超级结构比拼教学项目的设计与实践

【文章摘 要 】

本文介绍了大连普通高中创新实践学校面向来至全大连市普通高中通用技术选修建筑模块的学生通过本课对建筑结构设计及制作的实验, 激发了学生的创造,强化学生手脑并用,培养了学生创新精神,同时提高了学生的交流表达能力.教学效果显著,深受学生喜欢.

【关 键 词 】

结构设计；设计制作；模型尺寸；模型质量；加载试验；承重比拼；创新精神

1.教学目的和任务

本课程的设计在体现《基础教育课程改革纲要（试行）》中所提出的培养目标的同时,注重学生创新精神和实践能力的培养,并形成了通用技术在课程目标上的独特追求.本次超级结构比拼是给学生一次设计制作结构的机会,让学生充分体会设计制作的乐趣.本次超级结构的设计制作能让学生充分运用所有的理论知识及社会常识,需要将各种观点和知识融合在一起,从而有利于高中生将各科知识融会贯通进行设计创新,并让学生动手实践来检验自己的设计,注重发展了学生的兴趣、潜力和特长,突出学生在教学中的主体地位,充分发挥学生主动性,创造性和想象力.

超级结构大比拼任务书要求：

1.1 结构形式不限,模型质量小于（100）克,底座形状不限,最长边边长（圆就是直径）不能超过（100）mm,结构高度（400±10mm.）

1.2 支撑柱形状,根数自己设定.

1.3检测承载值

1.4求承载与自身重量的比值.

1.5完成设计任务书

1.6组长对本结构模型进行表述,交流.

（模型质量限定30g或50g；底边直径70mm或100mm；高度250±10mm或400±10mm ）

2.具体步骤和内容

2.1学生分组：各学校人数不同,所以每个班次人数不一定,在19-26之间,每个班次分5或6组,每组4-5人,分组时考虑本次设计主要由学生独立完成,教师只对学生提出的问题给予指导,分组的原则是学生自己组合,教师建议他们选择彼此熟悉的,配合默契的,理论知识强,制作能力强的搭配组合,最终是由学生自由组合决定分组.

2.2解读任务书,明确设计内容.教师和学生逐条分析,明确模型的质量要求,检测质量的方法用电子天平测量.展示电子天平的使用,仪器的测量范围.分析模型尺寸的要求,底座及高度要求.

2.3分发制作模型的材料及工具.模型的主要材料是ABS型材,主要规格有4种,方形截面的有两种5mm*5mm和3mm*3mm的长度是500mm,圆形截面的有两种直径分别是5mm和3mm,长度也是500mm.ABS型材有良好的韧性和一定的脆性.ABS型材主要用于支撑柱部分.泡沫板用于杆之间的连接,也多用于上下底板的链接.材料之间粘结用502胶水,实验证明操作简单,连接性能好.还有鞋底线,作为辅助用料.模型材料由上述材料构成,不允许用其他材料.工具有壁纸刀、钢板尺、直角尺、剪刀、砂纸,精锉刀等.这些工具学生平时接触过,易操作,安全.

2.4设计及制作.这个过程是这个项目的最重要的部分,所占时间也最长,基本分为三个阶段,设计阶段,部件制作加工及修改阶段,模型组装阶段.进入此阶段后,完全由学生自己动手设计结构方案,自己动手拼装,调整.教师只对学生提出的问题给予指导,制作过程的技术给予适当指导.设计中学生们的创意层出不穷,小组讨论激烈,在各组工作台上,学生们充分展示了自己的聪明才智,一件件精巧的作品经过三个小时后便被制作出来.

制作出的作品新颖、独特, 不仅是一场创新能力、实践能力的竞技,也是他们相互学习、取长补短、交流经验的过程.,也锻炼了学生们理论与实践相结合的能力.

2.5模型检测.对制作好的模型底座尺寸,高度,自重进行检测.不合格作品直接淘汰出局.检测好的作品标注组号,按顺序放好.测试前任何人不准触碰模型.

2.6加载测试.该阶段是最扣人心弦的阶段,每个小组首先抽签决定了加载顺序,加载的

设备是一台10吨的微显万能试验机.队员自己把结构模型放到机器上,操作机器加载.

加载过程紧张而激烈,学生们屏住呼吸观察结构发生的形变,随着一个又一个好成绩的获得,又发出阵阵的掌声,整个气氛也随之高涨.目前我们400±10mm高度的记录保持者是八中丁艺、李亚轩、柳光浩、王睿、栾晓倩五人小组.他们模型质量90.86g,承载2.090KN是目前记录保持小组.250±10mm高度的纪录保持者是大连育明高中吕明昕,孙城城、耿端阳、王俭政四人组合,他们模型质量是40.4g,承载1.395KN.

2.7每周承重比拼结果展示：如大连八中建筑一班结构模型测试结果展示 2013.9.17

2.8每组展示交流. 由每个小组的1-2名代表介绍小组的成果,组内的分工,收获等.

3.教学特色

3.1本次教学项目不对每位学生做具体的评分,对小组进行评定,评价标准由承载能力60% .制作工艺20% 小组展示20% 三部分组成,综合评价每组的优点及不足,使学生不受考核的压力,自由发挥其想象力和创造力,为教学创设一个轻松的氛围,真正做到“寓教于乐”.

3.2在整个设计过程中,不为学生提供具体的设计方案,不给学生设置固有的框架,由学生自己动手,自己设计拼装,学生以自己的想象和灵感,加上所学的物理学及结构的知识,日常生活经验,积极思考,勤于动手,完成整个项目的任务.教师只给学生提供具体的任务及要求.即使学生在设计及制作过程中遇到问题,也只给与适当的指导,不告诉学生具体怎么做,让学生自己解决问题.为学生提供充分施展才能的机会,发挥其自主学习和创新能力,学习设计的主动权留给学生,充分体现以学生设计制作为主,教师指导为辅的模式,让学生充分享受设计制作的过程. 3.3在小组展示会上,由每个小组的1-2名代表介绍小组的成果,组内的分工,收获等.

育明高中的一位学生说完成这个模型的设计制作需要认真选材,冷静的全面分析,还有组员间的团结合作.大连24中学生说从最初的设计到后期的制作,我们体会了合作交流动手的快乐.我们体会到了实践与理想的差别,也学会了如何随机应变,如何改进作品,如何去与他人合作.创新是在实践中碰撞出来的.

4.教学成果

经过2013年一年的实施,对大连市普通高中公办学校的2012届,2013届两届学生的38个班次的教学实践,得到如下成果.

4.1这是一次很好的理论联系实际的锻炼机会,学生通过自己动手,对建筑结构设计有了具体而初步的了解,激发了学生对建筑结构设计的了解,兴趣,更多的学生在完成有趣且富有挑战性的任务中体验到成功,同时也学会互相理解与尊重,学会沟通交流与合作.

4.2完成任务的同时,学生明白了细节决定成败,比如在结构模型设计中,杆的薄厚有没有缺陷都是决定结构模型成败的关键,另外在粘结过程中,技术工艺也很重有,有时因为一点的缺欠,使整体结构破坏,让学生认识到实际工程中,即使是一颗螺栓也不能被忽视,有可能一点点的失误,就使整体结构坍塌.培养学生养成严谨、认真、一丝不苟的工作作风.

4.3学生的创新意思,创新思维、创新能力都是不可低估的,学生的作品新颖独特,创意层出不穷,并能在设计制作过程中提出问题、发现问题,能寻求解决问题的新方法.满足了学生“动脑设计,动手制作”的学习,其实从这个项目的一开始实施就受到学生的好评,教师也是在学生的热情推动下,不断学习结构力学、材料力学、建筑力学等专业知识.教师们为此阅读了很多相关书籍,努力实现自我提升,主动攻关、相互学习,尤其大连理工大学建筑学院的于辉主任,土木工程的刘毅老师,邱文亮院长给与很多帮助指导,我个人的能力得到很大提升.

4.4本次超级结构比拼以分组的方式进行,让学生普遍认识到集体协作精神在设计中的重要性.整个设计制作中,组员间必须通力协作,需要相互间的交流,紧密协作,否则不能如期完成任务.在实践中,既锻炼了学生坚持不懈、镇而不舍的意志品质,也为学生们营造了一种激发创造力、挖掘自身潜能的宽松环境.其最终目标是培养学生学会学习、学会做事,成长为符合社会发展的创新型人才.

总之,通用技术选修课程是普通高中新课程结构中一门充满使命、充满挑战的新课程,面对未来,面对一个高新技术世界,我们必须与学生一起做好准备.

【参考文献】

[1]普通高中通用技术课程标准

[2]《基础教育课程改革纲要（试行）》

[3]《悬臂梁结构模型》

[4]《建筑及其设计》江苏教育出版社；《建筑及其设计》广东科技出版社