高中通用技术“纸桥的设计与制作”教学探究

■王建芸

高中通用技术“纸桥的设计与制作”教学探究

■王建芸

【教材分析】

本教学内容是通用技术学科《技术与设计2》第一单元《简单结构的设计》中的内容。在教学中，教师应围绕“结构设计制作”这一中心和重点，制订教学方案；教学中要始终贯穿设计的思想和方法，要体现出结构的稳定性、强度等理论知识对设计实践的指导。在结构设计项目的选择上既要源于学生生活，又要相对简单，能达到教学目标要求。所以，我没有按照教材上的“简易相片架的制作”进行教学，而是将结构设计案例设定为“纸桥的设计与制作”来完成本次教学内容。纸桥的制作技术含量虽然很高，但材料准备简单，成本低廉，又有利于环保。学生在设计和制作时，可以有很多的设计方案，便于学生探索结构的稳定性和强度，能有效地激发学生自我探究的热情，培养学生的创新意识和实践能力。

【教学目的】

“纸桥的设计与制作”活动设置的目的就是让学生通过纸桥模型的设计制作，加深对结构的稳定性和强度的理解；通过纸桥的承重与强度试验，让学生自己观察什么样的形状承受力大、牢固性强，进一步熟悉设计一般过程的各个环节。

【学情分析】

高中学生的观察能力和思维能力已经有了一定的自主性，在前面的学习中，学生已经认识了一些常见结构，但认识较浅，难以形成系统的知识架构，对真正的结构设计的思考和自我创作缺少经验。另外，虽然学生都知道桥梁是由桥面、桥墩等组成的，也知道桥梁的承受力与桥面形状和所用的材料有关，但由于学生平时较少接触压力、形变、承重等实际问题，所以他们虽然对所学的力学知识有一些了解，但是很难与具体实际中的事物联系起来。

【教学方案设计】

本次教学内容建议安排3课时。

第1课时：进行纸张的承重与拉力实验，让学生充分了解纸张的特性；欣赏优秀的纸桥作品与图片；探讨纸桥结构设计应考虑的因素；

第2课时：学生以小组为单位进行纸桥的设计与模型制作；

第3课时：进行纸桥的承重与强度测试，学生相互评价，再完成纸桥的优化。

教师可以根据实际情况，灵活处理教学活动，可以将它用在学生学习稳定性和强度之前，让学生探究影响稳定性和强度的因素；也可让学生边学习理论知识边进行实践活动。

【教学策略】

积极倡导自主、合作、探究的学习方式。通过实践活动，促进学生对结构知识的探讨，培养学生和谐合作的能力，体验交流合作的乐趣；创设试验操作环节，加深学生对结构知识的内在联系的整体认识与体验；教学中尊重学生的学习体验，鼓励学生积极思考，培养学生自主探索、自主解决问题的良好品质。

【教学目标】

1.知识与技能

（1）了解结构设计的目标及设计规范，能进行纸桥结构设计，并绘制设计图纸；

（2）制作符合要求的纸桥模型。

2.过程与方法

（1）小组合作探究，实践操作，加深对教学重难点的掌握；

（2）交流体验，多元评价，促进教学目标的达成。

3.情感态度与价值观

（1）增强学生对结构设计内涵的理解，激发设计兴趣和欲望；

（2）培养学生探究的主动性，创新品质，提高审美意识；

（3）增强对技术的热爱，增进良好的合作交流能力。

【教学准备】

1．教师准备多媒体课件、实物、图片、作品、案例

2．学生准备废纸、报纸、胶水、细线等制作用品

【教学过程】

一、引入新课——纸张特性的探究分析

1.教师示范试验

（1）教师拿出一张A3白纸，均匀分成两份，一半卷成直径20毫米的圆柱型，另一半反复对折成20毫米宽的硬纸片。然后在讲台上放置两张凳子，中间间隔150毫米，再把这两个物体架在两张凳子之间，两端用胶带纸固定。这时教师再取出重物（可以是塑料袋中加入若干水的矿泉水瓶子）放置中央。

（2）学生观察试验，得出结论

直径20毫米的圆柱型可以承受至少半瓶水的重量，而20毫米宽的硬纸片只可以承受非常少的重量，甚至都放不了一个空瓶子。

2.学生实践活动，深入了解纸张的结构特点

学生用指定的方法进行试验，让同学们感受纸张能承受重量的神奇。

（1）纸张的折叠、卷曲试验。折叠成三棱柱或者卷曲成圆柱体后承受的压力加大。

（2）纸张的叠加试验。多张纸张叠加后，能够承受更大的力。

二、进入新课——纸桥的结构设计分析

学生完成试验后，进入教学活动主题：探究纸桥的设计要素。

探究活动1：纸桥作品的优秀案例分析、图片欣赏（ppt课件、视频）。

目的：拓宽学生视野，激发学生活动兴趣。

探究活动2：问题设置，以小组为单位探究，剖析纸桥结构的设计要素。

A.纸桥设计体现了设计过程的哪些环节？

提示：纸桥的设计体现了设计一般过程中的几个环节：发现与明确问题、制定设计方案、制作模型、测试和评估模型。

B.如何让纸桥更加稳定牢固？

提示：影响结构稳定性的因素：①建筑模型的重心位置；②结构与地面所形成的支撑面的大小；③结构的形状。

C.为什么相同材料、同一种形状的桥梁其承重力会有差异？

提示：影响结构的强度主要有三要素，除了材料和结构的形状外，结构中各构件的连接方式（例如胶水的多少、连接处的大小等）也有很大的影响。另外，制作纸桥的精细程度也有很大的影响。

D.如果用2张A3纸和几根普通的白线（选择弹力较小的线），我们如何设计桥梁才能使桥梁达到最大承受力？

提示：材料的增加可以使结构有更多的选择，还可以在薄弱的地方进行加固。白线这种新材料的加入，可以做成悬索桥结构，也可以用来捆绑和加固。

三、学生实践——纸桥的设计与制作

1.教师发放纸桥制作活动实践报告表，提出要求

2.学生仔细阅读纸桥制作的具体要求和尺寸

用废纸按规定尺寸设计制作纸桥（桥宽6CM，桥高10CM，跨度30CM），要求桥身自重要轻，承载要重，以承载重量与桥身自重之比为指标，比值越大越好。

3.学生根据要求进行纸制桥梁的设计

要求：学生设计的方案需用草图加说明的形式表达，每组都有设计方案的简要说明与分析，并完成活动实践报告书。

设计实践活动a——确定纸结构的组合。

设计实践活动b——确定纸桥的连接方式。

活动目的：探究用纸张制作纸桥时如何进行连接和固定？如何确保纸桥的稳固性性？

提示：胶水直接粘连；用剪刀剪开口子后插接；随着连接部位和材料多少的不同，强度和稳固性各有不同的变化。

设计实践活动c——各组完成纸桥结构设计方案，将草图绘制在“实践报告”中。

提示：可以做成拱形等曲面结构；同时承受风的那一面，受风力的面积一定要尽可能小。

4.设计图完成后，让学生按照图纸开始制作纸桥模型

提示：安排4位同学组成一个小组，两个同学合作完成一个模型，每个小组制作两个相同的建筑模型结构。因为进行结构强度试验的模型一般会被破坏，而进行稳定性试验的模型不会被破坏；所以可以用这个没有破坏的模型进行最后的结构稳固性的分析。

四、学生实践——纸桥的测试与评价

1.学生纸桥制作完成后，进行纸桥的承重与强度试验，完成活动实践数据报告

A.每个小组第一个作品完成后，学生可以在自己的桌子上直接进行承重与强度试验。试验可以选择矿泉水瓶、书本、字典等，放置在学生桥梁模型的中央来测试，最后比较哪些小组设计并制作的桥梁结构承受力大。

B.进行稳定性试验时，学生先用力吹一下结构，如果已经失稳，就没有必要上讲台进行稳定性试验了，教师可准备一个电吹风，进行稳定性的测试。

2.所有小组完成测试后，小组间互相评价；每个小组选派代表汇报本组在设计制作过程中的基本情况；安排部分优秀作品进行展示

提示：让学生展示的作品可以是技术试验效果比较好的结构，或是制作最多的结构，还可以是典型的符合受力的结构。评价时应兼顾各个方面。

五、学生实践——纸桥设计的优化

1.教师学生共同研究讨论优秀纸桥结构的特点，分析出这个模型结构有比较高承受力的原因

2.学生完成作品的优化

3.活动深入：设计中加入橡皮泥、几根普通的白线（选择弹力较小的线）等，对纸桥的承重、强度与稳定性进行优化

提示：学生课后利用这些材料重新设计制作一个桥梁模型，再测试比较分析。

该教学案例具有普及性，学生进入快，活动中涌现了许多优秀作品，有的外形美观，有的设计新颖，有的简单环保，有的扎实稳固，整个教学活动过程学生很感兴趣，非常投入；桥梁设计是工程学的重要内容，具有探索性和创新性，能提高学生对科学的兴趣，能培养创新精神和实践能力，同时也能提高学生团结协作、互相配合的能力。

（作者单位：武汉市常青第一中学）

责任编辑 王爱民