創(chuàng)意設(shè)計(jì)與作品紙結(jié)構(gòu)模型承重比賽海珠區(qū)金碧一小

1、紙結(jié)構(gòu)模型承重比賽廣州市海珠區(qū)金碧第一小學(xué)六年級(jí)(1)班朱博樂(lè)指導(dǎo)周婉儀幾個(gè)前，在科學(xué)課上周告訴我們，即將舉辦廣州市海珠區(qū)紙結(jié)構(gòu)模型承重設(shè)計(jì)比賽，我立刻興致勃勃報(bào)名參加。在賽前的第一次培訓(xùn)中，周組織我和另外兩名參賽小伙伴們了解此次比賽的規(guī)則：（1）用 2 張 70 克/m2 A4 紙、膠水、筆、直尺等工具，現(xiàn)場(chǎng)制作一個(gè)長(zhǎng)、寬、高投影均在 15cm-25cm 之間的紙結(jié)構(gòu)模型，等待 8 小時(shí)讓膠水自然風(fēng)干后進(jìn)行紙結(jié)構(gòu)模型承重測(cè)試；（2）參賽選手要先將托盤放在紙結(jié)構(gòu)模型上，然后自行添加合適數(shù)量的滿瓶礦泉水，每人測(cè)試時(shí)間為三分鐘；重物放上后保持至少三秒，紙結(jié)構(gòu)模型不發(fā)生嚴(yán)重變形或垮塌，裁判為有效成績(jī)

2、，根據(jù)最大承重?cái)?shù)量評(píng)定成績(jī)。只有 2 張 A4 紙和膠水，制作材料少得有些不可思議。要知道 70 克/m2 規(guī)格的A4 紙每張只有 4.375 克，兩張這樣的 A4 紙總重量還不到 10 克，把它們做成紙結(jié)構(gòu)模型卻要在上面壓 1 瓶水（680ml）就超過(guò) 1 斤的重物，而且這個(gè)模型還有規(guī)格的限制，不能做得太小。這個(gè)承重賽好像是一個(gè)不可能完成的任務(wù)一樣，1太難了。該如何設(shè)計(jì)與制作呢？我頓時(shí)陷入了沉思，周建議我們從剛剛在科學(xué)課上學(xué)到的形狀與結(jié)構(gòu)單元知識(shí)點(diǎn)中找靈感。我和小伙伴們七嘴八舌地討論起來(lái)：紙?jiān)胶裨綀?jiān)固，就能承受越多的重量；把薄型的平面材料折成立體形狀就能增加它的抗彎曲能力，使它能承受更大的重

3、量。對(duì)了，我把 A4 紙裁剪成各種規(guī)格的長(zhǎng)紙條，再粘貼起來(lái)圍成一個(gè)空心圈，就像中秋燈籠的框架那樣，這樣薄型的平面材料變立體了，應(yīng)該會(huì)很堅(jiān)固吧。因?yàn)椴牧嫌邢薅矣幸?guī)格的限制，整個(gè)紙結(jié)構(gòu)模型的長(zhǎng)寬高應(yīng)該稍大于 15cm 即可；裁剪下來(lái)的剩余材料要充分高效利用起來(lái)，把它們用以加固定模型。根據(jù)這樣的設(shè)想，我設(shè)計(jì)并制作了第一個(gè)方案：大圓筒式結(jié)構(gòu)。方案一：大圓筒式紙結(jié)構(gòu)（一）制作步驟與模型規(guī)格1. 大圓筒高約 15.2cm,直徑約 15.6cm；（如圖一所示）2. 垂直方向有四條筋:V1、V2、V3、V4(筋的寬度約2.5cm/條)；3. 水平方向有三條筋:H1、H2、H3(筋的高度約 1.9cm/條)；

4、24. “筋”是指：紙張剪開后，用膠水粘貼連接的部位。（二）承重測(cè)試等膠水風(fēng)干后，我迫不及待地進(jìn)行承重測(cè)試，但令人失望的是這個(gè)模型的承重力不足，最多也只能承重 5 瓶純凈水（555ml）的重量。（三）測(cè)試結(jié)果分析雖然大圓筒式的紙結(jié)構(gòu)有制作工藝比較簡(jiǎn)單,站立穩(wěn)定性極好的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)模型受重壓時(shí)，經(jīng)常在筒壁中部發(fā)生凹陷垮塌，說(shuō)明筒壁中部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱，這樣的形狀只適合用作燈籠的定形結(jié)構(gòu)，不適合承受重力。雖然這個(gè)方案被否決了，但在制作過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)膠水粘貼的面積與紙結(jié)構(gòu)承重的能力高度關(guān)聯(lián)：膠水粘貼面積越大，承重能力越強(qiáng)。方案二：三腳架式紙結(jié)構(gòu)很快，周組織我們進(jìn)行第二次賽前培訓(xùn)，我和小伙伴們了這段時(shí)期的制作

5、情況與制作的經(jīng)驗(yàn)。我說(shuō)的情況，小伙伴說(shuō)：“不如把紙卷成紙筒吧，因?yàn)槲覀儗W(xué)習(xí)過(guò)紙?jiān)胶?，承重力越?qiáng)啊?！币谎泽@醒夢(mèng)中人，是啊，我可以把紙卷成各種規(guī)格的紙筒，在與周及小伙伴們認(rèn)真討論研究制作方案后，結(jié)合方案一獲得的初步經(jīng)驗(yàn)，我決定接下來(lái)，嘗試制作直徑較小的紙筒柱支撐結(jié)構(gòu)。（一）制作步驟與模型規(guī)格1、 把兩張A4 紙分別沿長(zhǎng)邊對(duì)折、剪成四個(gè) 21cmX15cm（大約值）的長(zhǎng)方形；32、使用直徑為 0.8cm 的鉛筆將其中的三個(gè)長(zhǎng)方形卷成三個(gè)直徑都為 0.9cm、高度都為 21cm 的圓筒；3、三個(gè)圓筒的一端剪去 5.8cm（圖二），這時(shí)三個(gè)高度為 21cm 的長(zhǎng)圓筒被分成了三個(gè)15.2cm（A）和三個(gè)

6、 5.8cm（B）的較短圓筒,備用；4、把剩下的第四個(gè)長(zhǎng)方形剪開，成為 12cmX21cm和 3cmX21cm 兩個(gè)小長(zhǎng)方形；5、把 12cmX21cm 長(zhǎng)方形卷成一個(gè)高為 21cm的細(xì)長(zhǎng)圓筒，然后大致平均剪開，成為 6個(gè)高約 3.5cm 的短圓筒（C），備用；6、3cmX21cm 部分剪成三張 1cmX21cm 紙條（D）；7、成型(圖三)：把三個(gè)高為 15.2cm 的圓筒(A)擺成三角形；在每個(gè)圓筒(A)底端放置一個(gè) 5.8cm（B）和兩個(gè) 3.5cm（C）的短圓筒(注意：5.8cm 的放中間),用膠水粘貼固定； 再把三張1cmX21cm 紙條（D）粘貼在三組圓筒柱底部，兩兩連接成為一個(gè)整

7、體(見成品圖)；4（二）承重測(cè)試 1 與結(jié)果分析三腳架式紙結(jié)構(gòu)承重測(cè)試數(shù)據(jù)（表一）測(cè)試的結(jié)果差強(qiáng)人意，原以為紙筒的承重肯定比燈籠式的大圓筒結(jié)構(gòu)要好，沒(méi)想到連一瓶水都承受不了，到底哪里出差錯(cuò)了？我仔細(xì)觀察紙模型，發(fā)現(xiàn)紙筒柱子自身剛性十分優(yōu)異，但站立穩(wěn)定性卻非常差，頂部剛放上承重托盤，立刻垮塌，估計(jì)是因?yàn)榧埻沧龅锰懊鐥l”，導(dǎo)致整個(gè)模型重心不穩(wěn)引起的，那么加大紙筒的直徑可以增大紙結(jié)構(gòu)模型的承重力嗎？我繼續(xù)進(jìn)行制作上的改進(jìn)。（三）承重測(cè)試 2 與結(jié)果分析三腳架式紙結(jié)構(gòu)承重測(cè)試數(shù)據(jù)（表二）經(jīng)過(guò)對(duì)比不同直徑圓紙筒結(jié)構(gòu)承重?cái)?shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)直徑較大的紙筒結(jié)構(gòu)，站立穩(wěn)定性較好，承重能力比較強(qiáng)，比如直徑 1.6cm的

8、紙筒三角架結(jié)構(gòu)（左圖），能夠承重 15 瓶礦泉水。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，我還做了一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)“改變紙5圓紙筒直徑承重量（555ml 純凈水瓶子個(gè)數(shù)）1.3cm3（一層）1.5cm9（一層）1.6cm15（兩層）1.7cm14（兩層）2cm14（兩層）圓紙筒直徑承重量（555ml 純凈水瓶子個(gè)數(shù)）0.9cm0條(D)的粘貼位置”。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果連接紙條(D)粘貼在圓筒中部或上部都不夠穩(wěn)固，只有把紙條粘在圓筒底端穩(wěn)定性最好。在測(cè)試過(guò)程中我還發(fā)現(xiàn)，三腳架式結(jié)構(gòu)存在以下不足之處：本身站立穩(wěn)定性不強(qiáng)；放置托盤時(shí)不容易平衡好重心；添加水瓶時(shí)不容易把握好對(duì)稱位置。方案三：圓柱式紙結(jié)構(gòu)三條腿的紙結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，那我改

9、成四條腿的紙結(jié)構(gòu)總可以了吧。因此，接下來(lái)我繼續(xù)深入研究，探索由四根紙筒圍成的圓柱式紙結(jié)構(gòu)的承重能力。（一）制作步驟與模型規(guī)格1、小圓筒柱子高約 15.2cm,直徑約 1.2cm；2、頂端、底端兩個(gè)大圓環(huán)的直徑約為 17.6cm；（二）承重測(cè)試站立穩(wěn)定性很差,承重力不足，剛放上托盤就垮塌；（三）測(cè)試結(jié)果分析6原本期望這樣設(shè)計(jì)的模型能夠大幅度提高承重結(jié)構(gòu)的站立穩(wěn)定性，測(cè)試結(jié)果卻出乎意料，看來(lái)還是因?yàn)閳A柱形的制作難以保持模型的整體穩(wěn)定性引起的承重不足，預(yù)計(jì)的目標(biāo)未能實(shí)現(xiàn)，此方案又被否決。方案四：“桌子腿”形紙結(jié)構(gòu)已經(jīng)嘗試了三個(gè)方案，經(jīng)歷了多次失敗，我有點(diǎn)灰心喪氣想要放棄了。周和媽媽不斷鼓勵(lì)我要繼續(xù)堅(jiān)

10、持，從失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從細(xì)節(jié)中深入研究。有一天，我看到家中的餐桌四條桌腿擺得方方正正的，整體成一個(gè)長(zhǎng)方形，巨大的餐桌平放在上面四平八穩(wěn)。哎呀，原來(lái)四條腿要這樣子放才穩(wěn)定啊，我一下子來(lái)了靈感，立刻拿出 A4 紙進(jìn)行第四個(gè)方案的設(shè)計(jì)與制作。（一）制作步驟與模型規(guī)格(以紙筒直徑 2cm 為例)1.如下面三幅圖所示，在兩張 A4 紙上分別畫上“剪開分隔線”（距離長(zhǎng)邊 15.2cm位置）、“涂膠水起始線”（距離短邊 6.6cm 位置）、以及“向上標(biāo)記箭頭”；72.如下圖，兩張A4 紙（21cmX29.7cm），分別對(duì)折、裁剪成 15.2cmX29.7cm 大長(zhǎng)方形兩個(gè)與 5.8cmX29.7cm 小長(zhǎng)方

11、形兩個(gè)；3.如下圖，在兩個(gè) 5.8cmX29.7cm 小長(zhǎng)方形末端分別剪去約7.7cm，得到兩個(gè)5.8cmX22cm 長(zhǎng)方形；4.如下面兩幅圖所示，將兩個(gè) 5.8cmX22cm 長(zhǎng)方形分別對(duì)折、剪開，得到四個(gè)2.9cmX22cm 小長(zhǎng)方形紙條，備用；85. 如下面兩幅圖，將兩個(gè) 15.2cmX29.7cm長(zhǎng)方形分別對(duì)折，剪開得到四個(gè)15.2cmX15cm(大約值)近似正方形；6. 如下面六幅圖，用直徑 2cm管把四個(gè) 15.2cmX15cm 近似正方形卷成四個(gè)高 15.2cm 的圓紙筒，在卷筒過(guò)程中涂好膠水，粘貼牢固；98.如下圖所示，把四張 2.9cmX22cm 長(zhǎng)方形紙條分別粘貼在四個(gè)圓紙

12、筒底端，使圓紙筒兩兩相連，得到近似正方形布局的“桌子腿”形紙結(jié)構(gòu)，等膠水風(fēng)干后進(jìn)行承重測(cè)試。（二）承重測(cè)試與結(jié)果分析“桌子腿”形紙結(jié)構(gòu)承重測(cè)試數(shù)據(jù)（表三）測(cè)試結(jié)果分析：對(duì)比不同直徑紙筒結(jié)構(gòu)可以看出，直徑約 2cm 紙筒的“桌子腿”形紙結(jié)構(gòu)具有最佳承重能力，可承重超過(guò) 25 瓶(555ml)純凈水的重量。制作經(jīng)驗(yàn)小結(jié)1.放水瓶的技巧不僅要認(rèn)真制作好紙結(jié)構(gòu)模型，正確掌握擺放承重托盤和水瓶的技巧也是十分重要的。經(jīng)過(guò)多次不同擺放方式的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，如果隨意擺放托盤或水瓶可能會(huì)使承重能力大大降低。首先，托盤的重心應(yīng)擺放在對(duì)應(yīng)四個(gè)紙筒支柱的中心點(diǎn)位置附近，確認(rèn)上下左右都大致對(duì)稱以后才能輕輕松手。其次，放前五瓶

13、水是最關(guān)鍵的：先在對(duì)應(yīng)四個(gè)紙筒支柱的中心點(diǎn)位置上放第一瓶水，注意手不要晃動(dòng)，先對(duì)準(zhǔn)中心點(diǎn)，慢慢接近托盤盤面，輕輕放下水瓶；放好第一瓶之后，就需要每次在對(duì)稱的位置上同時(shí)添加兩瓶，這樣兩邊的受力就會(huì)比較均勻；第二瓶至第五瓶都必須放11圓紙筒直徑承重量（555ml 純凈水瓶子個(gè)數(shù)）1.4cm5（一層）1.5cm11（一層）1.7cm18（兩層）2cm25（三層）在四個(gè)紙筒支柱所對(duì)應(yīng)的位置上，以確保托盤和紙筒支柱的初始穩(wěn)定；之后繼續(xù)添加的水瓶就只須逐步從內(nèi)到外、對(duì)稱地?cái)[放就可以了。第一層擺滿之后，開始擺第二層，也必須先在中心位置擺放第一瓶，以便于確定對(duì)稱的中心點(diǎn)；其余水瓶仍然按照從內(nèi)到外、對(duì)稱地?cái)[放；

14、每升高一層，都必須把第一瓶擺放在中心點(diǎn)上，依此類推在家里最初測(cè)試時(shí)，由于作不熟練，只能擺放 18 瓶水，后來(lái)漸漸掌握了正確的擺放技巧，現(xiàn)在放二十幾瓶也完全沒(méi)有了。通過(guò)不斷努力練習(xí)，一步一步逐漸取得了很大的進(jìn)步，非常開心！2.涂膠水的注意事項(xiàng)在制作練習(xí)中，我還發(fā)現(xiàn)，每卷一個(gè)圓紙筒，桌面和圓管工具表面都會(huì)殘留少許膠水，很容易粘到下一張紙上，因此每卷完一次最好用抹布擦去殘留膠水，以免下一張紙被膠水粘住爛掉。在涂膠水過(guò)程中，還需要仔細(xì)觀察膠水是否涂均勻，如果有些部位沒(méi)有涂到膠水，就可能會(huì)影響最終的承重能力。剪紙時(shí)還須注意對(duì)準(zhǔn)已經(jīng)畫好的分隔線來(lái)剪，寧可剪的速度稍慢一點(diǎn)點(diǎn)；卷紙筒時(shí)也應(yīng)該努力對(duì)齊邊線，這樣

15、就可以盡最大可能實(shí)現(xiàn)四個(gè)圓紙筒支柱高度保持一致，承重時(shí)各個(gè)紙筒能夠受力均勻，我們都明白“獨(dú)木難支”的道理啊。比賽過(guò)程與感受比賽的第一天下午是現(xiàn)場(chǎng)制作，我早早來(lái)到考場(chǎng)，懷著以十分期待卻也忐忑12的心情邁入了考場(chǎng)，開始制作紙結(jié)構(gòu)模型。我埋頭畫線剪紙、仔細(xì)滾紙筒、小心翼翼粘貼不知不覺六十分鐘就過(guò)去了，我精心制作的紙模型順利完成了。放眼望去，一個(gè)個(gè)嶄新的模型豎立在桌面上，選手們做的模型：有的是三棱柱框架、有的是三角架、有的是由許多根棍子組合而成的大柱體、以及“桌子腿”模型，各式各樣、粗細(xì)不一的模型都新鮮出爐了！由于模型上的膠水還沒(méi)有干，所以讓大家把做好的模型留在考場(chǎng)的桌子上，等待膠水自然風(fēng)干。經(jīng)過(guò)一個(gè)

16、漫漫長(zhǎng)夜的等待，第二天一大早，我就迫不及待地提前趕到了考場(chǎng)，既興奮又緊張，畢竟這個(gè)小不點(diǎn)模型傾注了最近幾十天及爸媽大量的精力心血呢！等待的時(shí)間總是顯得特別長(zhǎng)，終于承重比賽開始了，小選手們都從教室里拿起的模型，排成一列長(zhǎng)隊(duì)來(lái)到操場(chǎng)上，每?jī)扇艘唤M測(cè)試。排在我前面許多選手的模型剛擺上三四瓶水就倒了，氣氛漸漸變得有些令人窒息起來(lái)，心也撲通撲通地跳得很快。和我一起來(lái)的小伙伴的模型也只承重了 8 瓶水，目前最高也才 14 瓶，呼吸開始變得有些急促，心兒狂跳，仿佛就要從嗓子眼里蹦出來(lái)似的。終于輪到我了，手腳似乎13有點(diǎn)兒不聽使喚，我暗暗叮囑盡快鎮(zhèn)定下來(lái)。我按照總結(jié)的方法，先擺放好托盤，然后放上第一瓶、第二三

17、瓶、第四五瓶一定要鎮(zhèn)定，我非常清晰地，稍微大一點(diǎn)的搖晃就可能把十分纖弱的紙模型一下子推垮，畢竟兩張 A4 紙總共只有 9 克左右啊。嘈雜的賽場(chǎng)也一下子變得安靜下來(lái)，評(píng)委和談話和走路都放得很輕，生怕大一點(diǎn)的響聲都會(huì)影響模型。大家都目不轉(zhuǎn)睛地盯著我和模型，在心里為我加油鼓勁。我屏息凝神，翼翼地?cái)[好每一瓶，第一層完成、第二層當(dāng)我擺放到第 26 瓶水后過(guò)了大約 4秒模型垮了。我非常興奮，創(chuàng)造了賽場(chǎng)上的最好成績(jī)！大舞臺(tái)下的小選手們發(fā)出一陣陣贊嘆聲和投來(lái)羨慕的目光，還有評(píng)委及領(lǐng)隊(duì)們的贊許聲收獲與思考這真的是一項(xiàng)非常迷人、非常具有性的紙結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)比賽，也完全沒(méi)有預(yù)料到：9 克左右的薄薄紙張，居然可以承受住 15.2 千克的重物，這個(gè)負(fù)重足足超過(guò)了紙張自身重