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项目化学习案例《承重结构设计和制作》——朱红霞

日期：2020-06-11 责编：教科室

一、案例基本信息

案例名称	承重结构设计和制作
案例涉及学科	学科或核心学科（物理）相关学科( 数学、工程、技术 )注：跨学科项目填写
涉及教材内容	物体受力、摩擦力、三角形的稳定性等
案例适用年级	七、八年级	实施总课时数	10
项目简介
概述说明案例的产生背景、主要内容、实施情况和效果等，不超过500字。产生背景：承重结构设计和制作项目化学习以我校的校本课程建设目标为导向，以实践活动为载体，核心是培养学生的思维品格，发展学生的兴趣特长，实现我校个别化和个性化的教育理念。本项目旨在为学生提供自主探究、创新设计、动手实践的场所，以工具、材料和技术为基础，融合数学、物理、技术、工程等多学科知识的新型学习环境。主要内容：桥梁、建筑怎样才能更稳定、更坚固？承重结构是基础。因此本项目学习主要是进行结构设计和制作，利用桐木条、牙签、鱼线、胶水等材料，胶枪、锯条、磨床等工具，制作承重结构。首先进行图纸设计，然后制作结构，进行测试，并探索研究怎样使结构更轻，承重更多。在设计和制作承重结构过程中，鼓励创新设计，培养科学严谨的习惯，并在制作中逐渐提高精度，熟练使用木工切割、打磨工具，提高切割打磨的精确度。实施情况和效果：在本项目的学习中，学生相互协作，发现问题、寻找解决方案、分享创作成果，创新思维和勇于探索的精神得到发展。在活动中，同学们表现出来的兴趣和能力超乎老师的想象，同学们在创新设计、探索实践的过程中不断成长，动手能力、语言表达能力、发现解决问题的能力得到了较大程度的提高，提高了科学人文素养。

二、项目化学习案例要素

l 项目简介

在这个飞速发展的社会中，有许许多多的建筑物，这些建筑让人眼花缭乱，这些建筑的背后，都少不了工程师的智慧与工人所付出的艰辛。这些建筑，结构为何如此坚固？对人们来说，安全总是放在第一位的，这就需要一个工程师先来模拟建筑的结构再进行施工，我们这个设计就是为了探究如何用最少的材料做出承重最多的结构，以致于运用在生活中的方方面面。再运用平常学习的力的知识、三角形的稳定性等知识，对设计的结构加以改进，使结构更加的稳定坚固。由于有些房屋要建在山坡或斜坡上，因此测试器底座为半屋顶的形状，一半是平面，一半是斜面。本项目适合七、八年级学生，涉及数学、物理、工程、技术等学科。

l 项目学习目标：

1、在设计和制作承重结构过程中，开发创新潜力，养成科学严谨的习惯，有设计、改进、优化的意识，在创作实践中锻炼严谨踏实、不怕困难、持之以恒的品质。

2、熟练使用木工切割、打磨工具，并在制作中逐渐提高切割打磨的精确度。在操作过程中锻炼专注、耐心、细致、有始有终的品质。

l 项目实施

项目实施流程：

老师提出本节课的目标和要求——同学们分小组讨论设计结构，画出设计图，并说出设计思想——小组协同制作结构——用天平测量结构质量——进行结构承重测试——小组讨论研究怎样改进结构，提高承重质量，并总结展示制作中遇到的困难，解决方法以及改进意见。

项目实施过程（附视频）：

老师：桥梁、建筑怎样才能更稳定、更坚固？承重结构是基础。怎样才能让结构更坚固呢？今天老师给同学们提供了一些工具和桐木条，大家可以亲自动手，设计制作一个承重结构，并测试它的承重能力。比一比，哪一组的承重比更高。

请同学们先看设计和测试要求：

一、材料及工具：

桐木25根、牙签20根、胶水一瓶、渔线、胶带、吸管；

美工刀、剪刀、铅笔、钢直尺、锉刀、砂纸、锯条。

二、设计要求：

1、4人一组利用以上材料及工具设计及制作一个结构并进行承重测试。

2、结构内径：结构自上而下能穿过一个直径为5cm的圆柱。

3、结构是一个整体。

三、测试流程：

1、基础测试：

（1）结构内径检测：是否可以穿过直径5cm的圆柱。

（2）结构质量检测：称量结构的质量，精度0.01。

2、结构测试流程：

（1）将结构放置在测试器底座上，使结构完全坐落在测试器的底座。

（2）调整结构位置、放置承重板。

（3）放置第一个杠铃片、调整结构位置。

（4）1秒钟延时后放置第二个杠铃片，第二个杠铃片放好后，不允许再接触结构。

（5） e.放置第三个杠铃片、第四个、第五个、第六个、第七个。

四、说明：

1、承重板质量不计重量。

2、承重板或结构的任何部分接触到了任何一个安全支撑柱，即终止结构测试。

五、结构测试成绩A：

承重比例（A）= 最终承重量（kg）÷ 结构总重量（g）

六、结构测试器规格及草图

注意问题：
1.研究什么形状能使结构更稳定，尽量减少每一根木条的最大承重力，并把要称重的力分散到所做出结构的各个木条上。
2、可画出设计方案的图纸，利用学过的数学知识，计算出木条的长度，并在图纸上标注。

3、测量要精细，制作要提高精度。

4、遇到问题要动脑思考，认真仔细探究每一个细节。

5、在制作过程中，要不断总结经验教训，改进结构，提高结构的承重比。

快来亲自动手，展现你的创意巧思吧！

l 项目成果

此项目学习在我校开展以来，取得了丰硕的成果，在“2016年国际青少年创新设计大赛中国区复赛”中荣获全国二等奖；2016年5月，在郑州八中学区第一届“红五月”精品课程展示活动中，被评为“最受欢迎课程”。2017年3月，作为全省唯一一所学校代表，受邀参加了在河南省教育装备管理中心召开的2017年省教育装备工作会议，为来自全省各地市的教育局长、学校领导展示了郑州三十四中创新教育成果，获得了一致好评。在“2017年国际青少年创新设计大赛中国区复赛”中奇材队荣获全国二等奖，柔战队荣获全国一等奖，柔战队参加了在澳大利亚举行的国际比赛并荣获国际一等奖。

l 项目评估与反思

承重结构设计和制作项目学习的开展，首先得益于学校的重视，其次有老师的实干精神，第三有学生的热爱。在本项目学习的实践中，我有几点思考：

1、激发了学生的创新精神和实践能力：第一届结构组同学制作的第一个承重结构，粗糙而脆弱，他们经历了无数次失败，制作了20多个结构，终于做出了承重40千克的结构，而它的质量只有7.46克。而每一次设计，每一次改进，都闪耀着孩子们的创新思想，磨炼了他们细致、耐心、坚持不懈的意志，对作品有了设计、改进、优化的意识。

2、提高了学生的综合能力：在活动过程中，同学们学会了团队合作；在制作过程中，他们一起设计制作、讨论改进，学到了课本上学不到的知识；比赛中，他们学会了应对突发事件，锻炼了应变能力；赛后，他们学会了反思。在实践中，同学们的综合素质得到了提高。

3、对课堂教学的思考：在课堂教学中，不能只盯着分数，要善于发现学生的思维和创新的火花，留心发现学生不同的特长并加以挖掘，为学生的未来发展做准备。

学生的总结（部分）：

1、活动心得体会：

（1）在这次的结构制作中，我收获了了很多：一个人要想成功就必须要有团队，要为团队付出，与团队中的每一个人友好合作。任何时候都不能放弃自己的团队。遇到事情要先想想团队，再考虑自己。我们之所以成功，不是因为我们聪明，而是我们会团队合作，知道要为队里的每一个人考虑，而不是碰到了问题就推卸责任。还知道了遇到困难不放弃不着急，沉着冷静不忙不乱的解决。

（2）在我们的人生当中，或许，第一次的尝试期待换来的是失望，但我们要明白，只有敢尝试，才会有胜利的果实开花的一天，只要敢尝试，才会使人生更加灿烂，只有敢尝试，才能成长！

在这里，我要感谢我的父母，是他们给我创造了良好的学习环境；感谢学校给我了这次参赛的机会；更感谢我的指导老师，是她耐心指导我；还有感谢关心我的每一个人，是你们一直在支持我，鼓励我。

进步是你敢于去做你无法做的事！只有勇气和坚持你才能到达你认为那些无法跨越的地方！

2、遇到的问题及解决办法：

（1）在测试过程中，我们发现结构的稳定性非常重要，于是我们精确测量，细心打磨，耐心粘合，以使结构更加稳定。

（2）为了了解结构的脆弱部位，我们拍摄视频，通过观察慢动作视频，我们发现结构是先从下面的支撑腿处断裂的，于是，我们缩短最下面的横柱与底部的距离，并用鱼线加固，防止崩裂。