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第一章结构与设计
第三节结构设计
第三节 结构设计
教学目标：
1、知识与技能：通过实例了解设计的方法及过程，介绍设计思路、目标及头脑风暴法设计。
2、过程与方法：通过分析实例，知道怎样设计。
3、情感、态度和价值观：发明并不神秘，发明就在我们身边；任何发明创造都要付出汗水，必须勤动脑、勤思考才能做到。
巴中三名小学生发明"断肠草"杀虫 获全国性大奖
胡丁丹(左)、王睿(中)、袁祯阳(右)
断肠草
一种在四川境内大量存在，被称为"断肠草"的紫色开花植物，粉碎、浸泡、榨汁、再浸泡，反复数次后提炼出的提取物，可杀死三种常见害虫，经喷洒的蔬菜水洗后依然可放心食用。凭借这一"生物农药"，三名巴中小学生获得了全国性大奖。2017年8月17日，巴中平昌的小学四年级学生胡丁丹、袁祯阳、王睿的作品《紫花鱼灯草粗提取物对三种常见蔬菜害虫的杀灭性探究》，获得第32届全国青少年科技创新大赛一等奖。
案例告诉我们：
①发明设计并不神秘，只要在生活中多观察、多思考、多动手，就会有灵感；要不怕困难和失败，反复修改，不断完善，经过不断的努力才能成功。②发明创造是否有价值、是不是新东西，还要做调查。③要分析是否科学、实用。④一件集智慧、汗水的发明创造，别忘了申请专利，只有获得专利才能有效地保护发明。
又称安济桥，是世界上现存最早、跨度最长的圆弧行单孔敞肩型石拱桥。
特点：1、世界上首创敞肩型拱结构(剩料、减重、增加泄洪能力);
2、采用圆弧拱形式，打破半圆弧拱传统(增加跨度、降底拱高、增加通行方便性);
3、采取了单孔长度跨的形式，河心不立桥墩；克服立桥墩的诸多缺陷（不利船通行，妨碍泄洪、桥墩受水冲击和侵蚀人员塌毁的缺点)。
总之，赵州桥设计在经济性、适用性、美观性等方面都有明显的改善和提高。
观察与思考：赵州桥的设计
结构设计是属于设计中的一种类型，它必须遵循一般的设计方法和过程。
结构设计必须考虑它的受力情况、稳定性、强度、连接方式和材料的选用等。并能对结构设计进行基本的描述（图纸等）。还要从功能、实用、安全、经济、美观和人性化等角度综合考虑，以保证结构设计的目的和要求。
结构设计的要求：
设计一般过程：
头脑风暴法是一种群体式解决问题的过程，每一个人都可以公开地表达自己的想法，它有利于人们从多个人中吸收创造性的想法，鼓励每人大胆发表意见，而不用担心自己的想法遭到批评或轻视。能够汲取的想法越多，就越有可能找到最优的解决办法。
用头脑风暴法讨论：怎样设计
例 防烫锅盖扳手的发明
1、发现与明确问题。
2、制定设计方案
3、模型或原型制造
4、优化和改进
模型桥的结构设计
一、明确设计目标及要求
1、设计目标及要求：
①用木条制作桥梁模型，结构设计合理，造型美观。②跨度不小于30cm，长度不限；桥孔高度不低于15cm，桥面宽度不小于8cm，承载物的质量不小于500g，承重时间15s以上。③荷载的质量与桥自身重量的比例越大越好。
2、材料与连接方式：
材料以木条为主，粗绳、细绳为辅，连接方式不限。
二 、制定设计方案
1、收集和整理信息，对有关桥梁信息进行整理和分析。
2、发现问题：
桥受到压力时，桥面会弯曲变形。如果把这些力传递到其他地方，就可以使桥面不过分弯曲变形。
3、桥梁结构类型的选择。
各种桥梁结构
★桥梁结构类型
钢索斜拉桥：桥上的钢索直接承载桥板的荷载，并将这一荷载传导至塔架和桥墩。
桁架桥：桁架框承载桥板的荷载。
悬索桥：桥板通过吊缆系于粗悬索上，悬索末端固定于堤岸，悬索将荷载传导至系悬索的塔架。
讨论与分析
用头脑风暴法进行讨论
1、桥梁为什么会做成以上的各种结构形式。
2、形成你的设计方案，说说你的方案设计的理由。
3、怎样使你的桥梁模型既轻又承载大。
三、制作模型桥
1、挑选板材；
2、制作桥构件；
3、组合成桥身。
四、检测、优化和改进设计
1、试验检测
2、优化和改进设计
五、交流与评价
六、设计与实践
1、集中分等级评价；
2、评价桥模各自优缺点，并给出改进建议。
七、小结：
1、了解结构设计要求；
2、掌握结构设计一般过程。

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