紙橋的設(shè)計(jì)與制造方案

紙橋的設(shè)計(jì)與制作〔天津市科技活動(dòng)方案樣張之一〕一、題目紙橋的設(shè)計(jì)與制作二、適用對(duì)象D段〔七、八年級(jí)〕三、適用主體學(xué)校四、活動(dòng)目標(biāo)1.態(tài)度目標(biāo)：⑴實(shí)行分組的活動(dòng)形式，培育學(xué)生的合作精神和有序的工作力量；通過(guò)成品展現(xiàn)、競(jìng)賽等活動(dòng)，培育學(xué)生的既合作又競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)；⑵在制作過(guò)程中，培育學(xué)生不畏困難，不循舊規(guī)，敢于創(chuàng)的精神。.科學(xué)方法、力量目標(biāo)：⑴學(xué)習(xí)科技制作、理解橋的主要構(gòu)造的作用，通過(guò)紙橋的設(shè)計(jì)與制作使學(xué)生在探究中理解，與它的幾何外形有關(guān)。⑵在紙的多種承重試驗(yàn)爭(zhēng)論、紙橋設(shè)計(jì)等過(guò)程中鼓舞學(xué)生獨(dú)立思考、進(jìn)展學(xué)生的制造性思維力量。⑶培育學(xué)生與他人合作共同爭(zhēng)論的力量。.學(xué)問(wèn)目標(biāo)：

材料的強(qiáng)度⑴通過(guò)對(duì)橋的造型設(shè)計(jì)，培育學(xué)生的審美意識(shí)和環(huán)境美意識(shí)，提高創(chuàng)作模型的技能、技巧及可賞識(shí)性。⑵學(xué)習(xí)簡(jiǎn)潔的技術(shù)設(shè)計(jì)。五、活動(dòng)方式：活動(dòng)以班為單位，分為假設(shè)干活動(dòng)小組〔四名學(xué)生為一組〕，開展分組競(jìng)賽，作品在課上評(píng)定。六、所需活動(dòng)時(shí)間4 七、背景材料.學(xué)問(wèn)背景：⑴壓力與壓強(qiáng)知道壓力的概念，壓力是指垂直壓在物體外表上的力。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?、乒靶螛颍汗捌鹆搜募垪l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?；鸩窈袎涸诩埞皹蛏希n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。我們的祖先很早就覺察了拱形物體的這種性質(zhì)，并且把它運(yùn)用到建筑上去。各地開掘?qū)绲臇|漢古墓，多數(shù)有拱”式構(gòu)造，可見一千幾百年前我國(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，如同跨在河上的長(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，仍舊矗立在洨河上?！矆D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)山洪爆發(fā)時(shí)，小拱可以把洪水泄走。趙州橋結(jié)實(shí)的隱秘正在拱上。我國(guó)科技人員和工人繼承并進(jìn)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)，制造了雙曲拱橋。雙曲拱橋的外形同一般的空腹式拱橋似乎沒(méi)有什么區(qū)分。但是你假設(shè)走到橋下一看，就會(huì)覺察它的肚皮是凹的，似乎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，施工便利，節(jié)約材料。雄偉的南京長(zhǎng)江大橋的大路引橋便是這種雙曲拱橋。雙曲拱比單曲拱能承受更大的載荷，主要是由于雙曲拱不僅在一個(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)，雙曲拱能快速自行調(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。拱形構(gòu)造除了能用于建筑橋梁外，另一個(gè)重大的用處就是建筑水壩。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，依靠結(jié)實(shí)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，不僅可以削減體積，節(jié)約材料，而且還有肯定的彈性，對(duì)地基的局部變形具有肯定的適應(yīng)力量，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)分岀三個(gè)足弓：兩個(gè)縱向的縱弓和一個(gè)橫斷面上的橫弓。⑶橋的歷史與進(jìn)呈現(xiàn)狀：我國(guó)古代橋梁多用木、石、藤、竹及至皮革之類的自然材料，鍛鐵岀現(xiàn)以后有了簡(jiǎn)潔的鐵鏈橋。它們的強(qiáng)度都很低。木、藤、竹，皮革類易腐爛，能夠保存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。〔圖二〕錢塘江大橋位于杭州閘口六和塔四周，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。14531072米，兩岸引橋長(zhǎng)38119311111日進(jìn)展開工典禮，1935年通車。這座現(xiàn)代化的鋼鐵大橋?yàn)闇贤媳苯煌ㄗ鲗缌送粚绲姆瞰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)到達(dá)頂峰，岀現(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。19501978年中，我國(guó)的橋梁建設(shè)經(jīng)受了困難創(chuàng)業(yè)和曲折進(jìn)展兩個(gè)歷史時(shí)期。武漢長(zhǎng)江大橋與南京長(zhǎng)江大橋先后建成通車。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)力氣和國(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)立自主的水平、階段。同時(shí)期的外國(guó)橋梁岀現(xiàn)了多元紛呈、各顯其能的趨勢(shì)。斜拉橋成為主要橋型，日本和丹麥開頭實(shí)施宏偉的跨海工程打算。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)，并快速趕上世界橋梁建設(shè)的452米的汕頭海灣大橋、跨度888米的廣東虎門大橋、跨度900米的西凌長(zhǎng)江大橋、跨度 1385米的江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)展列。目前，我國(guó)已經(jīng)能夠嫻熟建筑長(zhǎng)大跨徑、深水根底橋梁，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)上的突破和進(jìn)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工程。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)和施工，是一項(xiàng)國(guó)際創(chuàng)的技術(shù)，獲 2023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 2023年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。24萬(wàn)865萬(wàn)延米，其中特大橋113912741座。這些橋梁造型美麗，美觀有用，成為當(dāng)?shù)氐囊坏里L(fēng)景。橋梁作為一跨越構(gòu)造，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。只是一些杰岀的橋梁工程師，他們利用自己對(duì)工程構(gòu)造的深刻理解，大膽、執(zhí)著、制造性地設(shè)計(jì)岀很多宏大的橋梁〔式〕，如林同炎設(shè)計(jì)的反吊橋、曲線斜拉橋、展翅梁橋及預(yù)應(yīng)力鋼橋等。.方法背景：⑴紙橋的制作方法及要求：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)，結(jié)實(shí)〔以重物重量為準(zhǔn)〕⑵科學(xué)的爭(zhēng)論方法：①用聲像演示的手段向?qū)W生展現(xiàn)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)轉(zhuǎn)變紙的外形，可以增加松軟紙的強(qiáng)度并能承載肯定的重量。學(xué)生自己動(dòng)手試驗(yàn)，查找更多的用轉(zhuǎn)變紙的外形增加紙承載重量的方法，以此培育學(xué)生探究、觀看、分析力量；初步訓(xùn)練學(xué)生能將常見的事物本質(zhì)屬性抽象、概括，形成科學(xué)概念的概括、推理、歸納、綜合力量。②學(xué)生查找資料或向教師、家長(zhǎng)請(qǐng)教 物體外形和強(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)、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，有目的地開展調(diào)查爭(zhēng)論的方法。并將收集到的資料、信息積存起來(lái)，分類保管，樹立信息積存的觀念。③學(xué)生以組為單位活動(dòng)。要求各活動(dòng)小組依據(jù)本組設(shè)計(jì)的圖紙， 按制作要求親熱合作，完成紙橋的制作。在制作過(guò)程中，留意用記錄紙”〔或教師供給的數(shù)據(jù)表〕記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。使學(xué)生學(xué)會(huì)處理觀看、制作結(jié)果的科學(xué)方法。④各活動(dòng)小組展現(xiàn)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)觀看結(jié)果、制作過(guò)程、描述成品的力量。⑶科學(xué)行為習(xí)慣的養(yǎng)成：①通過(guò)獨(dú)立完成查找資料、預(yù)備設(shè)計(jì)圖紙等自主學(xué)習(xí)活動(dòng)，培育學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性，并把握良好的閱讀技能，養(yǎng)成自覺進(jìn)展課外閱讀的習(xí)慣。②活動(dòng)小組協(xié)作完成紙橋制作，培育學(xué)生團(tuán)結(jié)合作的團(tuán)隊(duì)精神。③制作中留意記錄數(shù)據(jù)，養(yǎng)成良好的科學(xué)行為習(xí)慣。重要詞匯： 壓力、壓強(qiáng)、靜強(qiáng)度、承重力八、設(shè)計(jì)思路〔一〕活動(dòng)內(nèi)容的可行性及成功的緣由：活動(dòng)內(nèi)容的選擇符合學(xué)生現(xiàn)有的學(xué)問(wèn)構(gòu)造和認(rèn)知水平，留意培育學(xué)生運(yùn)用綜合的學(xué)問(wèn)力量解決實(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學(xué)問(wèn)和力量?；顒?dòng)內(nèi)容的選擇具有肯定的科技含量，把爭(zhēng)論、試驗(yàn)、制作有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，有助于培育學(xué)生的科 技意識(shí)、科學(xué)方法和科學(xué)的探究精神?；顒?dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)突岀以學(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)探究，充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí) 上的主動(dòng)性和制造力量。依據(jù)活動(dòng)內(nèi)容，確定活動(dòng)形式，細(xì)心設(shè)計(jì)活動(dòng)過(guò)程是成功上好活動(dòng)課的關(guān)鍵。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)。充分的課前預(yù)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、教師課前試驗(yàn)、爭(zhēng)論、制作、教學(xué)用具、材料、設(shè)備預(yù)備〔錄像、投影儀等〕?！捕?活動(dòng)以小組為單位，全班分成假設(shè)干活動(dòng)小組〔每組4人〕實(shí)行競(jìng)賽的形式進(jìn)展活動(dòng)。.教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)展紙的強(qiáng)度和承重試驗(yàn)，確定試驗(yàn)?zāi)康模瑸檫M(jìn)展紙橋設(shè)計(jì)做預(yù)備。.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，課上爭(zhēng)論設(shè)計(jì)紙橋的制作圖紙。.依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙制作紙橋。完成后，以組為單位進(jìn)展展現(xiàn)，評(píng)比。.紙橋的評(píng)比要求及標(biāo)準(zhǔn)：①制作時(shí)間：35分鐘〔30分〕20-255-7厘米〔10分〕③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 ④橋的造型美觀〔30分〕九、實(shí)施條件.學(xué)生用活動(dòng)器材⑴材料：八開圖畫紙假設(shè)干張每座橋用四張八開圖畫紙⑵用具：剪刀、糨糊、鉛筆、橡皮、直尺、圓規(guī)、三角板等⑶架設(shè)物：圖書、紙盒或木塊等，由學(xué)生任意選擇.教具和設(shè)備⑴天平、砝碼、石子等⑵錄放像機(jī)、電視機(jī)各一臺(tái)，實(shí)物投影儀一臺(tái).場(chǎng)地要求在一般教室內(nèi)分組活動(dòng).指導(dǎo)者的人力資源十、活動(dòng)過(guò)程〔一〕第一次活動(dòng)：探究紙的外形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分鐘1.導(dǎo)入：用聲像演示的手段向?qū)W生展現(xiàn)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)轉(zhuǎn)變紙的外形，可以增加松軟紙的強(qiáng)度并能承載肯定的重量。啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生探究，并用試驗(yàn)的方法，查找更多的用轉(zhuǎn)變紙的外形增加紙承載重量的方法。2.活動(dòng)的開展⑴教師巡察學(xué)生試驗(yàn)過(guò)程并隨機(jī)指導(dǎo)。⑵要求學(xué)生用文字、圖表等不同形式把制作方案表述清楚。⑶將滿足的設(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)量岀它的承重量。選岀小組內(nèi)承重量最大的橋面”，試分析承重量最大的緣由，〔用作架設(shè)物的書、紙盒或木塊，由學(xué)生自由選擇〕⑷成果展現(xiàn)與溝通每一小組選岀一名同學(xué)，匯報(bào)并展現(xiàn)小組成果，組內(nèi)同學(xué)補(bǔ)充。選岀最正確設(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：⑴活動(dòng)后查找資料或向教師、家長(zhǎng)請(qǐng)教 物體外形和強(qiáng)度的關(guān)系”及科學(xué)原理。⑵依據(jù)本次活動(dòng)的試驗(yàn)方法和有關(guān)資料的學(xué)習(xí)，初步構(gòu)思紙橋的構(gòu)造造型。⑶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)勾畫草圖?！捕称浯未位顒?dòng)：紙橋的設(shè)計(jì) 活動(dòng)時(shí)間：45分鐘.導(dǎo)入：教師布置本次活動(dòng)預(yù)定完成的目標(biāo)。⑴用同學(xué)們溝通信息的方式，使學(xué)生對(duì)物體的外形與強(qiáng)度的關(guān)系有進(jìn)一步的生疏；⑵通過(guò)同學(xué)展現(xiàn)所獲得的資料、紙橋草圖的方式啟發(fā)學(xué)生思路?；顒?dòng)的開展：⑴首先請(qǐng)同學(xué)們賞識(shí)局部橋梁的圖片資料。 本課要求各小組依據(jù)每個(gè)同學(xué)的構(gòu)思和搜集的資料、 圖片共同爭(zhēng)論紙橋的設(shè)計(jì)方案并畫出圖紙?！苍O(shè)計(jì)時(shí)間 30分鐘。〕⑵學(xué)生以組為單位開頭活動(dòng)〔教師巡察〕活動(dòng)小結(jié)：課上同學(xué)們進(jìn)展了紙橋的圖樣設(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)一步的爭(zhēng)論和探究并利用課余時(shí)間進(jìn)展制作練習(xí)，為下節(jié)課紙橋的制作作好預(yù)備?！踩车谌位顒?dòng)：紙橋的制作活動(dòng)時(shí)間：45分鐘課前要求學(xué)生依據(jù)小組設(shè)計(jì)橋的方案預(yù)備好相應(yīng)的材料和用具。1錄像導(dǎo)入：展現(xiàn)前兩節(jié)課活動(dòng)過(guò)程。活動(dòng)的開展：上節(jié)課進(jìn)展了紙橋的設(shè)計(jì)，各組完成了制作圖紙。本課要求各活動(dòng)小組依據(jù)本組設(shè)計(jì)的圖紙