资源简介

(共28张PPT)
桥梁结构的优化与改进
中小学实验教学说课活动
教师姓名：
目 录
CONTENTS
教材分析
01.
实验器材
02.
实验创新要点
03.
实验设计思路
04.
实验教学目标
05.
实验内容与教学过程
06.
实验效果评价
07.
教材分析
PART 01
教材分析
第1单元 结构及其设计
结构的认识
结构的功能
结构的设计
结构的赏析
应考虑的因素
一般步骤
发现与明确问题
制订设计方案
模型制作与测试
优化和
改进
实验器材
PART 02
实验器材
制作材料&工具
基础桥梁结构模型
限定规格和数量的桐木条
502胶水
塑料扎带
剪刀
美工刀
钢尺
砂纸
切割垫板
测试工具
模型加载设备
2kg增坨砝码
激光位移计
电子天平
桥墩
增坨砝码
激光位移计
实验创新要点
PART 03
1——实验载体的创新
实验创新要点
基于检测和评价的结果，应对设计方案进行改进。改进可以从以下几个方面进行：针对检测出现的问题提出改进；尝试一些新的创意，优化和完善结构设计；对外观设计进行改进。
优化相关内容薄弱
单元实验活动零散
熟悉又有难度的真实工程问题
大概念大项目、课时任务分解
民族自豪感、使命感的德育渗透
实验
载体的
创新
教材内容 教材实验活动
结构的认识 结构的分类 探索蛋壳的受力
结构与力 硅胶棒受力与形变
结构的功能 稳定性 三脚架
强度 不同横截面杆件的受力形变
功能 多功能人字梯
结构的设计 人字梯模型的设计
修路造桥助发展——桥梁结构设计
设计并制作一座桥梁结构模型，要求：
符合跨度、宽度等尺寸要求
能够承受特定的跨中荷载
在荷载作用下跨中形变不超过限定值
1——实验载体的创新
实验创新要点2——实验装置的创新
简易桥墩易变形
难以得知结构形变
实验装置V1.0
桥墩
质量块
木块作为桥墩
以滑块能否通过桥跨中位置来判断形变是否满足要求
实验装置V2.0
问题解决
为实验载体量身定制实验装置
上承式桥不适用
桥墩
质量块
滑块
两桥墩之间稳定性不足
无法限制桥梁结构水平方向的位移
形变无法定量
对不同结构的尺寸、形态适用度低
实验装置V2.0
桥墩
质量块
滑块
两桥墩之间稳定性不足
无法限制桥梁结构水平方向的位移
形变无法定量
对不同结构的尺寸、形态适用度低
实验装置V2.0
实验创新要点2——实验装置的创新
上承式桥不适用
简易桥墩易变形
难以得知结构形变
实验装置V1.0
桥墩
质量块
金属一体式实验装置，提高自身稳定性和强度
桥梁宽度方向设置侧挡板
激光位移计动态测量形变
跨度、宽度、位移计位置可调节
实验装置V3.0
桥墩
增坨砝码
激光位移计
木块作为桥墩
以滑块能否通过桥跨中位置来判断形变是否满足要求
实验装置V2.0
存在的问题
桥墩
质量块
滑块
实验创新要点2——实验装置的创新
金属一体式实验装置，提高自身稳定性和强度
桥梁宽度方向设置侧挡板
激光位移计动态测量形变
跨度、宽度、位移计位置可调节
实验装置V3.0
桥墩
增坨砝码
激光位移计
上承式桥不适用
两桥墩之间稳定性不足
无法限制桥梁结构水平方向的位移
形变无法定量
对不同结构的尺寸、形态适用度低
实验装置V2.0
木块作为桥墩
以滑块能否通过桥跨中位置来判断形变是否满足要求
实验装置V2.0
实验创新要点2——实验装置的创新
桥墩
增坨砝码
激光位移计
设置侧板限制结构水平位移
可调节侧板间距，适用不同宽度的结构
激光位移计可动态测量结构形变
支架可调节位移计位置
增加桥墩之间连接，提高装置整体稳定性和强度
可调节桥墩间距，适用不同跨度的结构
金属材质、一体式桥墩，提升刚度和强度
增加桥墩高度，适用不同形的态桥梁结构
上承式桥也适用
实验创新要点3——实验可视化的创新
借助慢动作回放及定格动画等信息化技术手段，即时实现结构测试过程的可视化，助力结构不足的反思。
借助计算机辅助设计及虚拟仿真技术，实现结构应力和应变的可视化，助力结构薄弱点的聚焦。
看不清 看得清
看不见 看得见
实验设计思路
PART 04
实验设计思路——实验模型的制作
材料类型和规格多样
为不同的结构优化和改进方案提供支持。
主材选用桐木条
力学性能与实际工程钢材相近，更好地模拟钢桥的装配式建造与受力特性。
制作相对简便，易于达成设计目标。
相同的结构优化对象
统一教学起点。
更好地达成教学目标。
便于组间参与、交流和评价。
实验设计思路——实验装置与测试
车辆、行人竖向荷载
增坨砝码
施加竖向荷载
真实世界的工程问题
凝练
模型实验
结构跨中形变最大
激光位移计
测量跨中形变
实验教学目标
PART 05
实验教学目标
能够根据实验结果分析影响结构优化的因素，从而制订优化方案并完成制作。
学会结构优化改进的一般方法。
知识与技能
感受“中国桥”背后逢山开路、遇水架桥的奋斗精神，提升学生的民族自豪感。
关注农村山区的发展困境，激发学生的民族使命感。
情感态度
与价值观
通过对结构优化方案的制订与模型制作，增强物化能力及运用工程思维解决实际技术问题的能力。
通过优化结构的加载测试，考察结构优化目标的达成度，体会技术试验在技术活动中的重要作用。
通过完整体验结构设计的一般过程，理解解决结构设计问题是一个不断迭代优化的过程。
过程与方法
实验内容与教学过程
PART 06
实验教学流程
环节1
复习导入
交流对各自结构的反思改进设想
提炼结构优化的一般方法
环节2
结构优化方案的制订
明确结构优化目标
制订结构的优化方案
环节3
优化方案修改与
优化结构制作
通过交流完善优化方案
根据方案制作结构
环节4
优化结构的展示与测试
对优化后的结构进行承重测试
观察现象、记录数据、撰写报告
环节5
课堂小结
总结结构优化的方法
实验教学流程
【内容】学生根据上节课各自小组桥梁结构承重测试情况，结合影响结构强度的因素，交流对结构的反思改进设想，提炼结构优化的一般方法。
【目的】通过交流分享结构的改进设想，提炼结构优化的一般方法。
改变构件的横截面形状
加强节点的连接
结构的优化
和改进
调整结构的架构形态
实验教学流程
【内容】明确结构优化目标，基于桥梁结构的力学计算结果及承重测试结果，分析待优化桥梁结构模型的破坏原因，结合结构优化的一般方法，制订桥梁结构的优化方案；交流桥梁结构的优化方案。
【目的】基于模拟试验结果，分析影响结构优化的因素，制订优化方案，增强运用工程思维解决实际技术问题的能力。
实验教学流程
【内容】根据方案交流过程中发现的不足与问题，进一步完善结构优化方案；依据优化方案，使用限定的材料（木材横截面、长度均有限制）及工具，进行桥梁结构的加工制作；小组间进行相互评价，填写课堂评价表中相应的他评内容。
【目的】依照优化方案桥梁结构的制作过程，提高物化能力与团队协作能力。
实验教学流程
【内容】结合优化方案图样介绍小组结构优化的重点；对优化后的桥梁结构进行承重测试；观察试验现象、记录试验数据，撰写试验报告及课堂评价表中自我评价内容。
【目的】通过优化结构的加载测试，考察结构优化目标的达成度，体会技术试验在技术活动中的重要作用。
交流介绍
数据记录
承重测试
改变构件的横截面形状
加强节点的连接
替换材料
结构的优化
和改进
调整结构的架构形态
实验教学流程
【内容】总结结构优化的方法；布置作业：完成课后评价表，根据各组桥梁结构的力学计算结果，结合结构优化的方法，进一步优化结构。
【目的】通过优化与改进桥梁结构，进一步理解和应用影响结构强度的多个关键因素进行设计和制作，完整体验结构设计的一般过程，理解解决结构设计问题是一个不断迭代优化的过程。
实验效果评价
PART 07
实验效果评价
独特的创意与构思
创新设计
工程思维
系统分析结构薄弱点
综合考虑安全性和经济性
优化目标达成度高
图样表达
物化能力
技术意识
清晰表达设计构想
规定时间内完成优化结构制作
树立工程师责任意识
感谢观看
请批评指正

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