結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度紙橋的設(shè)計(jì)與制作

1、紙橋的設(shè)計(jì)與制作（生活 動(dòng)手做）在這個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，我們要1、采取分組的活動(dòng)形式，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和有序的工作能力；通過(guò)成品展示、競(jìng)賽等活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的既合作又競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)；2、在制作過(guò)程中，培養(yǎng)自己不畏艱難，不循舊規(guī)，敢于創(chuàng)新的精神。3、學(xué)習(xí)科技制作、理解橋的主要結(jié)構(gòu)的作用，通過(guò)紙橋的設(shè)計(jì)與制作在探索中理解，材料的強(qiáng)度與它的幾何形狀有關(guān)。4、在紙的多種承重實(shí)驗(yàn)研究、紙橋設(shè)計(jì)等過(guò)程中要學(xué)會(huì)獨(dú)立思考5、培養(yǎng)學(xué)生與他人合作共同研究的能力。6、通過(guò)對(duì)橋的造型設(shè)計(jì)，提高創(chuàng)作模型的技能、技巧及可觀賞性。7、學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單的技術(shù)設(shè)計(jì)?；顒?dòng)內(nèi)容紙橋的設(shè)計(jì)與制作背景材料1、知識(shí)背景：壓力與壓強(qiáng)知道壓力的概念，壓力是指垂

2、直壓在物體表面上的力。理解壓強(qiáng)的的概念， 壓強(qiáng)是物體單位面積受到的壓力。固體的壓強(qiáng)跟受力面積有關(guān)，截面積對(duì)壓力有直接影響，截面積越大，壓力越小拱形橋：拱起了腰的紙條可以馱起一盒火柴，這說(shuō)明，向上拱起的物體最能承受外來(lái)的壓力，它的強(qiáng)度要比沒(méi)有拱起時(shí)大?；鸩窈袎涸诩埞皹蛏?，給予紙拱的是一種靜態(tài)外力，它和作用在裝甲車上的子彈沖擊力不同。紙拱橋這種抵抗靜態(tài)外力的本領(lǐng)，就叫靜強(qiáng)度。 我們的祖先很早就發(fā)現(xiàn)了拱形物體的這種性質(zhì)，并且把它運(yùn)用到建筑上去。各地發(fā)掘出的東漢古墓，多數(shù)有“拱”式結(jié)構(gòu)，可見(jiàn)一千幾百年前我國(guó)的筑拱技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)普及了?，F(xiàn)存的最古老的石拱橋是我國(guó)的趙州橋。趙州橋是隋朝石匠李春設(shè)計(jì)監(jiān)造的，自

3、公元616年建成，到現(xiàn)在已經(jīng)有1300多年的歷史了。這座石橋橫跨在河北趙縣城南洨河上，有著一個(gè)弧形的橋洞，猶如跨在河上的長(zhǎng)虹。在漫長(zhǎng)的歲月里，趙州橋經(jīng)受了地震的搖撼，洪水的沖擊，車馬的壓軋，仍然屹立在洨河上。（圖一）趙州橋不但有個(gè)弧形的大拱，而且在橋肩還有4個(gè)小拱。當(dāng)山洪暴發(fā)時(shí)，小拱可以把洪水泄走。趙州橋堅(jiān)固的秘密正在拱上。我國(guó)科技人員和工人繼承并發(fā)展了拱橋建筑的傳統(tǒng)，運(yùn)用現(xiàn)代強(qiáng)度理論以及工程學(xué)，創(chuàng)造了雙曲拱橋。雙曲拱橋的外形同一般的空腹式拱橋好像沒(méi)有什么區(qū)別。但是你如果走到橋下一看，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的肚皮是凹的，好像由幾條自行車的擋泥板拼起來(lái)的，真是拱中有拱。這種橋的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，載重負(fù)荷大，施工

4、方便，節(jié)省材料。宏偉的南京長(zhǎng)江大橋的公路引橋便是這種雙曲拱橋。（圖二）雙曲拱比單曲拱能承受更大的載荷，主要是因?yàn)殡p曲拱不僅在一個(gè)方向上呈拱形，而且在與其垂直的另一方向也呈拱形。自行車的擋泥板就是這種雙曲拱形的。當(dāng)它受力時(shí)，力使沿著兩個(gè)拱的方向更均勻地傳遞；某一局部受力過(guò)大時(shí)，雙曲拱能迅速自行調(diào)整平衡，使整個(gè)雙拱曲不會(huì)因局部受力過(guò)大而損壞。拱形結(jié)構(gòu)除了能用于建造橋梁外，另一個(gè)重大的用處就是建造水壩。特別是雙曲拱形壩，由于拱形頂所受的水壓力能通過(guò)拱體均勻地傳遞給河岸，依靠堅(jiān)固的兩岸來(lái)維持的穩(wěn)定，它與完全靠自身重量來(lái)維持平衡的重力壩相比，不僅可以減少體積，節(jié)約材料，而且還有一定的彈性，對(duì)地基的局部變

5、形具有一定的適應(yīng)能力，有較好的抗震性能。我們的腳上就長(zhǎng)著“雙曲拱橋”，它就是人的足弓正常的腳都可以區(qū)分出三個(gè)足弓：兩個(gè)縱向的縱弓和一個(gè)橫斷面上的橫弓。 橋的歷史與發(fā)展現(xiàn)狀：我國(guó)古代橋梁多用木、石、藤、竹及至皮革之類的天然材料，鍛鐵出現(xiàn)以后有了簡(jiǎn)單的鐵鏈橋。它們的強(qiáng)度都很低。木、藤、竹，皮革類易腐爛，能夠保留至今的古代橋梁多為石橋。中國(guó)古代著名石橋有：1河北趙州安濟(jì)橋、2北京瀘溝橋、3泉州安平橋。1900-1949年,這一時(shí)期中國(guó)的橋梁建設(shè)幾乎處于停滯狀態(tài)，特別是由中國(guó)自行建設(shè)的橋梁工程更是寥寥無(wú)幾。其中代表橋梁是1943年由我國(guó)老一輩橋梁工程專家茅以升老先生主持設(shè)計(jì)并建設(shè)的杭州錢塘江大橋。（圖

6、三）錢塘江大橋位于杭州閘口六和塔附近，是由我國(guó)工程師自行設(shè)計(jì)并監(jiān)造的第一座雙層式公、鐵兩用橋。全橋長(zhǎng)1453米，正橋長(zhǎng)1072米，兩岸引橋長(zhǎng)381米。于1931年11月11日舉行開(kāi)工典禮，1935年通車。這座現(xiàn)代化的鋼鐵大橋?yàn)闇贤媳苯煌ㄗ鞒隽送怀龅呢暙I(xiàn)，同時(shí)也標(biāo)志著中國(guó)使用鋼鐵建設(shè)橋梁進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。同時(shí)期的國(guó)外橋梁已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中國(guó)，鋼鐵技術(shù)達(dá)到高峰，出現(xiàn)了第一次懸索橋建設(shè)高潮。著名的橋梁有：1931年建成的紐約華盛頓橋、1937年建成的舊金山大橋、1932年建成的悉尼鋼拱橋。1950年1978年中，我國(guó)的橋梁建設(shè)經(jīng)歷了艱苦創(chuàng)業(yè)和曲折發(fā)展兩個(gè)歷史時(shí)期。武漢長(zhǎng)江大橋（圖四）與南京長(zhǎng)江大橋先

7、后建成通車。中國(guó)橋梁建設(shè)的一大里程碑-南京長(zhǎng)江大橋，位于江蘇省南京市，正橋?yàn)楣?、鐵層連續(xù)桁梁橋，長(zhǎng)1576米。南京長(zhǎng)江大橋是完全依靠自己的技術(shù)力量和國(guó)產(chǎn)材料建成的長(zhǎng)江大橋，因此，它的建成標(biāo)志著我國(guó)的建橋技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)獨(dú)立自主的新水平、新階段。同時(shí)期的外國(guó)橋梁出現(xiàn)了多元紛呈、各顯其能的新趨勢(shì)。斜拉橋成為主要橋型，日本和丹麥開(kāi)始實(shí)施宏偉的跨海工程計(jì)劃。1979-1999年，在這短短的二十年里，中國(guó)現(xiàn)代橋梁事業(yè)取得了令人刮目相看的成績(jī)，并迅速趕上世界橋梁建設(shè)的先進(jìn)水平。上海南浦大橋、楊浦大橋和徐浦大橋確定了我國(guó)橋梁的世界地位。五座懸索橋：跨度452米的汕頭海灣大橋、跨度888米的廣東虎門大橋、跨度9

8、00米的西凌長(zhǎng)江大橋、跨度1385米的江陰長(zhǎng)江大橋和跨度648米的廈門海滄大橋的同時(shí)興建，標(biāo)志著中國(guó)正在走向世界橋梁王國(guó)之列。我國(guó)在現(xiàn)代橋梁建設(shè)技術(shù)方面，已躋身世界先進(jìn)行列。目前，我國(guó)已經(jīng)能夠熟練建造長(zhǎng)大跨徑、深水基礎(chǔ)橋梁，橋梁建設(shè)技術(shù)躋身世界前列。據(jù)交通部部長(zhǎng)黃鎮(zhèn)東介紹，如預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋、各式拱橋、斜拉橋和懸索橋建設(shè)，我國(guó)都實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的突破和發(fā)展。我國(guó)先后建成了江陰長(zhǎng)江大橋、虎門大橋、萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋、南京長(zhǎng)江二橋等一批技術(shù)含量高、在世界上有影響的重大工程項(xiàng)目。江陰長(zhǎng)江大橋主跨跨徑1385米，是20世紀(jì)我國(guó)修建的跨度最大的橋梁，居世界同類斜拉懸索橋第四位。萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋特大跨鋼筋混凝土拱橋設(shè)計(jì)

9、和施工，是一項(xiàng)國(guó)際創(chuàng)新的技術(shù)，獲2000年國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)?；㈤T大橋建設(shè)成套技術(shù)獲2000年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的采用保障了我國(guó)橋梁建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展。截至去年底，全國(guó)共有各類公路橋梁24萬(wàn)座，共計(jì)865萬(wàn)延米，其中特大橋1139座，大橋12741座。這些橋梁造型優(yōu)美，美觀實(shí)用，成為當(dāng)?shù)氐囊坏里L(fēng)景。橋梁作為一跨越結(jié)構(gòu)，其造型千姿百態(tài)，這主要受其跨度、材料、荷載及施工方法四大因素的影響，當(dāng)然也包括人的意識(shí)形態(tài)或者說(shuō)是審美趨向的影響。只是一些杰出的橋梁工程師，他們利用自己對(duì)工程結(jié)構(gòu)的深刻理解，大膽、執(zhí)著、創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出許多偉大的橋梁（式），如林同炎設(shè)計(jì)的反吊橋、曲線斜拉橋、

10、展翅梁橋及預(yù)應(yīng)力鋼橋等。2 方法背景： 紙橋的制作方法及要求：制作時(shí)間35分鐘橋的強(qiáng)度（兩橋墩之間）不小于15厘米，橋?qū)挷恍∮?厘米橋的承重力強(qiáng)，堅(jiān)固（以重物重量為準(zhǔn)） 科學(xué)的研究方法：用聲像演示的手段向?qū)W生展示橋梁用各種物件，如工字型鋼、角鋼等（如圖），使學(xué)生理解通過(guò)改變紙的形狀，可以增加柔軟紙的強(qiáng)度并能承載一定的重量。學(xué)生自己動(dòng)手試驗(yàn)，尋找更多的用改變紙的形狀增加紙承載重量的方法，以此培養(yǎng)學(xué)生探索、觀察、分析能力；初步訓(xùn)練學(xué)生能將常見(jiàn)的事物本質(zhì)屬性抽象、概括，形成科學(xué)概念的概括、推理、歸納、綜合能力。學(xué)生查找資料或向教師、家長(zhǎng)請(qǐng)教“物體形狀和強(qiáng)度的關(guān)系”及科學(xué)原理，收集和查閱有關(guān)橋梁設(shè)計(jì)、

11、造型方面的資料和圖片。訓(xùn)練學(xué)生學(xué)會(huì)收集、整理和初步運(yùn)用多種信息，有目的地開(kāi)展調(diào)查研究的方法。并將收集到的資料、信息積累起來(lái)，分類保管，樹(shù)立信息積累的觀念。學(xué)生以組為單位活動(dòng)。要求各活動(dòng)小組根據(jù)本組設(shè)計(jì)的圖紙，按制作要求密切合作，完成紙橋的制作。在制作過(guò)程中，注意用“記錄紙”（或教師提供的數(shù)據(jù)表）記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。使學(xué)生學(xué)會(huì)處理觀察、制作結(jié)果的科學(xué)方法。各活動(dòng)小組展示各自作品，由各組選派一名同學(xué)談設(shè)計(jì)制作的感受。訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用語(yǔ)言完整表達(dá)觀察結(jié)果、制作過(guò)程、描述成品的能力。 科學(xué)行為習(xí)慣的養(yǎng)成：通過(guò)獨(dú)立完成查找資料、準(zhǔn)備設(shè)計(jì)圖紙等自主學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺(jué)性，并掌握良好的閱讀技能，養(yǎng)成自覺(jué)進(jìn)行課

12、外閱讀的習(xí)慣?；顒?dòng)小組協(xié)作完成紙橋制作，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作的團(tuán)隊(duì)精神。制作中注意記錄數(shù)據(jù)，養(yǎng)成良好的科學(xué)行為習(xí)慣。3重要詞匯： 壓力、壓強(qiáng)、靜強(qiáng)度、承重力設(shè)計(jì)思路（一） 活動(dòng)內(nèi)容的可行性及成功的原因：1活動(dòng)內(nèi)容的選擇符合學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知水平，注重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用綜合的知識(shí)能力解決實(shí)際問(wèn)題，在活動(dòng)中綜合運(yùn)用了物理、數(shù)學(xué)、幾何、美術(shù)和手工制作等多方面的知識(shí)和能力。2 活動(dòng)內(nèi)容的選擇具有一定的科技含量，把研究、實(shí)驗(yàn)、制作有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科技意識(shí)、科學(xué)方法和科學(xué)的探索精神。3 活動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)突出以學(xué)生為主體的教學(xué)過(guò)程，啟發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)探索，充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)上的主動(dòng)性和創(chuàng)造能力。

13、4 根據(jù)活動(dòng)內(nèi)容，確定活動(dòng)形式，精心設(shè)計(jì)活動(dòng)過(guò)程是成功上好活動(dòng)課的關(guān)鍵。5 選擇恰當(dāng)?shù)幕顒?dòng)形式，可以有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使他們始終保持良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)。6充分的課前準(zhǔn)備，是上好活動(dòng)課的前提和保障，它包括：活動(dòng)方案設(shè)計(jì)、收集資料、教師課前實(shí)驗(yàn)、研究、制作、教學(xué)用具、材料、設(shè)備準(zhǔn)備（錄像、投影儀等）。（二） 活動(dòng)要點(diǎn)：1 活動(dòng)以小組為單位，全班分成若干活動(dòng)小組（每組4人）采取競(jìng)賽的形式進(jìn)行活動(dòng)。2 教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行紙的強(qiáng)度和承重實(shí)驗(yàn)，確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，為進(jìn)行紙橋設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。3 課前要求學(xué)生收集橋的圖片資料和有關(guān)材料力學(xué)方面的資料，課上研究設(shè)計(jì)紙橋的制作圖紙。4 按照設(shè)計(jì)圖紙制作紙橋。完成后，以組為

14、單位進(jìn)行展示，評(píng)比。5 紙橋的評(píng)比要求及標(biāo)準(zhǔn)： 制作時(shí)間：35分鐘（30分）橋墩跨度20-25厘米，橋面寬5-7厘米（10分）橋的承重強(qiáng)、堅(jiān)固 （以重物重量為準(zhǔn)）跨度大的于要求可酌情加分橋的造型美觀（30分）實(shí)施條件1 學(xué)生用活動(dòng)器材 材料：八開(kāi)圖畫(huà)紙若干張 每座橋用四張八開(kāi)圖畫(huà)紙 用具：剪刀、糨糊、鉛筆、橡皮、直尺、圓規(guī)、三角板等 架設(shè)物：圖書(shū)、紙盒或木塊等，由學(xué)生任意選擇2 教具和設(shè)備 天平、砝碼、石子等 錄放像機(jī)、電視機(jī)各一臺(tái)，實(shí)物投影儀一臺(tái)3 場(chǎng)地要求在普通教室內(nèi)分組活動(dòng)4 指導(dǎo)者的人力資源活動(dòng)過(guò)程（一）第一次活動(dòng)：探究紙的形狀與它所承受的重量的關(guān)系（或稱：紙的強(qiáng)度試驗(yàn)）活動(dòng)時(shí)間：45

15、分鐘1 導(dǎo)入：用聲像演示的手段向?qū)W生展示橋梁用各種物件，如工字型鋼、角鋼等（如圖），使學(xué)生理解通過(guò)改變紙的形狀，可以增加柔軟紙的強(qiáng)度并能承載一定的重量。啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生探索，并用試驗(yàn)的方法，尋找更多的用改變紙的形狀增加紙承載重量的方法。2 活動(dòng)的開(kāi)展 教師巡視學(xué)生試驗(yàn)過(guò)程并隨機(jī)指導(dǎo)。 要求學(xué)生用文字、圖表等不同形式把制作方案表述清楚。將滿意的設(shè)計(jì)圖樣制作成寬不小于5厘米，長(zhǎng)不小于15厘米的“橋面”，并測(cè)量出它的承重量。選出小組內(nèi)承重量最大的“橋面”，試分析承重量最大的原因，（用作架設(shè)物的書(shū)、紙盒或木塊，由學(xué)生自由選擇） 成果展示與交流每一小組選出一名同學(xué)，匯報(bào)并展示小組成果，組內(nèi)同學(xué)補(bǔ)充。選出最

16、佳設(shè)計(jì)方案。3 布置本次活動(dòng)后的任務(wù)和下一次活動(dòng)的內(nèi)容： 活動(dòng)后查找資料或向教師、家長(zhǎng)請(qǐng)教“物體形狀和強(qiáng)度的關(guān)系”及科學(xué)原理。 根據(jù)本次活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)方法和有關(guān)資料的學(xué)習(xí)，初步構(gòu)思紙橋的結(jié)構(gòu)造型。 收集和查閱有關(guān)橋梁設(shè)計(jì)、造型方面的資料和圖片。為紙橋的設(shè)計(jì)勾畫(huà)草圖。（二）第二次活動(dòng)：紙橋的設(shè)計(jì) 活動(dòng)時(shí)間：45分鐘1 導(dǎo)入：教師布置本次活動(dòng)預(yù)定完成的目標(biāo)。 用同學(xué)們交流信息的方式，使學(xué)生對(duì)物體的形狀與強(qiáng)度的關(guān)系有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)； 通過(guò)同學(xué)展示所獲得的資料、紙橋草圖的方式啟發(fā)學(xué)生思路。2. 活動(dòng)的開(kāi)展：首先請(qǐng)同學(xué)們觀賞部分橋梁的圖片資料。本課要求各小組根據(jù)每個(gè)同學(xué)的構(gòu)思和搜集的資料、圖片共同研究紙橋的設(shè)計(jì)方案并畫(huà)出圖紙。（設(shè)計(jì)時(shí)間30分鐘。） 學(xué)生以組為單位開(kāi)始活動(dòng)（教師巡視）3. 活動(dòng)小結(jié)：課上同學(xué)們進(jìn)行了紙橋的圖樣設(shè)計(jì)，不完善的地方需進(jìn)一步修改，特別是如何提高橋面的承重強(qiáng)度應(yīng)作進(jìn)一步的研究和探索并利用課余時(shí)間進(jìn)行制作練習(xí)，為下節(jié)課紙橋的制作作好準(zhǔn)備。（三） 第三次活動(dòng)：紙橋的制作 活動(dòng)時(shí)間：45分鐘課前要求學(xué)生根據(jù)小組設(shè)計(jì)橋的方案準(zhǔn)備好相應(yīng)的材料和用具。1錄像導(dǎo)入：展示前兩節(jié)課活動(dòng)過(guò)程。2活動(dòng)的開(kāi)展：上節(jié)課進(jìn)行了紙橋的設(shè)計(jì)，各組完成了制作圖紙。本課要求各活動(dòng)小組根據(jù)本組設(shè)計(jì)的圖紙，按制作