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5.3 搭建一座简易人行浮桥
八上 · 第5章 建筑结构与工程(工程实践)
01 本节导航·目标清单
目标导航 方法指导
根据浮桥设计要求,明确工程验收标准,设计浮桥施工图纸,培养应用创新思维。
通过浮桥的设计与制作过程,初步认识"工程的关键是设计,工程是设计方案物化的结果"。
增强成本控制意识,提高浮桥的性价比;运用科学知识和计算思维,确保浮桥的安全性和稳定性;运用批判性思维,根据实际反馈,不断改进浮桥。 工程过程法:完整经历明确问题→设计方案→实施计划→检验作品→改进完善→发布成果六步。
浮力计算:运用阿基米德原理 F浮=ρ水gV排,由浮箱排开水体积估算浮桥能承受的荷载。
迭代改进:用问题解决记录表把缺陷与改进方案对应,依据反馈不断优化作品。
02 教材精研·内容全解
考点01 明确任务与器材准备
任务:(1)工程背景与设计要求。
学校池塘中心要安装喷水设施,为方便施工,需搭建一座临时简易人行浮桥。可在浮箱上架梁、铺桥面来搭建浮桥--浮箱所受的浮力决定了浮桥能承受的荷载。利用身边的简易材料,用较低的成本搭建一座长 6 m、可供一个约 70 kg 的人安全通行的浮桥,浮桥要具有稳定性和牢固性。
原理:(2)科学原理。
运用阿基米德原理和力学相关知识。浮桥依靠浮箱(桶、瓶)排开水获得的浮力承载人与桥面自重;浮力大小F浮=ρ水gV排,浮箱提供的总浮力越大、自重越小,可承载的质量越大。计算思维示例:一个 19 L 桶装水空桶完全浸没时约可提供 190 N 浮力(ρ水=1.0×103 kg/m3,g 取 10 N/kg,V排=0.019 m3);多个浮箱并联,总浮力相加。
材料:(3)材料清单(表 5.3-1)。
材料 规格(每个) 单价 班级数量
桶装水空桶 体积 19 L;质量 800 g;高度 50 cm 15 元/个 36
饮料瓶1 体积 1.5 L;质量 40 g 0.5 元/个 10
饮料瓶2 体积 500 mL;质量 20 g;4 个/组 1 元/组 5
宽胶带 宽度 5.5 cm;长度 60 m 20 元/卷 3
长扎带 长度 1.2 m / 1 m / 0.8 m 1 元/根 20
短扎带 长度 25 cm / 30 cm 0.5 元/根 15
木条 长度 1.2 m / 1 m / 0.8 m 2.5 元/根 10
复合板 任意规格 3 元/块 3
图 材料清单与浮桥搭建分工安排表
分工:(4)分工安排(表 5.3-2)。
全班分成 6 个小组,每组一张采购单(提供 100 元资金),每组负责建造 1 m 长的浮桥。项目总监组织讨论浮箱的设计,分工为:1项目总监--负责人员分配,组织讨论,督促项目实施,辅助工程师搭建浮桥,汇报浮桥的优缺点;2采购员--统计需用到的材料,用代金券去老师处采购,负责材料整理及多余材料处理;3绘图师--汇总小组意见,根据计算得出的材料数量,绘制图纸;4工程师(3~4 名)--给设计提建议,按设计方案组织成员搭建浮桥(搭建完成时,1 名工程师与项目总监请老师验收浮桥)。
考点02 设计·实施·检验(工程六步)
过程:工程设计一般经历以下过程:
1 1. 明确问题。
运用阿基米德原理和力学相关知识,利用身边的简易材料,用较低的成本搭建长 6 m、可供约 70 kg 的人安全通行的浮桥,浮桥要具有稳定性和牢固性。
2 2. 设计方案。
(1)分工讨论:项目总监组织讨论浮箱的设计,将小组分工填写在表 5.3-2 中。(2)绘制图纸:根据讨论结果确定搭建方案,画出设计草图--工程图纸需要标注尺寸和材料名称。
图 浮桥分层结构:顶层复合板(1m×6m)、中层桶+瓶(1m×6m)、底层木条(1m×6m)
浮桥采用分层结构:顶层为复合板(1 m×6 m,用长/短扎带固定)作桥面;中间层为桶装水空桶、空隙用饮料瓶(1 m×6 m,用宽胶带固定)提供浮力;底层为木条(1 m×6 m,用长/短扎带固定)作骨架。
3 3. 实施计划。
(1)选择材料:根据图纸确定材料数量,填好材料采购单。(2)采购材料:采购员凭采购单采购,并免费领取建造工具。(3)搭建浮桥:根据设计图搭建,记录建造所用时间。
4 4. 检验作品。
搭建完毕进行检测,标准为(每条标准按好、中、差分别记 3、2、1 分):
检测标准(表 5.3-3) 评分说明
1 承重性 这段浮桥至少能承载一个人(承载质量越大,得分越高)
2 经济性 采购单上的费用不超过 100 元(用钱越少,得分越高)
3 稳定性 工程师能稳定站立于浮桥之上(站立时间越长,得分越高)
4 牢固性 不散架和变形(零件掉落越少、不变形,得分越高)
5 工效性 搭建时间不超过 20 min(所用时间越短,得分越高)
考点03 改进完善与发布成果
5 5. 改进完善。
在检测过程中,项目总监及时发现和记录浮桥存在的缺陷,组织讨论或对比其他小组浮桥,找到解决方案并记录在表 5.3-3(问题解决记录表)中。常见问题与改进:1连接方式不牢固--用铁丝将桶装水空桶固定在一起,形成更稳固的桥体结构;2稳定性差、易倾斜翻转--在浮桥两端设固定点(锚点)防冲走,桥体两侧增加侧向支撑(浮筒或框架)提高抗侧翻能力;3浮力不足--使用更多桶装水空桶并确保完全密封,避免进水影响浮力。
图 问题解决记录表(浮桥存在的问题 → 改进方案)
6 6. 发布成果。
(1)设计图纸展评:包括设计意图、设计特色、小组设计制作过程中的感悟等。(2)浮桥改建连接:全班把各组短浮桥连接成一座长 6 m 的浮桥,并在桥面铺设木板,搭建成可供人通行的临时浮桥。(3)使用最优浮桥:评比各班浮桥,最好的浮桥永久保留,并在需要时供人通行。
工程启示:工程的关键是设计,工程是设计方案物化的结果;结构决定功能--浮桥以"浮力代替桥墩"跨越水面,合理的分层结构与牢固连接是高性价比、安全稳定的保证。
03 避坑指南·易错辨析
易错警示 浮力决定荷载:浮桥能承载的质量不是由材料多少直接决定,而是由浮箱(桶/瓶)排开水获得的总浮力决定;计算时 F浮=ρ水gV排,多桶并联总浮力相加、再减去桥面自重。 密封保浮力:桶装水空桶必须完全密封,一旦进水会大幅减小浮力--这是"浮力不足"问题的主要改进方向(用更多桶并密封)。 成本意识:每组采购单费用不超过 100 元,用钱越少得分越高;选材要在满足承重与稳定前提下尽量节省。 图纸必须标尺寸和材料名称:未标注尺寸与材料的草图不能作为施工依据,是检验中的常见缺陷。 连接牢固靠三角形:正四边形不稳定,加斜拉加强杆(构成三角形)后异常牢固;用扎带、宽胶带甚至铁丝把浮箱固定成整体。 稳定性靠锚点与侧向支撑:仅靠浮力不够,两端设锚点防冲走、两侧加侧向支撑抗侧翻,才能稳定站立。 五项检测都要达标:承重(至少一人)、经济(≤100元)、稳定(能站立)、牢固(不散架)、工效(≤20min)任一项不达标都影响总分,需迭代改进而非一次成型。
04 实战演练·随堂实践
本课时为工程实践课，未设置标准选择/填空题；以下以课本“问题讨论”与“反思”作为随堂实践载体（开放题，无唯一答案）：
1. 在整个浮桥搭建工程实践过程中,你遇到了哪些困难 又是如何克服困难的
2. 搭建浮桥的过程中有哪些收获
参考答案
【随堂实践】
第1题 实践反思:
参考要点(依据工程过程自主作答):常见困难可围绕1浮力不足(桶少/进水)→增加浮箱数量并确保密封;2连接不牢固(散架)→用铁丝/扎带把桶固定成整体、加斜拉加强杆;3稳定性差(侧翻/被冲走)→设锚点、加侧向支撑;4成本超 100 元→优化选材;5搭建超时 20 min→提前分工熟练。克服方法即对应改进方案,记录在问题解决记录表中。
第2题 实践收获:
参考要点:体会到"工程的关键是设计,工程是设计方案物化的结果";会用阿基米德原理估算浮力与承重;理解结构决定功能(浮桥以浮力代替桥墩);增强成本控制与性价比意识;通过检验-改进-完善的迭代,提升批判性思维与团队协作能力。

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