■王建蕓

高中通用技術(shù)“紙橋的設(shè)計與制作”教學(xué)探究

■王建蕓

【教材分析】

本教學(xué)內(nèi)容是通用技術(shù)學(xué)科《技術(shù)與設(shè)計2》第一單元《簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計》中的內(nèi)容。在教學(xué)中，教師應(yīng)圍繞“結(jié)構(gòu)設(shè)計制作”這一中心和重點，制訂教學(xué)方案；教學(xué)中要始終貫穿設(shè)計的思想和方法，要體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、強(qiáng)度等理論知識對設(shè)計實踐的指導(dǎo)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計項目的選擇上既要源于學(xué)生生活，又要相對簡單，能達(dá)到教學(xué)目標(biāo)要求。所以，我沒有按照教材上的“簡易相片架的制作”進(jìn)行教學(xué)，而是將結(jié)構(gòu)設(shè)計案例設(shè)定為“紙橋的設(shè)計與制作”來完成本次教學(xué)內(nèi)容。紙橋的制作技術(shù)含量雖然很高，但材料準(zhǔn)備簡單，成本低廉，又有利于環(huán)保。學(xué)生在設(shè)計和制作時，可以有很多的設(shè)計方案，便于學(xué)生探索結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，能有效地激發(fā)學(xué)生自我探究的熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力。

【教學(xué)目的】

“紙橋的設(shè)計與制作”活動設(shè)置的目的就是讓學(xué)生通過紙橋模型的設(shè)計制作，加深對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度的理解；通過紙橋的承重與強(qiáng)度試驗，讓學(xué)生自己觀察什么樣的形狀承受力大、牢固性強(qiáng)，進(jìn)一步熟悉設(shè)計一般過程的各個環(huán)節(jié)。

【學(xué)情分析】

高中學(xué)生的觀察能力和思維能力已經(jīng)有了一定的自主性，在前面的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識了一些常見結(jié)構(gòu)，但認(rèn)識較淺，難以形成系統(tǒng)的知識架構(gòu)，對真正的結(jié)構(gòu)設(shè)計的思考和自我創(chuàng)作缺少經(jīng)驗。另外，雖然學(xué)生都知道橋梁是由橋面、橋墩等組成的，也知道橋梁的承受力與橋面形狀和所用的材料有關(guān)，但由于學(xué)生平時較少接觸壓力、形變、承重等實際問題，所以他們雖然對所學(xué)的力學(xué)知識有一些了解，但是很難與具體實際中的事物聯(lián)系起來。

【教學(xué)方案設(shè)計】

本次教學(xué)內(nèi)容建議安排3課時。

第1課時：進(jìn)行紙張的承重與拉力實驗，讓學(xué)生充分了解紙張的特性；欣賞優(yōu)秀的紙橋作品與圖片；探討紙橋結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的因素；

第2課時：學(xué)生以小組為單位進(jìn)行紙橋的設(shè)計與模型制作；

第3課時：進(jìn)行紙橋的承重與強(qiáng)度測試，學(xué)生相互評價，再完成紙橋的優(yōu)化。

教師可以根據(jù)實際情況，靈活處理教學(xué)活動，可以將它用在學(xué)生學(xué)習(xí)穩(wěn)定性和強(qiáng)度之前，讓學(xué)生探究影響穩(wěn)定性和強(qiáng)度的因素；也可讓學(xué)生邊學(xué)習(xí)理論知識邊進(jìn)行實踐活動。

【教學(xué)策略】

積極倡導(dǎo)自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式。通過實踐活動，促進(jìn)學(xué)生對結(jié)構(gòu)知識的探討，培養(yǎng)學(xué)生和諧合作的能力，體驗交流合作的樂趣；創(chuàng)設(shè)試驗操作環(huán)節(jié)，加深學(xué)生對結(jié)構(gòu)知識的內(nèi)在聯(lián)系的整體認(rèn)識與體驗；教學(xué)中尊重學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，鼓勵學(xué)生積極思考，培養(yǎng)學(xué)生自主探索、自主解決問題的良好品質(zhì)。

【教學(xué)目標(biāo)】

1.知識與技能

（1）了解結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標(biāo)及設(shè)計規(guī)范，能進(jìn)行紙橋結(jié)構(gòu)設(shè)計，并繪制設(shè)計圖紙；

（2）制作符合要求的紙橋模型。

2.過程與方法

（1）小組合作探究，實踐操作，加深對教學(xué)重難點的掌握；

（2）交流體驗，多元評價，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

3.情感態(tài)度與價值觀

（1）增強(qiáng)學(xué)生對結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)涵的理解，激發(fā)設(shè)計興趣和欲望；

（2）培養(yǎng)學(xué)生探究的主動性，創(chuàng)新品質(zhì)，提高審美意識；

（3）增強(qiáng)對技術(shù)的熱愛，增進(jìn)良好的合作交流能力。

【教學(xué)準(zhǔn)備】

1．教師準(zhǔn)備多媒體課件、實物、圖片、作品、案例

2．學(xué)生準(zhǔn)備廢紙、報紙、膠水、細(xì)線等制作用品

【教學(xué)過程】

一、引入新課——紙張?zhí)匦缘奶骄糠治?/h2>

1.教師示范試驗

（1）教師拿出一張A3白紙，均勻分成兩份，一半卷成直徑20毫米的圓柱型，另一半反復(fù)對折成20毫米寬的硬紙片。然后在講臺上放置兩張凳子，中間間隔150毫米，再把這兩個物體架在兩張凳子之間，兩端用膠帶紙固定。這時教師再取出重物（可以是塑料袋中加入若干水的礦泉水瓶子）放置中央。

（2）學(xué)生觀察試驗，得出結(jié)論

直徑20毫米的圓柱型可以承受至少半瓶水的重量，而20毫米寬的硬紙片只可以承受非常少的重量，甚至都放不了一個空瓶子。

2.學(xué)生實踐活動，深入了解紙張的結(jié)構(gòu)特點

學(xué)生用指定的方法進(jìn)行試驗，讓同學(xué)們感受紙張能承受重量的神奇。

（1）紙張的折疊、卷曲試驗。折疊成三棱柱或者卷曲成圓柱體后承受的壓力加大。

（2）紙張的疊加試驗。多張紙張疊加后，能夠承受更大的力。

二、進(jìn)入新課——紙橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

學(xué)生完成試驗后，進(jìn)入教學(xué)活動主題：探究紙橋的設(shè)計要素。

探究活動1：紙橋作品的優(yōu)秀案例分析、圖片欣賞（ppt課件、視頻）。

目的：拓寬學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生活動興趣。

探究活動2：問題設(shè)置，以小組為單位探究，剖析紙橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計要素。

A.紙橋設(shè)計體現(xiàn)了設(shè)計過程的哪些環(huán)節(jié)？

提示：紙橋的設(shè)計體現(xiàn)了設(shè)計一般過程中的幾個環(huán)節(jié)：發(fā)現(xiàn)與明確問題、制定設(shè)計方案、制作模型、測試和評估模型。

B.如何讓紙橋更加穩(wěn)定牢固？

提示：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素：①建筑模型的重心位置；②結(jié)構(gòu)與地面所形成的支撐面的大??；③結(jié)構(gòu)的形狀。

C.為什么相同材料、同一種形狀的橋梁其承重力會有差異？

提示：影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度主要有三要素，除了材料和結(jié)構(gòu)的形狀外，結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的連接方式（例如膠水的多少、連接處的大小等）也有很大的影響。另外，制作紙橋的精細(xì)程度也有很大的影響。

D.如果用2張A3紙和幾根普通的白線（選擇彈力較小的線），我們?nèi)绾卧O(shè)計橋梁才能使橋梁達(dá)到最大承受力？

提示：材料的增加可以使結(jié)構(gòu)有更多的選擇，還可以在薄弱的地方進(jìn)行加固。白線這種新材料的加入，可以做成懸索橋結(jié)構(gòu)，也可以用來捆綁和加固。

三、學(xué)生實踐——紙橋的設(shè)計與制作

1.教師發(fā)放紙橋制作活動實踐報告表，提出要求

2.學(xué)生仔細(xì)閱讀紙橋制作的具體要求和尺寸

用廢紙按規(guī)定尺寸設(shè)計制作紙橋（橋?qū)?CM，橋高10CM，跨度30CM），要求橋身自重要輕，承載要重，以承載重量與橋身自重之比為指標(biāo)，比值越大越好。

3.學(xué)生根據(jù)要求進(jìn)行紙制橋梁的設(shè)計

要求：學(xué)生設(shè)計的方案需用草圖加說明的形式表達(dá)，每組都有設(shè)計方案的簡要說明與分析，并完成活動實踐報告書。

設(shè)計實踐活動a——確定紙結(jié)構(gòu)的組合。

設(shè)計實踐活動b——確定紙橋的連接方式。

活動目的：探究用紙張制作紙橋時如何進(jìn)行連接和固定？如何確保紙橋的穩(wěn)固性性？

提示：膠水直接粘連；用剪刀剪開口子后插接；隨著連接部位和材料多少的不同，強(qiáng)度和穩(wěn)固性各有不同的變化。

設(shè)計實踐活動c——各組完成紙橋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，將草圖繪制在“實踐報告”中。

提示：可以做成拱形等曲面結(jié)構(gòu)；同時承受風(fēng)的那一面，受風(fēng)力的面積一定要盡可能小。

4.設(shè)計圖完成后，讓學(xué)生按照圖紙開始制作紙橋模型

提示：安排4位同學(xué)組成一個小組，兩個同學(xué)合作完成一個模型，每個小組制作兩個相同的建筑模型結(jié)構(gòu)。因為進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗的模型一般會被破壞，而進(jìn)行穩(wěn)定性試驗的模型不會被破壞；所以可以用這個沒有破壞的模型進(jìn)行最后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的分析。

四、學(xué)生實踐——紙橋的測試與評價

1.學(xué)生紙橋制作完成后，進(jìn)行紙橋的承重與強(qiáng)度試驗，完成活動實踐數(shù)據(jù)報告

A.每個小組第一個作品完成后，學(xué)生可以在自己的桌子上直接進(jìn)行承重與強(qiáng)度試驗。試驗可以選擇礦泉水瓶、書本、字典等，放置在學(xué)生橋梁模型的中央來測試，最后比較哪些小組設(shè)計并制作的橋梁結(jié)構(gòu)承受力大。

B.進(jìn)行穩(wěn)定性試驗時，學(xué)生先用力吹一下結(jié)構(gòu)，如果已經(jīng)失穩(wěn)，就沒有必要上講臺進(jìn)行穩(wěn)定性試驗了，教師可準(zhǔn)備一個電吹風(fēng)，進(jìn)行穩(wěn)定性的測試。

2.所有小組完成測試后，小組間互相評價；每個小組選派代表匯報本組在設(shè)計制作過程中的基本情況；安排部分優(yōu)秀作品進(jìn)行展示

提示：讓學(xué)生展示的作品可以是技術(shù)試驗效果比較好的結(jié)構(gòu)，或是制作最多的結(jié)構(gòu)，還可以是典型的符合受力的結(jié)構(gòu)。評價時應(yīng)兼顧各個方面。

五、學(xué)生實踐——紙橋設(shè)計的優(yōu)化

1.教師學(xué)生共同研究討論優(yōu)秀紙橋結(jié)構(gòu)的特點，分析出這個模型結(jié)構(gòu)有比較高承受力的原因

2.學(xué)生完成作品的優(yōu)化

3.活動深入：設(shè)計中加入橡皮泥、幾根普通的白線（選擇彈力較小的線）等，對紙橋的承重、強(qiáng)度與穩(wěn)定性進(jìn)行優(yōu)化

提示：學(xué)生課后利用這些材料重新設(shè)計制作一個橋梁模型，再測試比較分析。

該教學(xué)案例具有普及性，學(xué)生進(jìn)入快，活動中涌現(xiàn)了許多優(yōu)秀作品，有的外形美觀，有的設(shè)計新穎，有的簡單環(huán)保，有的扎實穩(wěn)固，整個教學(xué)活動過程學(xué)生很感興趣，非常投入；橋梁設(shè)計是工程學(xué)的重要內(nèi)容，具有探索性和創(chuàng)新性，能提高學(xué)生對科學(xué)的興趣，能培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力，同時也能提高學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、互相配合的能力。

（作者單位：武漢市常青第一中學(xué)）

責(zé)任編輯 王愛民