(cuò)誤的出現(xiàn)及應(yīng)對(duì)措施

2.1 化繁為簡(jiǎn)

曾經(jīng)在考試中多次出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤：題目要求的是對(duì)接焊縫連接計(jì)算，而有的學(xué)生卻按角焊縫進(jìn)行計(jì)算，反之，也有。此類純屬低級(jí)錯(cuò)誤，要消除此類錯(cuò)誤，應(yīng)找到簡(jiǎn)便易行、一目了然的方法，而不是去一味地強(qiáng)調(diào)兩類計(jì)算在力學(xué)特征、焊縫截面形式等細(xì)節(jié)方面的問(wèn)題，那只會(huì)增加學(xué)生的畏難情緒。

如剛才所舉例子中的錯(cuò)誤，其原因是分不清兩類焊縫，在實(shí)際教學(xué)中，可告知學(xué)生由所給已知條件判斷，即對(duì)接焊縫所給已知條件中必定有抗拉強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度三個(gè)數(shù)值，而角焊縫抗拉、抗壓及抗剪強(qiáng)度僅有一個(gè)值。從此以后類似的低級(jí)錯(cuò)誤基本上沒(méi)有再出現(xiàn)。

2.2 尋根溯源，消除由緊張?jiān)斐傻牡图?jí)錯(cuò)誤

有些低級(jí)錯(cuò)誤，如計(jì)算錯(cuò)誤、量綱錯(cuò)誤、看錯(cuò)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(diǎn)，公式較多，且容易混淆，學(xué)生考試前忙于記憶大量公式，疏于整理解題思路，導(dǎo)致考試時(shí)情緒緊張，思路一片混亂。但學(xué)生畢業(yè)后用到這些公式時(shí)，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(fù)雜的公式作為附頁(yè)放在試卷最后，重點(diǎn)要求學(xué)生會(huì)用公式，有自己的解題思路。在實(shí)際應(yīng)用中，不僅成績(jī)提高較顯著，學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的興趣也提高了很多。下一步繼續(xù)改進(jìn)考試方式，由同學(xué)根據(jù)個(gè)人情況，自己制作公式附頁(yè)，發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性，更強(qiáng)調(diào)邏輯思維能力的培養(yǎng)。

3 空間能力差所造成的錯(cuò)誤及應(yīng)對(duì)措施

3.1 激發(fā)學(xué)生的興趣

課堂上，當(dāng)語(yǔ)言難以表達(dá)時(shí)，盡可能找到簡(jiǎn)單的道具，為學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)“表演”，并引導(dǎo)學(xué)生自己進(jìn)行演示，增加感官認(rèn)識(shí)。如彎矩和扭矩的區(qū)分問(wèn)題，經(jīng)過(guò)《材料力學(xué)》和《結(jié)構(gòu)力學(xué)》的學(xué)習(xí)，學(xué)生已掌握彎矩圖和扭矩圖的畫法，但一碰到實(shí)際工程還是辨認(rèn)不清，導(dǎo)致做題出錯(cuò)。課堂上，師生一起用紙板演示兩者的不同，學(xué)生們興趣盎然。

3.2 加強(qiáng)實(shí)踐

工科屬應(yīng)用性學(xué)科，帶有很強(qiáng)的實(shí)踐性，而學(xué)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(shí)建筑多屬于輕鋼結(jié)構(gòu)，另外，校區(qū)車庫(kù)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(xué)，或?qū)嵉貐⒂^在建和已建工程，或收集實(shí)際施工圖紙，學(xué)生的空間能力明顯加強(qiáng)。

4 建議

1)加強(qiáng)識(shí)圖能力。本專業(yè)的識(shí)圖課程應(yīng)增加“金屬結(jié)構(gòu)”的識(shí)圖，這將有利于減少學(xué)生因看不懂或看錯(cuò)圖而做錯(cuò)題目。2)加強(qiáng)力學(xué)課程與結(jié)構(gòu)課程的貫通性。慣性矩的計(jì)算一直是學(xué)生出錯(cuò)較多的地方，建議《材料力學(xué)》加強(qiáng)有關(guān)章節(jié)的訓(xùn)練，并提醒學(xué)生在結(jié)構(gòu)類課程中，慣性矩的計(jì)算是基礎(chǔ)，一定要把基礎(chǔ)打好。3)針對(duì)不同專業(yè)，設(shè)立相關(guān)的課程設(shè)計(jì)。現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作有很多是由施工單位自行設(shè)計(jì)，自己施工，所以國(guó)際工程營(yíng)造方向(即施工方向)的本科生，可設(shè)立廠房，鋼屋架，輕鋼結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)，并結(jié)合工地實(shí)習(xí)，重點(diǎn)培養(yǎng)識(shí)圖及現(xiàn)場(chǎng)施工參與能力。而對(duì)于以后有可能進(jìn)入設(shè)計(jì)單位工作的土木工程專業(yè)，應(yīng)開設(shè)單層廠房，鋼骨結(jié)構(gòu)，鋼屋架等設(shè)計(jì)，重點(diǎn)掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本程序。

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

[3] 董事?tīng)?，?鵬.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景及教學(xué)思考[J].高等建筑教育，2003(9):34-37.

[4] 周綏平.鋼結(jié)構(gòu)[M].第2版.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2003.

[5] 戴國(guó)欣.鋼結(jié)構(gòu)[M].第4版.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2013.

The error prone points and countermeasures analysis on welding seam connection calculation inSteelStructureteaching

Chen Chunxia

(BuildingEngineeringSchool,ShanghaiNormalUniversity,Shanghai200234,China)

Combining with the teaching experience, this paper introduced the characteristics ofSteelStructurecourse, summarized the error prone points of welding seam connection calculation inSteelStructureteaching, discussed the specific measures, from strengthening the image recognition ability, strengthening the coherence of curriculum, curriculum design and other aspects, put forward some teaching suggestions forSteelStructurecourse.

steel structure, welding seam, inertial thinking, spatial ability

2016-11-16

陳春霞(1973- )，女，碩士，講師

1009-6825(2017)04-0236-03

G642.0

A