资源简介

5 跨学科实践：桥
素养目标
1．物理观念：通过制作桥，让学生深入理解桥梁的结构和力学分析。
2．科学思维：在制作过程中，学生需要进行观察、分析、推理和创新，培养科学思维能力。
3．科学探究：学生通过动手实践，体验科学探究的过程，掌握实验设计和操作的方法。
4．科学态度与责任：培养学生严谨认真的科学态度和团队合作精神，以及运用物理知识解决实际问题的责任感。
教学重点和难点
教学重点：桥梁的设计原理；桥梁的分类；制作桥的方法和步骤。。
教学难点：理解力学在桥梁中的作用；解决制作过程中遇到的实际问题，如桥梁的结构形式、连接方式和材料选择等。
教学过程
情景导入
几千年前，人们发明了最早的桥。早期的桥梁通常由木材和石块组成，现代桥梁通常由钢、混凝土和其他高强度材料构建，形状多种多样。那么桥梁设计的关键是什么呢？
教学活动
桥梁的结构 　
提问：是否见到过各种各样的桥梁？如果见到过，分享一些自己印象深刻的桥梁。
学生思考、讨论、交流。
展示：多媒体展示常见的桥梁模型的图片（教材P36图8-5-2）。
讲解：桥梁可以根据其形状和结构分类。最常见的桥梁包括梁桥、拱桥、悬索桥和斜拉桥。
提问：桥梁有哪几个部分组成？桥梁总体的设计原理是什么？每个桥梁总体的设计原理都是一样的吗
学生思考、讨论、交流。
展示：多媒体展示车压弯桥表面的图片（教材P36图8-5-3）。
讲解：桥梁由桥面和承重结构组成。桥梁的承重结构具有不同的设计和样式。但是桥梁总体设计原理都是一样的——防止桥面弯曲。
二、桥梁的力学分析
阅读教材P37，“演示实验：桥面承重时的形变和受力”。
用一块表面画有方格的海绵块模拟桥面，用手按压海绵块来模拟负载(桥梁承载的车辆、行人等对桥面的压力)。如图8-5-4所示，海绵块在负载作用下发生了弯曲形变，上层方格被挤压变窄，下层方格被拉伸变宽。
学生动手操作实验，并总结其中的规律。
总结：分析可知，桥梁上表面受到压力，下表面受到拉力。当负载增加时，桥梁弯曲形变程度会随之增加，如果弯曲形变超出桥梁允许的形变范围，桥梁就可能发生坍塌。
提问：如果你是一名桥梁工程师，如何避免桥梁发生大的弯曲形变，提高桥梁承重能力，避免桥梁坍塌呢？
讲解：
阅读教材P37，“理论探究：支撑结构受力情况”。
梁桥是结构最简单的桥，为减小桥面弯曲形变，在桥面下加一个桥墩，即可为桥面提供一个向上的力[图8-5-5（a）]。所有支撑桥面的力的合力(用向上的蓝色箭头表示)，与桥面及负载的合力（用向下的红色箭头表示）平衡。可见，根据二力平衡条件，无论什么样的桥梁结构，都会产生一个向上的合力作为桥面的支撑力（图8-5-5）。
阅读教材P38，“活动：体验拱桥的支撑作用”。
找一个硬直筒圈，中间套一根橡皮筋,如图8-5-6所示，用手轻压顶部，观察皮筋的形变，思考拱桥形状与桥面负载的关系。
提问：如何在桥梁负载增加时保持桥梁结构稳定、不易弯曲，这也是设计桥梁应考虑的问题。哪种几何元素构成的物体稳定性好呢？
讲解：
阅读教材P39，“实验探究：探究几何体的稳定性”。
材料选择：吸管、橡皮筋、细线等。
实验过程：将几根橡皮筋连接起来后，穿过吸管再首尾连接，分别搭成三角形和矩形结构。如图8-5-7所示，利用悬挂重物对以。上结构施加向下的力。请比较三角形、矩形结构的稳定性有什么不同。
实验现象：
三角形结构的物体受力时形状保持不变。
矩形结构的物体受力时水平部分弯曲。
矩形结构的物体受力时还可能变形为平行四边形结构。
实验结论：三角形具有很好的结构稳定性。三角形是现代桥梁的基本结构元素，它有相对较轻的自重且能承受更大的压力和拉力。因此，在设计上常常利用三角形结构来加固桥梁（图8-5-8）。
三、设计并制作一个自己的桥
材料与工具选用参考：A4纸、双面胶、剪刀、刻度尺、铅笔、砝码和硬币等。
制作要求：设计并制作一座可承载重物的纸桥，至少能跨越25cm的峡谷，宽度大于10cm，最小承重为0.2N。
测试要求：
1.在桥中间放置重物，要求放上后至少保持5s，纸桥不塌落，记下纸桥承重。
2.每组可尝试3次，取最高成绩。
交流评估：各小组介绍设计思路，展示制作的纸桥，交流存在的问题和需要改进的地方。例如，可以使用哪些新技术？设计过程中如何对设计的模型进行负载测试？
人物介绍：茅以升（1896-1898，图8-5-9），土木工程学家，桥梁专家，主持修建了我国自己设计并建造的第一座现代化大型桥梁——钱塘江大桥。
中国正从桥梁大国迈向桥梁强国!一座座雄伟壮丽的现代化桥梁正在把跨越大江、大河、高山、峡谷的千年梦想变成现实。纵观祖国大地百万座大桥，从赵州桥到港珠澳大桥，连接时代文明的宏伟大桥正在贯通华夏大地!
板书设计
5 跨学科实践：桥
教学反思
在本次关于“桥”的跨学科实践教学中，我通过提问引入、直观展示、理论讲解、案例分析等多元化教学手段，成功激发了学生的学习兴趣，并使他们对桥梁的结构特点和物理原理有了较为深入的理解。然而，在时间安排和实践环节方面仍存在不足，未来我将优化时间安排，增加虚拟实验和在线资源等实践环节，以加强个别指导，确保每个学生都能从教学中获得充分的理解和收获。

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