第三单元 主题案例二 搭建篮球场顶棚-高中劳动与综合实践单元教学设计

>> 134 高中劳动与综合实践单元教学设计 主题案例二　搭建篮球场顶棚 一、“搭建篮球场顶棚”主题分析 篮球运动是青少年喜爱的常规运动项目之一。研究表明，适度打篮球对人体的 心血管系统、神经系统都会起到良好的作用。紧张的学习之余，学生到篮球场打打 篮球，不仅可以锻炼身体，还可以改善视力，减轻学习压力，放松身心，从而提高 学习效率。此外，篮球运动是一项对抗性的团体运动，篮球比赛还可以培养学生的 团队意识，使学生进一步认识到优势互补在团队的重要性。 本课将引导学生体验篮球场顶棚设计、模型搭建的整个过程，使学生初步掌握 计算机辅助设计、草图绘制、结构稳定性与结构强度等方面的分析方法，以及模型 制作中的技术分析方法。 　第三单元　服务性劳动　 135 << 二、“搭建篮球场顶棚”活动计划 >> 136 高中劳动与综合实践单元教学设计 三、“搭建篮球场顶棚”实施建议 第一课时  篮球场顶棚设计 （一）活动目标 查阅资料，询问专业人士，并深入了解篮球场周围环境和校园文化，完成露天 篮球场顶棚设计信息搜集。 了解篮球场顶棚结构选型的基本原则，了解建筑规范以及与建筑结构相关的知 识，确定篮球场顶棚设计方案，完成草图绘制。 （二）学情分析 这是同学们第一次设计制作体育场馆顶棚模型，对于体育场馆的设计要求、功 能要求、预算要求以及模型制作都比较陌生。在本课程的学习过程中，同学们将面 临更大挑战。 服务性劳动是指在从事服务、生产和经营活动过程中，劳动者运用特定的设备 和工具，直接满足消费者对服务产品需求的劳动。大多数同学对服务性劳动的认识 还不深刻，本课将引导同学们了解服务性劳动及社会需求，知道劳动对象和劳动强 度的随机性，深刻认识到服务性劳动在价值创造中的重要作用，形成正确的劳动价 值观和助人为乐、服务他人、热爱集体等优良品质。 （三）活动实施 为了发展青少年篮球运动，很多学校建有露天篮球场，有的还设有专业篮球 场馆。 现在学校有一个露天篮球场，很方便同学们课余时间在这里打篮球。可是，由 于环境、天气等因素的影响，如刮风、下雨、高温、低温，以及有时光线刺眼、有 　第三单元　服务性劳动　 137 << 时光线偏暗等问题，同学们打篮球很不方便，这影响了同学们锻炼的积极性。 为了解决这一问题，我们来为学校的露天篮球场设计一个顶棚模型。 1. 劳动任务 （1）为学校的露天篮球场设计一个顶棚模型，并用铅笔、直尺（或计算机辅助 设计软件）绘制草图，向人们展示，设计最终呈现的效果。 设计要求如下： ①顶棚结构、形式不限，要符合篮球场馆建设相关规范。 ②顶蓬结构强度要符合规范。 ③结构外观精美，造型、色彩与周围环境能很好地融合，设计整体结构时能融 入校园文化。 （2）以小组为单位，撰写一份完整的项目实施报告，展示篮球场顶棚设计方案， 并参与学校篮球场建设模拟答辩活动。 要求同学们查阅专业书籍或上网来了解建筑规范以及与建筑结构相关的知识， 并深入了解篮球场周围环境和校园文化，体验篮球场顶棚设计的整个过程。了解与 体育场馆等相关的行业设计规范。各小组发挥小组全体成员力量，通过访谈、问卷、 实地调查等多种途径完成设计方案。 2. 劳动准备 有关篮球场馆建设的书籍、电脑（可上网）、铅笔、橡皮、三角板、曲线尺、 绘图板、A3 白纸等。 3. 实践流程 下面我们按照流程，一步步完成劳动实践活动任务。 （1）了解篮球场顶棚结构选型的基本原则。通过查阅书籍、上网以及咨询专业 >> 138 高中劳动与综合实践单元教学设计 人士等途径查找资料，了解篮球场顶棚结构选型的基本原则。其基本原则可简要归 纳为以下 5 点： ①适应建筑功能的要求。例如，体育场馆要保证较好的视觉效果，比赛大厅内 不能设柱，一般采用大跨度结构。 ②满足建筑造型的需要。对于建筑造型复杂、平面和立面特别不规则的建筑结 构，要按实际需要在适当部位设置防震缝，形成较多有规则的结构单元。 ③充分发挥结构自身的优势。每种结构形式都有各自的特点，有各自的适用范 围，所以要结合建筑设计的具体情况进行结构选型。 ④考虑材料和施工的条件。由于材料和施工技术不同，其结构形式也不同。例 如，砌体结构所用材料多为就地取材，施工简单，适用于低层、多层建筑。当钢材 供应紧缺或钢材加工、施工技术不完善时，不可大量采用钢结构。 ⑤尽可能降低造价。当几种结构形式都可以满足建筑设计条件时，经济条件就 是决定最终选用哪种结构形式的因素，应尽量采用能降低工程造价、又能满足需要 的结构形式。 （2）明确篮球场顶棚设计需要搜集的信息。同学们讨论并思考：根据篮球场顶 棚结构选型的基本原则，设计学校的露天篮球场顶棚，需要搜集哪些信息？ 需明确的信息可简要归纳为以下八条： 序  号  应明确的信息 结  论 信息来源 1 标准篮球场的尺寸 2 篮球场建设标准中对顶棚的高度要求 3 采用哪种结构 4 篮球场顶棚的建筑结构具有哪些基本功能 5 如何与篮球场周围环境融合 6 篮球场顶棚设计如何融入校园文化的元素 7 如何控制模型成本 8 其他应明确的信息 下面我们通过查阅书籍、上网以及咨询专业人士等途径查找各种资料，逐一、 准确搜集各项应明确的信息。 ①标准篮球场尺寸。新标准篮球场限制区为长方形。旧标准篮球场限制区为梯 　第三单元　服务性劳动　 139 << 形。篮球场主要有国际篮联和 NBA 两种规格，我们以国际篮联标准篮球场为例。 球 场： 球 场 是 一 个 长 方 形 的 坚 实 平 面， 无 障 碍 物。 整 个 篮 球 场 场 地 长 28  m，宽 15 m。四周有 2 m 宽的禁止区，所以整个场地为 32 m×19 m，比赛场地为  28 m×15 m。 线条：界线（边线、端线、中线、中圈、3 分投篮区、罚球线、限制区界线和 罚球区界线）宽度为 0.05 m（5 cm） 篮圈下沿距地面 3.05 m。 ②篮球场建设标准中对顶棚高度的要求。国际篮联规定：室内篮球场天花板或 最低障碍物的高度至少应为 7 m。 ③采用哪种结构类型。建筑结构的分类方式有很多种，如可以按材料、承重结 构、使用功能、外形特点、施工方法等分类。 我们按材料分类，对建筑结构类型做一个简单的介绍。按材料分，有钢筋混凝 土结构、砌体结构、钢结构、木结构、膜结构等。 钢筋混凝土结构：优点是强度高，整体性好，耐久性和耐火性好，易于就地取 材，具有良好的可磨性等；缺点是自重大，抗裂性差，施工环节多，工期长。 砌体结构：砌体结构是由块材和砂浆等胶接材料砌筑而成的结构，包括砖砌体 结构、石砌体结构和砌块砌体结构；优点是易于就地取材，耐火性与耐久性好，施 工简单，造价低。缺点是强度低，特别是抗拉强度低，整体性差，结构自重大，工 人劳动强度高。 钢结构：钢结构是由钢板等钢材通过有效连接所形成的结构。优点是强度高， 结构自重轻，材质均匀，可靠性好，施工简单，工期短，具有良好的抗震性能；缺 点是易腐蚀，耐火性差，工程造价和维护费用较高。 木结构：木结构是指全部或大部分用木材料的结构。由于木材生长受自然条件 的限制，砍伐木材对环境有不利影响以及木材易燃、易腐、结构变形大等因素，目 前已经较少使用。 膜结构：主要分为充气膜结构和张拉膜结构两大类。充气膜结构是靠室内不断 充气，使室内外产生一定压力差，从而实现较大的跨度。张拉膜结构则通过立柱及 钢架支承或钢索张拉成型。优点是造型新颖、轻质、强度高、跨度大、工期短、可 充分利用自然光、节约能源等。膜结构不但应用于各种体育场馆，而且由于建造和 拆除非常方便，可以用于建造各种临时设施。缺点是耐久性差，膜的总体使用寿命 为 15 ～ 25 年，隔音、隔热效果差。 >> 140 高中劳动与综合实践单元教学设计 根据建筑的层数、造价、施工条件、环境条件等因素，结合建筑的耐久性、抗 震性、安全性以及空间使用性能等，最终我们确定了钢框架结构玻璃板顶棚和张拉 膜结构顶棚两种设计方案。 ④篮球场顶棚的建筑结构具有哪些基本功能。篮球场馆应能满足各类篮球比赛， 活动等的使用要求。要求有一定强度，能遮风挡雨，透光，并且能防止强烈的日光 干扰，还应通风，促进空气流通等。 ⑤如何与篮球场周围环境融合。篮球场不是一个孤立的建筑，应和周围建筑和 谐融合。例如，如果周围是各种场馆，我们就倾向于采用钢框架结构玻璃板顶棚； 如果周围是草坪，或者这个篮球场只是一个临时设施，我们就更倾向于采用张拉膜 结构顶棚。 篮球场顶棚造型、结构、色调也要和周围其他建筑和谐统一。 ⑥篮球场顶棚设计如何融入校园文化元素。一个合格的建筑，其造型、结构、 色调也要和周边环境和谐。篮球场馆应巧妙和谐地融入校园文化元素。例如，学校 校色是红色，篮球场顶棚主色调可以选用红色；夜晚可以用红色霓虹灯显示；周围 还可以增加色彩炫目的运动图案，让整个篮球馆更具生气，更有运动氛围，更引人 注目。 ⑦如何控制模型成本。模型若用料少，材料单价低、易得，可以有效地控制模 型成本。 经综合考虑，模型材料选用有机玻璃板、ABS 板，磨砂玻璃纸等材料，并将模 型比例定为 1 ∶ 100。这样既可以呈现场馆的细节，又可以有效控制模型成本。 控制模型成本是模型设计与制作的重要内容。控制模型成本并不是制作模型的 成本越低越好，而是用较低的成本获得能较好呈现设计细节的模型。 ⑧其他应明确的信息。在篮球场顶棚的建设中，水、电、消防、照明、节能、 交通等都需要考虑。  例如，篮球场大门和疏散门的位置，如果原来有合理的通道，就应将大门开在 通道处；如果原来没有合理的通道，就应考虑篮球场建成后铺设马路的问题，以方 便同学们来锻炼。 通过上述讨论、学习，会极大地开阔同学们眼界，丰富同学们关于建筑结构的 知识。 　第三单元　服务性劳动　 141 << 应明确的信息 结  论 1 标准篮球场的尺寸 整个场地为 32 m×19 m，比赛场地为 28 m×15 m 2 篮球场建设标准中，顶棚的高度要求 高度至少应为 7 m 3 采用哪种结构类型 玻璃板顶棚或张拉膜顶棚 4 篮球场顶棚的建筑结构具有哪些基本 功能 有一定长度，能遮风挡雨、透光、通风 5 如何与篮球场周围环境融合 造型、结构、色调等和周围环境和谐统一 6 篮球场顶棚设计如何融入校园文化的 元素 主色调为红色，周围增加色彩炫目的图案 7 如何控制模型成本 有机玻璃板、ABS 管、磨砂玻璃纸等材料，模 型比例为 1 ∶ 100 8 其他应明确的信息 4. 确定篮球场顶棚设计方案，完成草图绘制 手绘或利用电脑绘图软件完成草图绘制。 （1）张拉膜结构顶棚设计：略。 （2）钢框架结构玻璃板顶棚设计：略。 根据标准篮球场相关数据，用绘图软件绘制出平面图与立面图：略。 根据平面图与立面图尺寸，确定每块模型材料尺寸：略。 5. 交流改进 请同学们以小组为单位，结合上述设计，讨论篮球场结构是否合理，外观是否 新颖别致，结构与外部环境的融合是否自然，选材是否合理，加工难度如何等问题， 并进一步进行创意设计和改进。 模型设计体现了同学们对篮球场馆顶棚设计的理解，也体现了同学们三维表达 能力和技巧。为较好地完成设计，要求团队有合理、明确的分工。本课对同学们的 挑战较大，凸显了交流改进环节的重要性。 >> 142 高中劳动与综合实践单元教学设计 第二课时  张拉膜结构顶棚模型设计与制作 （一）活动目标 借助电脑辅助设计软件绘制 1 ∶ 100 篮球场，并用激光切割机制作篮球场地模 型，进而搭建模型。掌握模型制作的技巧与方法。同学们以小组为单位，合理分工， 有效合作，参与学校校园建设，培养团队协作精神与服务意识。 在模型的组装过程中，了解各种连接方式和模型制作的一般流程，体验现代化 加工工艺在模型制作过程中应用的魅力，进一步学习严谨认真的工匠精神。 （二）学情分析 通过前面的学习，同学们已经确定了篮球场张拉膜结构顶棚和钢框架结构玻璃 板顶棚设计。膜结构建筑能创造出的舒适明快充满自然漫射光的空间，这是其他建 筑形式无法做到的。同学们在生活中常见到各种膜结构建筑，富有张力的张拉膜结 构顶棚设计，创造了尽可能大的空间，可为同学们提供更大的场地。同学们对这节 课有很高的热情和很强的期待感。 （三）活动实施 1. 膜结构鉴赏 膜结构是一种历史非常悠久的结构体系。从远古时代游牧民族的帐篷、古罗马 的圆形剧场，到现在伦敦的奥林匹克体育场、美国丹佛尔国际机场，膜结构建筑以 其造型新颖、轻质、强度高、跨度大、工期短、可充分利用自然光、节约能源等特 性，已经越来越被人们认可和喜欢。 目前全世界建造完成的膜结构建筑数不胜数。膜结构在永久性场馆与临时性建 筑中都可以充分发挥其作用。通过鉴赏膜结构建筑，可提升同学们的审美水平，以 　第三单元　服务性劳动　 143 << 设计出更美观、更实用的膜结构篮球场馆。 1977 年在上海建造的能容纳八万人的体育场，是我国第一个观众席顶棚为膜结 构的体育场。2008 年北京奥运会的分会场之一，秦皇岛奥林匹克体育中心体育场的 看台挑棚屋盖采用了膜结构体系。从内场仰视，整个挑棚屋盖结构杆件清晰均匀， 布局简洁，受力合理，给人以轻盈飘逸的视觉美感。 秦皇岛奥林匹克体育中心气膜冰球馆位于奥体中心北侧，相比普通建筑结构的 冰球场馆，高强度耐老化的气膜让场馆拥有了许多得天独厚的优势。市民从此拥有 了一处可以四季参与冰雪运动的场馆。 膜结构建筑创造出的舒适明快，充满自然漫射光的空间，是其他建筑形式无法 实现的。所以很多体育场馆都采用了膜结构。 北京的水立方，衡水奥林匹克体育中心也采用了膜结构。 由于膜结构建造和拆除非常方便，膜结构也广泛用于建造各种临时设施。 膜结构被广泛应用于停车场，看台，景观亭等各种场合。 2. 劳动任务 用现代加工技术制作篮球场张拉膜结构顶棚模型。 3. 劳动准备 恰当、合理、科学的劳动准备，是劳动课能够顺利进行的重要前提。 （1）工具。电脑（安装有计算机辅助设计相关软件）、激光切割机、管钳、热 熔胶枪（或 502 胶水等）、剪刀等。 （2）材料。1 mm 厚透明有机玻璃板、3 mm 厚透明有机玻璃板、2 mm 厚白色 ABS 板、直径 1 mm  ABS 柱、直径 2 mm  ABS 管、直径 5 mm  ABS 管、弹力绳、磨 砂玻璃纸、网布等。 知识拓展 有机玻璃板材，俗称有机玻璃。它是一种具有极好透光率的热塑性塑料，是以 甲基丙烯酸甲酯为主要基料，加入引发剂、增塑剂等聚合而成的。亚克力板材由甲 基烯酸甲酯单体聚合而成，即聚甲基丙烯酸甲酯板材有机玻璃，是一种经过特殊工 艺加工的有机玻璃。 ABS 塑料是丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）三种单体的三元共聚物， >> 144 高中劳动与综合实践单元教学设计 ABS 兼有三者的共同性能。丙烯腈使其耐化学腐蚀、耐热，并有一定的表面硬度； 丁二烯使其具有高弹性和韧性；苯乙烯使其具有热塑性塑料的加工成型特性，并改 善电性能。ABS 塑料是一种原料易得、综合性能良好、价格便宜、用途广泛的坚韧、 质硬、刚性材料，在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业与化工中有 广泛的应用。 4. 实践流程 （1）借助电脑辅助设计软件，绘制 1 ∶ 100 篮球场。上节课已经完成篮球场设 计，在上激光切割机前需反复审视设计图。 （2）用激光切割机制作篮球场场地模型以及雨棚板、连接环、篮板、篮板支撑 等，并在张拉膜支撑立柱预设位置打孔。 应熟练使用电脑绘图软件，并按要求操作激光切割机。上节课已经完成篮球 场设计，在使用激光切割机前需反复审视设计图。关于激光切割机使用规范，不再 赘述。 （3）搭建篮球场模型支撑结构。用 ABS 管、弹力绳搭建篮球场支撑结构。搭建 过程中，在充分展现结构张力的同时，还应注意结构的稳定性和强度。立柱高度约 7 cm， 可根据同学们的设计调整。 要求熟悉所用材料的物理性能、化学性能和机械加工性能。熟悉用 502 胶水、 热熔胶等来连接模型构件的方法。 （4）搭建顶棚结构。用 1 mm 厚透明有机玻璃板、磨砂玻璃纸、热熔胶枪等搭 建顶棚结构，安装防护网，完成作品。 裁剪磨砂玻璃纸，在模型中用磨砂玻璃纸替代张拉膜。 5. 交流改进，完善、美化篮球场张拉膜结构模型 展示、评价篮球场张拉膜结构顶棚模型，并进一步优化作品、完成作品。 以小组为单位分享交流模型加工的一般流程；对各种材料性能的认识；对激光 　第三单元　服务性劳动　 145 << 切割机、热熔胶枪、管钳等工具的使用心得；对 502 胶水黏结材料等的体验等，并 进一步对不足之处进行改进。 第三课时  玻璃板顶棚模型设计 （一）活动目标 借助电脑辅助设计软件绘制 1 ∶ 100 篮球场，并用激光切割机制作篮球场地模 型，进而搭建钢框架结构玻璃板顶棚模型；掌握模型制作的技巧与方法；同学们以 小组为单位，合理分工，有效合作；参与学校校园建设，培养团队协作精神与服务 意识。 在模型的组装过程中，了解各种连接方式和模型制作的一般流程。 体验现代化加工工艺在模型制作过程中的魅力，进一步学习严谨认真的工匠 精神。 （二）学情分析 上节课同学们已经制作了篮球场张拉膜结构模型。本节课同学们继续利用现代 化加工工艺制作钢框架结构玻璃板顶棚篮球场模型。这节课难度较大，对模型结构 的选择科学合理、符合规范，外观新颖别致、设计巧妙，与外部环境自然地融为一 体，模型选材合理，注重成本与表达效果的平衡，团队分工明确合理等方面都有较 高要求。 本节课学生以小组为单位，合理分工，有效合作；通过参与学校校园建设，培 养团队协作精神与服务意识；进一步形成正确的劳动价值观和助人为乐、服务他人、 热爱集体等优良品质。 （三）活动实施 经过深入讨论和思考，某组同学最终确定了篮球馆为钢结构。周边装饰色彩以 >> 146 高中劳动与综合实践单元教学设计 红色主色调，夜间可以用红色霓虹灯显示，使场馆更有学校文化元素。场馆顶棚采 用竖纹的有机玻璃，既能遮风避雨，又能防止强烈的日光干扰。顶棚两面中间留有 缝隙，可以有效增强室内场馆空气流通性。 1. 劳动任务 用现代加工技术进行篮球场玻璃板顶棚模型设计与制作。 2. 劳动准备 （1）工具。电脑（安装有计算机辅助设计相关软件）、激光切割机、热熔胶 枪等 （2）材料。1 mm 厚透明有机玻璃板、3 mm 厚透明有机玻璃板、2 mm 厚白色 ABS 板、彩灯、电池等。 3. 实践流程 （1）绘制篮球场平面图与立面图。根据标准篮球场相关数据，用绘图软件绘制 出平面图与立面图。 篮球场平面图：略。 篮球场立面图：略。 （2）确定模型材料尺寸。根据平面图与立面图尺寸，确定每块模型材料尺寸（略）。 注意：不同材料有不同的厚度，需扣除料位。 （3）用激光切割机切割模型材料。用激光切割机切割模型材料时，由于材料的 种类、厚度各不相同，需要及时调整切割参数。为防止浪费耗材，可先用同材质废 料实验，再正式切割。 ①切割模型墙体（2 mm 厚白色 ABS 板）。 ②切割承重支架（3 mm 厚透明有机玻璃板）。 ③切割外墙玻璃（1 mm 厚透明有机玻璃板）。 　第三单元　服务性劳动　 147 << （4）组装模型。用壁纸刀（或勾刀）、热熔胶枪、直角尺等工具粘贴、制作模 型，并进一步装饰优化作品，完成模型的制作。 ①搭建四面墙体。 ②搭建中间支架。 ③安装外墙玻璃。 ④安装棚顶玻璃。 ⑤安装照明灯、彩灯以及其他装饰，完成模型制作。 4. 交流改进，完善、美化篮球场钢结构玻璃板顶棚模型 展示、评价篮球场钢结构玻璃板顶棚结构模型，并进一步优化作品、完成制作。 请学生以小组为单位，讨论模型加工的一般流程，对各种材料性能的认识，对 激光切割机、热熔胶枪等工具的使用心得，对用 502 胶黏结材料等的体验等，并对 模型进一步进行改进。 第四课时  篮球场顶棚模型展示交流 （一）活动目标 学生以小组为单位，向全班展示、讲解本组篮球场顶棚模型作品，并对作品进 行综合评价。 （二）学情分析 篮球场张拉膜顶棚模型和钢结构玻璃钢顶棚模型已经制作完成。在设计和制作 的过程中，同学们了解了很多关于建筑结构设计与施工的知识，解决了一些实际问 题，但可能还有一些问题未得到解决。本节课同学们将交流讨论，进一步解决这些 问题。 >> 148 高中劳动与综合实践单元教学设计 （三）活动实施 1. 展示与评价 小组成员向全班展示作品，将好的经验向全班推广。不仅要努力争取个人目标 的实现，还要帮助同伴实现目标，相互帮助，相互支持，相互交流，使同学们建立 起融洽友爱的协作关系，共同达到劳动预设目标，进而形成尊重劳动人民、珍惜劳 动成果的美德。 以小组为单位，在班内展示、讲解本组的篮球场模型作品，并对作品就以下几 个方面进行综合评价。 （1）结构是否科学合理、符合规范？ （2）模型外观是否新颖别致，设计巧妙？ （3）模型与外部环境是否融合自然？ （4）模型是否选材合理，注重成本与表达效果的最佳构成？ （5）能否安全规范地使用激光切割机、热熔胶枪等工具？ （6）团队是否有合理、明确的分工？ （7）团队分工能否充分发挥每个队员的作用？ （8）团队成员在项目完成过程中是否经常有创造性想法并有效落实？ 经历了劳动实践，相信同学们对自己的劳动和作品都能进行正确、合理、恰当 的评价。 2. 交流与思考 （1）同学们也可以考虑设计一个简单的自动门开关控制系统，进一步进行智能 设计，将篮球馆大门设计成自动门，方便出入。 （2）在篮球场顶棚模型制作过程中，对你挑战最大的环节是什么？你是如何应 对的？欢迎和同学们分享你的感悟。 每个同学可能有不同的感悟，相信同学们经历了上述劳动过程之后，都会有满 满的成就感。