8.5 跨学科实践：桥 教学设计-2024-2025学年物理八年级下册教科版

《跨学科实践：桥》教学设计 一、教学目标 【物理观念】了解梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥的结构及其受力特点，知道 桥梁设计中运用的力学原理及用到的相关学科知识。利用所学知识探索桥梁中的 工程技术问题，分析桥梁建造中的能源、环境等社会热点问题。 【科学思维】设计并制作桥梁简易模型；能通过测试的结果推理分析桥梁的 承重问题，并得出结论，提升科学推理能力。能基于力的平衡及几何结构的知识， 结合现代桥梁的材料及结构设计，说明制作纸桥模型过程的合理性。能根据设计 制作过程，分析存在的有关问题并提出自己的见解。 【科学探究】在设计与制作可承载重物的纸桥的实践活动中，能初步设计简 单的实践方案。知道桥梁模型制作过程中可以使用到的新技术，能对设计的模型 进行负载测试，能对测试的数据进行比较分析，得出并解释实践结果。能与他人 共同实施设计方案，合作交流存在的问题及改进建议，撰写简单的活动报告。 【科学态度与责任】经历纸桥的设计与制作过程，培养认真严谨、勇于创新 及团队合作的科学态度。了解中国桥梁的发展史，知道物理学在桥梁建筑技术方 面的应用案例，体会物理学对桥梁发展的促进作用。培养文化认同感和自豪感。 二、教学重难点 （一）教学重点 设计并制作一个能承载重物的桥梁模型。 （二）教学难点 能根据本节所学知识提高桥梁模型的承重能力。 三、教学过程 （一）新课引入 讲解《牛郎织女鹊桥相会》的故事，引发学生思考桥梁怎样改变我们的生活。 设计意图 ：以讲故事的方式开头，激发学生的课堂兴趣，且以鹊桥来加深学 生头脑中关于桥的印象， 渗透可以用建造桥的材料来给桥命名的思想。 （二）新课教学 1. 桥梁的结构 桥梁能缩短距离，方便人们出行。不同的地域往往需要不同形状和结构的桥 梁。 展示关于桥的优秀案例： （1）南京栖霞山长江大桥，原名南京长江第四大桥，是我国首座三跨吊悬 索桥，被誉为“ 中国的金门大桥 ”。 （2）河南小商桥，建于隋朝开皇年间，比河北赵州桥还早，该桥为一座坦 拱敞肩式石拱桥。 （3）南浦大桥，是上海市区第一座跨越黄浦江的大桥，落成于 1991 年 11 月 19 日。主桥为一跨江斜拉桥，两岸各设一座 150m 高的 H 形钢筋混凝土主塔， 桥塔两侧各以成对的钢索连接主梁索面，呈扇形分布，桥下可通行 50 000t 级巨 轮。 （4）重庆长江大桥，于 1980 年投入使用，是当时国内跨度最大的预应力混 凝土 T 形刚构桥。 总结常见的桥梁模型： 设计意图：通过展示桥梁案例丰富学生认识。 教师：无论什么样的桥梁，都是由桥面和承重结构组成，不同的桥梁的承重 结构也具有不同的设计和样式。如果不设置承重结构，像远古时代一样架根木头 过河会怎样呢？ 可见，桥梁总体设计原则都是一样的——防止桥面弯曲！ 2. 力学分析 （1）引导学生从力学的角度分析弯曲桥面的受力情况。 用一块表面画有等大方格的海绵块模拟桥面，用手按压海绵块来模拟负载 （车辆、行人等对桥面的压力）。 学生分组动手模拟，描述观察到的现象：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。 分析可知，桥面上表面受到压力，下表面受到拉力。当负载增加时，桥面的 弯曲形变程度会随之增加。如果弯曲形变超出桥面允许的形变范围，桥面就可能 发生坍塌。 设计意图： 培养学生的实验观察能力 、模型建构能力。 教师：如果你是一名桥梁工程师，如何避免桥面发生大的弯曲形变，提高桥 梁承重能力，避免桥面坍塌呢？能不能用前面学到的力学知识解决一下呢？ 引导：桥面发生形变也就代表着受力不平衡，要想不发生形变（或形变很小）， 我们可以怎样做？ 教师：用二力平衡的知识分析一下，梁桥是结构最简单的桥，为减轻桥面弯 曲形变，可在桥面下加一个桥墩，即为桥面提供一个向上的力。所有支撑桥面的 力的合力，与桥面及负载的重力的合力平衡。可见，根据二力平衡知识，无论什 么样的桥梁结构，都会形成一个向上的合力作为桥面的支撑力。 （2）活动：体验拱桥的支撑作用。 利用简单的筒圈和橡皮筋就可以模拟拱桥负载时的受力情况。用手按压筒圈 顶部，观察橡皮筋形变，思考拱桥形状与负载的关系。进一步思考讨论：什么样 的几何形状能够让桥梁在增加负载时保持稳定、不易弯曲？ 设计意图 ：建立简单模型，进行动手探究。 3. 实验探究：探究几何体的稳定性 教师：什么样的几何形状能够让桥梁在增加负载时保持稳定、不易弯曲，这 是设计桥梁时必须考虑的问题。哪种几何体稳定性更好呢？能应用在桥梁上的常 见几何结构有矩形、三角形等。 看几何结构是否稳定，要看其受到一定程度的力时形变的情况。 教师介绍探究实验——探究几何体的稳定性。 学生分组进行实验，并交流分析实验现象。 利用悬挂重物的方法对以上结构施加向下的力，比较三角形、矩形结构的稳 定性有什么不同。 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，在设计上常常利用三角形结构来加固桥梁。 4. 制作一座自己的桥 教师：现在，桥梁的基本结构和受力情况我们都清楚了，我们可以开动脑筋 设计并制作一座自己的桥。 功能要求：（1）至少能跨越 25 cm 的“峡谷 ”；（2）宽度大于 10 cm；（3） 至少能承重 0.2 N。 测试要求：（1）在桥中间放置重物，要求放上后至少保持 5 s 不坍塌，记 下这座桥的承重；（2）每组可尝试 3 次，取最高成绩。 材料与工具选用参考：A4 纸、双面胶、剪刀、刻度尺、铅笔、砝码、硬币 等。 学生分组拟写桥梁建设规划。 教师：同学们可以按照“梁桥 ”“拱桥 ”“悬索桥 ”和“斜拉桥 ”等不同构 造自主结组。 学生分组协作完成。 教师：请各小组介绍设计思路，展示制作的桥，交流存在的问题和需要改进 的地方。 学生以小组为单位进行展示交流。 5. 发展空间 查阅资料，对我国古代和现代的桥梁从类型、主要材料、用途、所在地点等 方面进行调查，了解桥梁的发展史，以及桥对交通、经济、文化等方面的促进作 用。 6. 作业布置 根据查阅的资料办一期小报，主题为“我熟悉的桥 ”，介绍这种桥的历史、 形状、结构特点、现状及对修缮方面所提出的合理化建议等。 （三）课堂小结 通过这堂课的学习，我们知道了不同结构的桥梁，明白了不同结构的力学功 能，知道了最稳定的几何结构，制作了简单的桥梁模型，还知道了我国古代和现 代桥梁的类型、主要材料和用途等。 学科网（北京）股份有限公司 $$